時域天文研究的利器：愛因斯坦探針

時域天文學的主要研究對象是暫現(xiàn)源和劇烈爆發(fā)天體，它們也是宇宙中壯觀而神秘的自然現(xiàn)象。暫現(xiàn)源是指在短時間內(nèi)出現(xiàn)，然后很快消失的天體。劇烈爆發(fā)天體則是指亮度在短時間內(nèi)突然出現(xiàn)數(shù)量級式增長的天體。這兩種天文現(xiàn)象主要源自兩類天體物理過程。一是天體自身的突變過程，比如恒星的塌縮、黑洞或中子星之間的并合，典型天體為超新星、伽馬射線暴等。另一類產(chǎn)生于極端物理環(huán)境，比如黑洞和中子星周圍的超強引力場及磁場，典型天體為X射線雙星、活動星系核、黑洞潮汐瓦解事件等。

由于這類突發(fā)性事件在時間和空間上都很難預測，為了達到及時捕獲信號的目標，就需要大視場的望遠鏡進行高頻率的全天監(jiān)測。暫現(xiàn)源和劇烈爆發(fā)天體的輻射普遍能在X射線波段被探測到。目前在軌運行的X射線大視場監(jiān)測設備有美國國家航空航天局的Swift/BAT（“雨燕”衛(wèi)星的爆發(fā)警報望遠鏡）和日本宇航局搭載在國際空間站上的MAXI全天X射線監(jiān)視器。這些設備（包括之前RXTE衛(wèi)星上的ASM全天監(jiān)視器）都工作在中等和硬X射線波段，而在軟X射線波段（光子能量小于2 keV）尚未有很好的全天監(jiān)測設備。

以中國科學院國家天文臺研究人員為首的科學家們提出了愛因斯坦探針（Einstein Probe，簡稱EP）衛(wèi)星項目。2017年底，EP衛(wèi)星成為中國科學院先導科技專項正式立項的項目，系統(tǒng)的工程研制階段已經(jīng)于2017年9月開始，研制周期為5年。EP是一顆面向時域天文學和高能天體物理的天文探測衛(wèi)星，將搭載一臺軟X射線波段的寬視場監(jiān)視器，以滿足在該波段開展大視場全天監(jiān)測的迫切需求。該設備采用仿生龍蝦眼的聚焦光學系統(tǒng)設計，同時具有高靈敏度和大視場。此外，EP還具備一臺窄視場的X射線望遠鏡，以開展深度后隨觀測。探針寓意著衛(wèi)星到時能夠捕捉到黑洞及其爆發(fā)、引力波源電磁對應體、超新星等天文現(xiàn)象，從而幫助科學家解決其中的重大科學問題。黑洞和引力波都是愛因斯坦廣義相對論的重要預言，以愛因斯坦為名，不僅高度概括其科學目標，更是在向這位人類歷史上最偉大的科學家致意。

EP衛(wèi)星因其具有軟X射線高靈敏度和實時動態(tài)巡天監(jiān)測的能力，填補了國際上在該波段的大視場全天監(jiān)測設備的空白，能幫助科學家系統(tǒng)性地發(fā)現(xiàn)和探索宇宙高能暫現(xiàn)天體，特別是更暗弱、遙遠或稀有的劇變天體。因而預期我們能夠發(fā)現(xiàn)宇宙中的X射線劇變天體，并監(jiān)視它們的活動情況，發(fā)現(xiàn)和探索宇宙中沉寂黑洞的耀發(fā)，甚至探尋來自引力波源的X射線信號，以增進對極端致密天體及其并合過程的認知。2017年6月，在落后了國外半個多世紀之后，中國自己的第一顆空間天文衛(wèi)星“慧眼”（英文名Insight）硬X射線調(diào)制望遠鏡（Hard Xray Modulation Telescope，簡稱HXMT）終于從酒泉發(fā)射，我們終于邁入了擁有自己太空望遠鏡的時代。

（魏星摘編自中國科學院國家天文臺官網(wǎng)，原題為《愛因斯坦探針：宇宙天體爆發(fā)的捕手》，發(fā)布日期：2018年7月17日）