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钱德拉太空望远镜:揭示隐形宇宙

  红色代表低能X射线,中等范围是绿色,最有活力的是蓝色。蓝色的手状结构是由星云PSR B1509-58周围的星云发出的能量产生的。红色区域来自邻近的气体云,称为RCW 89。图片来源:NASA / CXC / SAO / P.Slane等。钱德拉X射线天文台是一个NASA望远镜,可以观察黑洞,类星体,超新星等 - 宇宙中所有高能量源。它显示了人眼看不见的宇宙的一面。经过十多年的服务,天文台帮助科学家们瞥见了宇宙的行动。它看着星系碰撞,观察到一个带有宇宙飓风的黑洞,瞥见一颗超新星在爆炸后将其自身翻出来。这架望远镜 - 与美国国家航空航天局的大观测台一起被称为哈勃太空望远镜,斯皮策太空望远镜和康普顿伽马射线天文台 - 也是该机构的公共关系工具。美国宇航局在新闻稿中经常使用它的图片。广告钱德拉的一个更值得注意的图像是看似是宇宙“手”到达一个明亮的星云,虽然科学解释是完全不同的。[ 画廊:美国宇航局钱德拉X射线天文台的惊人照片 ] 发展钱德拉 X射线天文学特别具有挑战性,因为你需要离开地球的大气层观察光线。第一次X射线观测是短暂的,发生在数分钟长的探空火箭飞行中,或者在平流层气球中发生几个小时。美国宇航局的钱德拉X射线天文台在这个艺术家的概念中漂浮在太空中。 图像发布于2012年8月15日。美国宇航局的钱德拉X射线天文台在这个艺术家的概念中漂浮在太空中。图像发布于2012年8月15日。图片来源:NASA / CXC 1962年,意大利裔美国天文学家里卡多·贾科尼及其团队在高空发射了一枚带有X射线探测器的火箭,并发现了恒星X射线的第一个来源。贾科尼自然渴望做更多的研究。根据他的设计,美国宇航局发射了第一台X射线望远镜:Uhuru,也被称为小型天文卫星-1。它在轨道上停留了两年多,并发现了黑洞的最初迹象。他的团队的另一个想法 - 爱因斯坦天文台 - 从1978年飞到1981年。这是第一台可以拍照的X射线望远镜。现在已成为X射线天文学权威的贾科尼(Giacconi)与史密森尼(Smithsonian)的哈维塔南鲍姆(Harvey Tananbaum)合作,提出了一个更强大的天文台。根据哈佛大学的说法,它被称为先进的X射线天体物理学设施,其目标是采用“高分辨率图像和X射线源光谱”。该望远镜于1976年首次提出。工作于20世纪80年代进行,望远镜于1992年重新配置(通过减少后视镜和仪器)以节省资金并使其适合通过航天飞机发射。发射前不久,在诺贝尔奖获得者和天体物理学家Subrahmanyan Chandrasekhar之后,望远镜更名为“钱德拉” 。钱德拉于1999年7月23日从哥伦比亚号航天飞机的有效载荷舱发射,这是该航天飞机发射的最大卫星。哥伦比亚到达太空后仅仅8个小时,钱德拉就离开了航天飞机的避难所,然后匆匆离开。控制人员在未来几天内对钱德拉的轨道进行了几次调整。最终确定时,钱德拉位于地球周围的椭圆轨道上,距离地球大约9,940英里(16,000公里)到82,650英里(133,000公里)。在其最高点,钱德拉距离地球到月球的距离约为三分之一。这使它能够在失去目标之前长达52小时进行观察。至于钱德拉的长期冠军贾科尼?他因2002年在X射线天文学方面的开创性工作而获得诺贝尔奖。他的同事Tananbaum 于1991年成为钱德拉X射线中心的主任,他今天仍担任该职位。 第一次点亮后的目标 1999年8月中旬,“第一盏灯”或者钱德拉第一次将望远镜的眼睛伸向太空。其中一张照片是Cassiopeia A,一颗在Tycho Brahe目击的超新星中爆炸的恒星的残余物。1572年。这幅画很漂亮,但更重要的是,钱德拉已经在探讨仙后座A的历史。“科学家可以看到中心附近可能是中子星或黑洞的证据,”美国宇航局在1999年8月的一份新闻稿中写道。那年晚些时候,天文学家在天体物理学杂志上发表了一篇论文,讨论钱德拉在恒星周围的气体中发现的元素。研究结果包括从恒星内部喷出的硫磺,硅和铁。恒星往往在其生命周期的早期燃烧掉它们的氢和氦; 当这些元素融合时,恒星的温度在爆炸前达到了数十亿华氏度。钱德拉的另一个早期目标是蟹状星云,它首次显示了一个环绕星云中心脉冲星的环。此前,哈勃发现了围绕中子的一缕物质,但这枚戒指是全新的。 “它应该告诉我们很多关于脉冲星能量如何进入星云的信息,”亚利桑那州立大学教授杰夫·海斯特在9月的新闻发布会上说。“这就像找到发电厂和灯泡之间的传输线一样。” 黑洞开始在其运营的第二年,钱德拉正在大踏步前进。定期更新似乎在谈论望远镜的调查:嵌入在猎户座大星云中的 X射线发射的恒星,通过吞噬其邻居而生长的星系,以及婴儿星的证据。望远镜也开始了一系列关于黑洞的发现。它发现了一个2型类星体黑洞的证据,这个黑色空洞在一块厚厚的材料后面发出X射线,这些材料以前隐藏了黑洞的存在。后来,科学家在M82星系中宣布了一种可能的新型黑洞。科学家表示,从8个月的观测结果来看,黑洞可能代表了由恒星形成的小黑洞和潜伏在星系中心的更大质量黑洞之间的演化阶段。 “M82中的黑洞将至少500个太阳的质量包含在一个大约相当于月亮大小的区域内,”美国宇航局于2000年9月写道。 “这样一个黑洞需要极端条件才能创造,例如超级巨星的崩溃或者黑洞的合并。” 可能的暗物质和其他发现天文学家正在不断寻找“黑暗”物质,据信它几乎是看不见的东西,它构成了宇宙的大部分。到目前为止,我们只能通过它的引力来检测它。 2006年,天文学家团队花了100多个小时使用钱德拉观测星系团1E0657-56,其中包含来自星系团碰撞的气体。钱德拉的观察结果与其他几个天文台的观察结果相结合。研究人员研究了星系团对引力透镜的影响,这是一种已知的方式,即重力扭曲来自背景星系的光。他们对引力的观察表明,在星系碰撞期间,正常物质和暗物质被撕裂。在暗物质搜索继续进行的同时,钱德拉已经习惯于找到其他缺失物质。2010年,研究人员使用了钱德拉和欧洲航天局的XMM-Newton天文台,探测了距离地球约4亿光年的星系壁上的气藏。科学家们发现了重子的证据,这些重子是电子,质子和其他粒子,它们构成了我们大部分宇宙中发现的物质。研究人员怀疑这种气体含有大量此类物质。当科学家继续探索物质的本质时,钱德拉继续制作令人惊叹的照片,同时也揭示了宇宙的结构。这些图片包括对行星状星云和快速增长的星系团的调查,以及在大麦哲伦星云中发现的“ 超级泡沫 ”。 2013年,钱德拉从银河系的超大质量黑洞中发现了破纪录的爆发,这个黑洞是一种被称为射手座A *或Sgr A *的物体。当时,天文学家正在观察Sgr A *将如何对当时被怀疑为气体云的反应做出反应,但后来又被确定为围绕紧凑物体的云。虽然G2没有产生科学家所希望的烟花,但科学家确实发现了比黑洞正常静止状态亮400倍的巨型飞侠,比之前的记录保持者亮三倍。 马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的弗雷德·巴加诺夫在一份声明中说: “如果一颗小行星被撕裂,它就会在黑洞周围流动几个小时 - 就像水在一个开放式排水管中盘旋一样 - 然后落入其中。” 。“这就是我们看到最亮的X射线耀斑持续多久,这是我们考虑的一个有趣的线索。” 另一种理论认为G2内的磁场线在流向Sgr A *时变得纠结。偶尔重新配置场线会产生明亮的X射线爆发,类似于在太阳上看到的磁性耀斑。 2017年,钱德拉是几种仪器中的一种,这种仪器从两个合并的中子星引起的强烈爆炸中获得了高能量光的脉冲。美国国家科学基金会的激光干涉引力波观测台(LIGO)观测到了与碰撞相关的引力波,鼓励科学家们寻找爆炸后果的迹象。 “这是非常令人兴奋的科学,”美国宇航局天体物理学部主任保罗赫兹在一份声明中说。“现在,我们第一次看到同一事件产生的光和引力波。引力波光源的探测揭示了事件的细节,这些细节无法仅通过引力波来确定。与许多天文台一起学习是令人难以置信的。“ Chandra is even helping prepare humans for voyages to other star systems. In 2018, Chandra announced the results of a decade-long study of Alpha Centauri, the closest star system to the sun. The triple star system lies just over four light-years from Earth and is the target for projects like Breakthrough Starshot, which aims to send a swarm of nanocrafts to the system in search of potential life. After observing the system, Chandra data revealed that X-ray bombardment around Alpha Centauri A is slightly better than the sun, and only slightly worse around Alpha Centauri B. 科罗拉多大学博尔德分校的研究员汤姆艾尔斯在一份声明中说:“对于Alpha Cen AB来说,这是一个非常好的消息,因为他们可以在任何一个行星上生存,以便在星球上进行辐射。” “钱德拉告诉我们,生命应该在这些恒星周围的行星上有战斗机会。” Chandra的使命最初预计将持续五年,然后延长至至少10年,经过18年多的运营后仍然强劲。在2010年对Space.com的采访中,Chandra的经理兼飞行指导Roger Brissenden说,该仪器有足够的动力和推进系统储备,可以持续到“至少2018”。布里森登说:“有足够的燃料已有数十年之久。” “这项为期20年的任务将是可以实现的。”

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