突破爱丁顿极限：美国宇航局揭开超光速X射线源背后的秘密

突破爱丁顿极限：美国宇航局揭开超光速X射线源背后的秘密在最近发表在《天体物理学杂志》上的一项研究中，研究人员报告了用美国宇航局的核光谱望远镜阵列（NuSTAR）对ULX进行的首次测量。这一发现证实了这些光发射体像它们看起来那样明亮，而且它们打破了爱丁顿极限。一种假设认为，这种突破极限的亮度是由于ULX的强磁场造成的。但是科学家们只能通过观测来检验这个想法：ULX的磁场比地球上有史以来最强的磁铁还要强大数十亿倍，因此无法在实验室中复制。NuSTAR航天器的插图，它有一个30英尺（10米）高的桅杆，将光学模块（右）和焦平面的探测器（左）分开。这种分离对于用于探测X射线的方法是必要的。资料来源：NASA/JPL-Caltech突破极限被称为光子的光粒子对它们所遇到的物体施加一个小的推力。如果像ULX这样的宇宙物体每平方英尺发出足够多的光，光子的向外推力可以压倒物体重力的向内拉。当这种情况发生时，一个物体就达到了爱丁顿极限，理论上，来自该物体的光将推开任何落向它的气体或其他物质。这个开关在当光压倒引力时是非常重要的，因为落到超低频星上的物质是其亮度的来源。这是科学家们经常在黑洞中观察到的现象：当黑洞的强大引力将杂散的气体和尘埃拉进来时，这些物质会发热并辐射出光线。科学家们曾经认为ULXs必须是被明亮的气体库所包围的黑洞。但是在2014年，NuSTAR的数据显示，一个名为M82X-2的ULX实际上是一个不太大的天体，称为中子星。与黑洞一样，中子星是在恒星死亡和坍缩时形成的，它将超过我们太阳的质量装入一个比中型城市大不了多少的区域。这种令人难以置信的密度也在中子星的表面产生了一个引力，比地球表面的引力强100万亿倍。被这种引力拖入的气体和其他物质会加速到每小时数百万英里，当它们撞上中子星的表面时释放出巨大的能量。(例如，一颗棉花糖掉在中子星的表面，会以相当于一千颗氢弹的能量撞击它）。这就产生了NuSTAR探测到的高能X射线光。最近的研究针对的是2014年发现的核心ULX，并发现，像一个宇宙寄生虫一样，M82X-2每年从一颗邻近的恒星上偷取大约90亿兆吨的物质，或大约是地球质量的1.5倍。知道了撞击中子星表面的物质数量，科学家们可以估计出超低频星应该有多亮，他们的计算结果与独立测量的亮度相符。这项工作证实M82X-2超过了爱丁顿极限。没有幻觉如果科学家们能够确认更多的超低频星的亮度，他们可能会让一个挥之不去的假设成为现实，这个假设可以解释这些天体的表面亮度，而超低频星不需要超过爱丁顿极限。这个假说基于对其他宇宙天体的观测，认为强风在光源周围形成了一个空心锥体，将大部分的辐射集中在一个方向。如果直接对准地球，这个圆锥体可能会产生一种视觉错觉，让人误以为ULX超过了亮度极限。即使某些超低频辐射是这种情况，新研究支持的另一种假设表明，强磁场将大致为球形的原子扭曲成细长的，有弦的形状。这将减少光子推开原子的能力，最终增加一个物体的最大可能亮度。意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台的天体物理学家、最近研究的主要作者马特奥-巴切蒂说："这些观察让我们看到了这些令人难以置信的强磁场的影响，我们用现有的技术永远无法在地球上再现这些磁场。这就是天文学的魅力所在。观察天空，我们扩大了我们研究宇宙如何运作的能力。另一方面，我们不能真正设置实验来快速获得答案；我们必须等待宇宙向我们展示它的秘密。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357343.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357343.htm

