爱因斯坦探针与龙虾眼

x射线与黑洞（描绘爱因斯坦探测器捕捉到宇宙x射线的插图。图源：中国科学院）

计划在2024年1月发射的新空间望远镜，将用革命性的“龙虾眼”来观察宇宙，寻找宇宙中大多数高能现象包括黑洞的形成，中子星相撞和恒星爆炸等过程中产生的x射线爆发现象。

探针以阿尔伯特爱因斯坦明命名，由欧空局（ESA）、马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）和中国科学院（CAS）联合研制。

这一航空器将配备高灵敏度的新一代x射线检测设备，由更宽的视场，从而让科学家既能观测到新的事件，同一时间并有更详细的数据来研究。

“宇宙是我们研究大多数高能过程的唯一实验室。” Erik Kuulkers是欧空局爱因斯坦探测器项目的科学家之一，他在一次采访中说道，“爱因斯坦探测器这样的任务，对进一步认识高能过程，深入研究高能物理的基础方面是至关重要的。”

发现宇宙中最激烈的能量事件

X射线是强力剧烈的能量事件中发射出的，比如超新星，在超新星的核心坍塌的时候，星星走到末期，就会发射出x射线。X射线也与之前被黑洞吞噬的恒星物质碎片直接关联，x射线还与密度超大，早已死去的星星，称为中子星，的碰撞有关。

因为这些剧烈的宇宙现象通常都很短暂，其中产生的x射线光线变化极大，很难预测。X射线将会急剧出现或消失，变亮或黯淡下去，在长久消失前，只会在空中持续极短的时间—如果x射线重新出现的话，也是如此。

中科院高能物理研究所的工程师为2024年1月的探测器发射进行最后的优化工作。（图源：中科院）

对科学家来说，观察x射线非常吸引人，因为在这些高能射线中蕴含着产生射线源头的信息。也就是说，通过观察x射线，爱因斯坦探测器能帮助科学家解码高能事件，在同一时间定位新的x射线来源。

因为中子星相撞会产生x射线和引力波——引力波于1915年由爱因斯坦在引力广义相对论中预测——爱因斯坦探测器将帮引力波探测者定位时空中这些穿越了百万年甚至数十亿年光年的小小涟漪的源头。

最终这些发现会帮助科学家在中子星相撞结束前就观测到，深入揭示相撞的机制以及围绕中子星周围发生的独特物理现象。例如，金这样的重金属就是在中子星碰撞后产生的。

为什么是龙虾眼？

为了获得前所未有的宇宙观测视角，爱因斯坦探测器装载了两个革命性的装置——宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT）。

WXT所能获得的宽视场宇宙视角，源于它独特的模块设计，与龙虾的眼镜相似。龙虾的眼睛与其他动物眼睛不同，龙虾的眼睛进化成通过反射而非折射感知光线，也就是说这些水生甲壳类动物的视场超过180度。

Wxt中这种微孔光学技术使爱因斯坦探针能看到超过3600平方度的大视场，一次成像中可覆盖地球表面的10%。这样探针只需要绕轨三次就可获得整个地球的夜空图像，每次绕轨只需要96分钟即可完成。

一旦WXT发现有趣的或者新的x射线爆发现象，探针的FXT装置就会立刻开始寻找暂现源，并获得大量详细的信息。

一张示意图解释爱因斯坦探针的装置和任务。（图源：欧空局）

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除此以外，在WXT检测到明确的x射线时，爱因斯坦探针将会给地面的观测站发去信号，地面观测站来调整源头处的其他望远镜，通过从低频长波射线道高能短波γ射线的一系列光谱来研究暂现源。

多波段观测数据在超新星、中子星碰撞以及黑洞形成的深度精细研究中扮演关键作用。

“多亏了这一创新性的设计，爱因斯坦探针一次能观察一大片天空，” Kuulkers补充道，“这一样以来，我们就可以在发现许多暂现源的同时研究穿过多个时期来自已知天体的x射线的行为特点。”

BY:Robert Lea

FY:小白

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