扫描天空中的伽马射线暴 斯威夫特空间天文台厉害了
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-21
Neil Gehrels Swift(尼尔·盖勒斯·斯威夫特)空间天文台(之前被称为Swift伽玛射线探测仪)是一个长期运行的太空望远镜,用来搜寻伽玛射线暴,伽玛射线暴是宇宙中每天发生一次的巨大爆炸。研究人员使用Swift和其他设备来探测这些爆发,以了解它们的起源。斯威夫特于2004年11月20日从佛罗里达州奥兰多附近的卡纳维拉尔角空军基地发射。最初计划进行为期两年的任务,到2018年年中仍保持健康。2018年1月美国国家航空航天局(NASA)以其首位首席研究员尼尔·盖博(Neil Gehrels)的名字重新命名了斯威夫特,后者在前一年去世。
发展和科学目标
博科园-科学科普天文学家认为,伽玛射线暴(GRBs)不是来自大质量恒星的超新星爆炸,就是来自被称为中子星的两颗致密超新星残骸碰撞。如果这些爆发发生在离地球足够近的地方,所产生的辐射可能会剥离地球的臭氧层,使地球暴露在其他太空危害中,比如太阳的紫外线辐射。但从远处看,伽玛射线暴(GRBs)仍然很有趣,因为它们提供了关于恒星如何演化的信息。1967年在美国空军的一颗名为Vela的卫星上首次发现了伽玛射线暴,这颗卫星是一系列旨在寻找地球上核爆炸探测器的一部分。
一幅描绘美国宇航局的斯威夫特空间天文台在太空搜寻伽玛射线暴的艺术作品。图片:Spectrum Astro
但根据美国宇航局戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的数据,早期的伽玛射线探测仪在计算伽玛射线发生的距离上做得很差,因此很难确定伽玛射线探测仪是否发生在银河系,或者更远的地方。过去可能搜寻伽马射线暴的任务包括NASA的康普顿伽马射线天文台和一颗名为BeppoSAX的意大利x射线卫星。通过x射线观测,可以更容易地确定伽玛暴的距离,其中大部分似乎在数亿到数十亿光年之外。但是科学界说,有必要建立一个观测站,在它发生后的瞬间,就可以自动地旋转到伽玛射线暴的源头。
1999年斯威夫特被选为美国国家航空和宇宙航行局(NASA)中期探索(MIDEX)计划的35项提案中的一员。在与五名半决赛选手竞争后,斯威夫特在2004年6月30日之前被选中参赛。根据美国国家航空航天局(NASA)的数据,此次任务的成本上限是1999年的1.4亿美元,而斯威夫特预计将花费1.35亿美元。斯威夫特包括三种用于观察不同波长伽玛射线暴的仪器:突发警报望远镜(BAT)、x射线望远镜(XRT)和紫外/光学望远镜(UVOT),用NASA的话说,斯威夫特的主要目标是:
1、确定伽马暴的来源
2、对伽马暴进行分类,寻找新的类型
3、确定突发如何演变和与周围环境的相互作用
4、利用伽马暴来研究早期宇宙
5、对天空进行第一次灵敏的硬x射线测量
斯威夫特任务亮点
斯威夫特在最初几年的工作中积累了一些有趣的观测数据,包括连续快速地探测到一个黑洞的多次爆发,收集了2005年有史以来最遥远的一次爆炸的数据,以及在2007年发现了据说是最接近的中子星。超大质量黑洞在它们的母星系合并时发出硬x射线。在这一发现之前,科学家们并不确定高能爆炸是如何发生的。同样是在那一年,斯威夫特发现了一束强力的x射线,使望远镜短暂失明。这一事件被称为GRB 100621A,宇宙距离x射线中所见过的最亮的光源。幸运的是,望远镜很快就恢复了,数据显示,当它达到最大亮度时,爆发会每秒释放143000个x射线光子。最亮的连续x射线源比这要暗140倍;它是一颗中子星,每秒发出10000个x射线光子,斯威夫特在2010年达到了第500次观测伽马暴的里程碑。
斯威夫特在马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的首席研究员尼尔·盖恩斯在当时的一次采访中说:一方面这只是一个数字,但另一方面,这是一个非凡的里程碑,每一次伽马射线爆发都会揭开一个新的谜团,一幅更清晰的画面正在浮现。斯威夫特在2011年研究了一场不同寻常的长而明亮的爆炸,天文学家怀疑这是一颗被撕裂的恒星,还是别的什么东西。巴尔的摩太空望远镜科学研究所的Andrew Fruchter在一份声明中说:在我们自己的银河系中,有一些天体可以产生多次的爆发,但它们的威力要比我们现在看到的要小几千到几百万倍,这是真正非凡的。与此同时,在2012年记录的另一次x射线爆炸被认为是银河系隐藏黑洞的证据。斯威夫特t是天文台网络的一部分,该网络在2017年8月17日观测了一对碰撞的中子星,用伽玛射线、x射线、光学波长甚至引力波(激光干涉引力波天文台在2015年首次探测到时空的涟漪)观测这一事件。
其他团队也产生了有趣的结果。2016年斯皮策太空望远镜的工作揭示了更多关于褐矮星的信息。这种物体在天空中很难被发现。在2011年公布的结果中,斯威夫特参与了对一颗名为596白拉(Scheila)的小行星的观测,这颗小行星可能在撞击后变得明亮。在2017年宣布的一项发现中,该望远镜还帮助发现了嵌在附近巨大仙女座星系中的脉冲星。马里兰大学(University of Maryland, UMD)的副研究科学家丹尼斯·博德维茨(Dennis Bodewits)说:该望远镜于2017年被短暂地重新设计,以观测一颗彗星——41P/ Tuttle-Giacobini-Kresak,它经历了“迄今为止最大但也是最快的彗星自转变化。斯威夫特的贡献是用它的紫外线/光学望远镜观测彗星喷射;在那里它可以看到由羟基分子发出的紫外线,这是阳光与气体相互作用时形成的。
博科园-科学科普|文:Elizabeth Howell/Space
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