X射线回波揭示了最近来自银河系黑洞的明亮闪光

X射线回波揭示了最近来自银河系黑洞的明亮闪光像大多数星系一样，银河系的核心有一个超大质量的黑洞。这个被称为人马座A*（SgrA*）的天体拥有大约400万个太阳的质量，与我们在其他星系中看到的一些同类天体相比，它相对安静。但是我们知道，情况并不总是这样的。有证据表明，人马座A*在大约600万年和350万年前发射了巨大的辐射，炸开了物质，留下了巨大的冲击波，这些冲击波今天在某些波长的光线中仍然可见。但是现在，天文学家已经发现了来自一个更近的爆发的烟枪，这个爆发发生在仅仅200年前。一些X射线空间观测站，包括IXPE、钱德拉和XMM-牛顿，此前已经在SgrA*附近发现了巨大的分子云，这些分子云在X射线中出乎意料地明亮。天文学家利用IXPE卫星测量了来自这些云层的光线的偏振，这就把矛头指向了罪魁祸首。上图：人马座A*的广角，位于银河系中心的超大质量黑洞，由钱德拉X射线天文台拍摄。底部：黑洞周围区域的综合特写图像，其中的橙色斑点表示在X射线下很亮的分子云当光被偏振时，它的波都是沿着同一个平面指向的。在这种情况下，偏振的角度指向SgrA*作为X射线辐射的源头，而偏振的程度则显示了这些云在被黑洞喷出后已经走了多远。这反过来又使研究人员能够计算出闪光发生的时间--不到两个世纪前。根据这些细节，天文学家们随后能够估计出最初的闪光有多亮。事实证明，我们当地的超大质量黑洞在X射线下短暂地闪耀了约一百万倍的亮度。这将使它与塞弗特星系相提并论，后者的核心与该星系的所有恒星一样亮。在你问19世纪的天文学家是如何错过这样一场表演的之前，这早在X射线望远镜被发明并指向天体之前就已经发生了。更好地了解SgrA*的活动历史可以帮助我们预测它的未来。毕竟，在最近几年，它抛出了新的X射线和近红外光，这可能是一个新的活动增加期的预兆，或者只是一些不听话的物体落入的焰火。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367453.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367453.htm

超越光谱： 发射 XRISM 用不同颜色的X射线研究宇宙

超越光谱：发射XRISM用不同颜色的X射线研究宇宙9月6日发射的X射线成像和光谱任务（XRISM）卫星旨在利用先进的X射线探测技术探索宇宙中的热等离子体流。(XRISM在太空中的概念图）图片来源：JAXAXRISM，发音为"crism"，是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和美国国家航空航天局（NASA）的一项合作任务，欧洲航天局（ESA）也参与其中。XRISM与现有X射线望远镜的不同之处在于它具有分辨不同颜色X射线光的独特能力。这将为科学家们提供大量信息。它配备了一种新型仪器，可以通过微小的温度变化探测X射线。它将能够识别所观察物体中存在的化学元素，如铁、镍、氧或硅，以及它们的丰度。XRISM还能读取气体运动的速度。芝加哥大学天体物理学家伊琳娜-茹拉夫列娃（IrinaZhuravleva）说："有了XRISM，我们将对炙热而充满能量的宇宙有一个全新的认识。我们将以前所未有的细节观测恒星爆炸、黑洞与其宿主星系的相互作用以及星系团的剧烈合并，但最令人兴奋的是，新任务总是伴随着意想不到的发现。"英仙座星系团（左）和室女座星系团（右）一直以来都是科学家们感兴趣的星系团。XRISM将以这些过去的观测（如上图钱德拉X射线天文台拍摄的图像）为基础，以便更好地了解这些大质量天体中的物理现象。资料来源：NASA/CXC/斯坦福大学/I.Zhuravleva等人探测极端现象X射线是由太空中一些能量最强的极端现象产生的。这些现象包括恒星爆炸、围绕超大质量黑洞旋转的物质以及星系团的合并--星系团是宇宙中最大的天体，其中包含数以千计被引力捆绑在一起的星系。芝加哥大学的科学家们将对首次观测到的几个大质量星系团和星系群进行分析。其中一个大问题与位于星系团中心的超大质量黑洞有关。科学家们知道，这些黑洞会向周围环境释放能量，从而调节恒星的形成速度。但这些黑洞究竟是如何与其宿主星系相互作用的，仍然是一个未解之谜。伊琳娜-朱拉夫列娃图片来源：摄影：JeanLachat"迄今为止，我们都是通过'静态'成像数据来研究这些相互作用的物理学原理，"克莱尔-布特-卢斯（ClareBootheLuce）天文学和天体物理学助理教授伊琳娜-茹拉列娃（IrinaZhuravleva）解释说。"通过XRISM，我们将测量超大质量黑洞驱动的气体运动速度，并研究不同气体和金属的混合情况。"对星系团的外部区域进行类似的测量也将揭示宇宙中能量是如何传递的。此外，XRISM还将精确测量不同化学元素的丰度以及星系内外的金属分布，从而揭示是哪类爆炸恒星造成了宇宙目前的化学构成。太空研究的新领域由于地球大气层会阻挡X射线，因此这些观测必须从太空中进行。从太空发射卫星并控制所有仪器是一项非同寻常的挑战。此前曾三次尝试发射和运行类似卫星，但都以失败告终；科学家们希望第四次发射能够取得成功。XRISM卫星发射后将进行测试和校准，以确保所有仪器都能在今年晚些时候开始观测计划。"XRISM将开启高分辨率X射线光谱学的新纪元，"Zhuravleva说。"我们对这次任务感到非常兴奋，并准备分析备受期待的数据"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383773.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383773.htm

科学简单点：什么是 X 射线光源？

科学简单点：什么是X射线光源？在这段"科学101：什么是X射线光"的视频中，科学家杰西卡-麦克切斯尼（JessicaMcChesney）和吉尔伯托-法布里斯（GilbertoFabbris）解释了什么是X射线光，以及他们如何在阿贡高级光子源（APS）使用X射线光。X射线光是存在于电磁波谱中的高能量光。该光谱包括所有电磁波的范围，从能量最低的长波（调幅无线电波）到中间波（可见光），再到能量最高的短波（伽马射线）。阿贡的APS使用的是波长较短的X射线。较短的波长允许X射线穿过许多物质，这使得像杰西卡和吉尔伯托这样的科学家能够深入观察物体，发现有关材料结构和功能的新知识。APS是世界上最强大的X射线光源之一，每年有来自世界各地的5500多名科学家利用这个巨大的研究设施测试新材料、制造更好的电池，并为人类面临的最大问题寻找解决方案。要做到所有这些，还需要一个强大的X射线光源。X射线是一种光，但它并不是人们听到这个词时通常会想到的可见光。您可能对牙医用来拍摄牙齿内部照片的X光机并不陌生。先进光子源（APS）是美国能源部（DOE）科学办公室的用户设施，位于能源部阿贡国家实验室，它能产生类似的X射线光，但比X射线光亮十亿倍。这么亮的光能做什么？APS的工作原理就像一台巨大的显微镜，但与可见光不同，X射线具有穿透力，使科学家能够看到材料的深处。例如，X射线束可以聚焦得很紧，科学家可以用它来"看"电池在使用过程中内部发生了什么，从而开发出更节能的电池。几十年来，APS和世界各地的其他光源一直在改善我们的生活。为它们提供动力的技术--粒子加速--早在20世纪20年代就已出现。电磁波谱是各种电磁辐射的范围--能量在传播过程中会扩散开来。太阳的温度比地球高得多，因此它发出的辐射能量较高，波长较短。资料来源：美国国家航空航天局APS的核心是一个储藏环，周围约三分之二英里。它非常大，可以容纳一个棒球场。它的工作是以接近光速的速度，高精度地循环着被称为电子的粒子。电子每天在这个环上绕行数十亿次，在轨道的每一个弯曲处都会释放出耀眼的光芒。APS将这些光发送到环周围的实验站，在那里进行不同类型的科学实验。APS是一个国家用户设施，这意味着全世界的科学家都可以使用这一资源。科学家使用它不收取任何费用，但他们的数据必须公开发布。每年，来自世界各地的5500多名科学家利用APS研究各种各样的问题，从应对温室气体的新方法到加固道路和桥梁的新方法。自20世纪90年代建成以来，APS一直是世界领先的X射线光源，而它的未来将变得更加光明。一次大规模的升级将取代目前的存储环，它所产生的X射线亮度将是现在的500倍，从而能够进行更多的实验和创新，改善我们的生活。与世界各地的其他光源一起，APS将继续使科学家们能够让我们更健康、更安全，并增进我们对周围世界的了解。资料来源：阿贡国家实验室X射线光源如何工作？先进光子源可以产生超亮的X射线束，为新发现照亮道路。先进光子源（APS）等强大的光源与牙医使用的X光机类似，只是它产生的光亮度要高出十亿倍。APS的核心是一系列被称为加速器的机器，它们使用磁铁移动被称为电子的微小粒子。电子聚集在一起，沿着直线加速器直线运动。粒子积聚环可将成串的粒子更紧密地聚集在一起。助推器环在它们积累速度和能量的过程中使它们循环。然后，粒子被注入存储环。电子每天在这个环上绕行数十亿次。在轨道的每一个转弯处，它们都会释放出光子粒子形式的光。这些光子就是X射线光，它们被发送到环上的各个科研站。科学家们利用这种非常明亮的光线来观察材料的内部深处。相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？科学简单点：什么是纳米科学？科学简单点：什么是暗物质和暗能量？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426056.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426056.htm

来自eROSITA的巨幅X射线图像覆盖半个宇宙 包括一百万个光源

来自eROSITA的巨幅X射线图像覆盖半个宇宙包括一百万个光源以两种不同方式看到的eROSITA地图：左图显示扩展的X射线辐射，右图显示点状X射线源eROSITA是一台软X射线成像望远镜，位于拉格朗日点2，是詹姆斯-韦伯太空望远镜的邻居。其目标是用X射线波长对整个天空进行扫描，探测新的星系、星系团、超大质量黑洞和其他天体，研究巨大的结构，并帮助测量暗能量--一种加速宇宙膨胀的神秘力量。首次发布的官方数据被称为《eROSITA全天空巡天目录》（eRASS1），由望远镜在2019年12月12日至2020年6月11日期间收集的数据构建而成。在此期间，eROSITA能够捕捉到1.7亿个单独的X射线光子，通过测量每个光子的能量和到达时间，可以绘制出详细的宇宙地图。在这种情况下，地图覆盖了半个夜空--西半球--包含了90多万个X射线源。其中包括约71万个在星系中心吞噬物质的超大质量黑洞、银河系中18万颗发射X射线的恒星、1.2万个星系团，以及一些不太常见的天体，如脉冲星、超新星残骸、双星和其他X射线源。eROSITA首席研究员AndreaMerloni说："对于X射线天文学来说，这些数字令人震惊。我们在六个月内探测到的源比大型旗舰任务XMM-牛顿和钱德拉在近25年的运行中所探测到的还要多。"在首次大规模公开发布数据的同时，还根据eRASS1新发表了近50篇论文。其中包括发现了1000多个星系超星系团，以及连接两个星系团的4200万光年长的气体丝，恒星的X射线辐射如何影响其行星的宜居性，以及对超新星残骸、恒星和其他天体的X射线的研究。在2020年6月至2022年2月期间，eROSITA又对天空进行了三次扫描，由于俄罗斯入侵乌克兰，德国和俄罗斯的联合项目被搁置。这些扫描数据将在不久的将来公布。在eROSITA网站上可以找到根据这些数据发表的全部科学出版物。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416243.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416243.htm

科学家首次实现大视场龙虾眼X射线成像观测

科学家首次实现大视场龙虾眼X射线成像观测据悉，这是国际上首次获得并公开发布的大视场X射线聚焦成像观测结果。该成果标志着我国率先掌握了X射线龙虾眼聚焦成像技术，并实现了在轨实验验证。其中，首批结果以《首次龙虾眼聚焦望远镜的大视场X射线在轨观测》（FirstWideField-ofviewX-RayObservationsbyaLobster-eyeFocusingTelescopeinOrbit）为题，发表在《天体物理学快报》（AstrophysicalJournalLetter）上。资料显示，传统的X射线聚焦望远镜观测视场很小，一般在1度以下。40多年前，国际上提出了微孔龙虾眼成像的概念，可以实现大视场的X射线聚焦成像。尽管光子接收面积远小于传统的望远镜，龙虾眼望远镜具有大观测视场的优势，可以对一个大的天区范围内天体的活动同时进行监测，是X射线时域天文学追求的下一代设备。然而，由于研制困难，这一目标长期未能实现。据了解，近二十年多来，国际上几个空间科学机构及实验室均在开展微孔龙虾眼技术的研发。以中科院国家天文台张臣和凌志兴为带头人的团队自2011年开展了关于这一技术的研发工作，通过自主创新，掌握了该技术的原理和应用，具有完全自主知识产权。在国家自然科学基金和中科院天文联合基金支持下，国家天文台与北方夜视集团有限公司合作，突破关键技术，研制出指标国际领先的微孔龙虾眼器件。在中科院空间科学先导专项的支持下，国家天文台研制出龙虾眼聚焦镜，并由中科院上海技术物理研究所集成研制出完整的宽视场X射线望远镜，作为中科院爱因斯坦探针（EP）卫星WXT载荷的实验模块之一。该设备的关键器件，包括龙虾眼聚焦镜和由大阵列CMOS传感器组成的焦面探测器，均为我国自主研发。这也是我国科学家首次将创新性的CMOS应用于空间X射线天文探测。7月27日，该实验模块（后命名为莱娅）搭载由中科院微小卫星创新研究院抓总研制的空间新技术试验卫星（SATech-01）发射升空。作为EP卫星WXT探路者，莱娅的观测视场可达340平方度（18.6度x18.6度），是国际上首个宽视场X射线聚焦成像望远镜，其视场大小比国际上传统的聚焦望远镜提高了至少100倍。国家天文台EP卫星科学中心利用莱娅的在轨开机测试观测，首次获得了一批天体的大视场X射线实测图像和能谱。结果显示，单次（约13分钟）的观测能够同时探测到多个方向上的X射线源，包含黑洞和中子星X射线双星。同时，科研人员从数据中可获得这些天体X射线辐射强度随时间变化的信息以及天体的X射线能谱。观测结果与仿真结果高度一致。莱娅创新的、独一无二的宽视场聚焦成像能力及其所验证的龙虾眼望远镜的广阔科学潜力，引起了国际同行关注。在轨测试完成后，莱娅迄今已开展了三个多月的在轨定标实验和部分科学观测，并开始取得初步科学成果。例如，莱娅发现了一例恒星的超级X射线耀发，并引导了NASA的SWIFT和NICER空间望远镜进行跟踪观测；探测到迄今最亮的伽马射线暴的余辉辐射；完成了1/2全天X射线天图的测绘。未来，莱娅将开展常规科学观测，预计每半年可获取一次完整的全天X射线天图，发现新的X射线暂现天体和爆发天体，并将开展引力波X射线对应体的搜寻。据介绍，中科院空间新技术试验卫星（SATech-01）的目标是通过快速发射验证空间新材料、新器件、新技术，助力空间科技创新；孵化出具有重大科学意义、面向国家战略需求的空间探测仪器和项目。卫星平台及载荷的经费均为自筹。莱娅的这一成果也表明空间新技术试验卫星达到了预期目标。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336377.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336377.htm