“慧眼”揭开中国探测极端宇宙的序幕

eXTP模拟图。中科院提供

2017年6月15日发射成功的“慧眼”硬X射线空间天文星运行4个多月时，就带给我们惊喜——对双中子星并合的引力波事件的伽马射线辐射性质给出了严格的限制。

按照计划，“慧眼”的主要科学目标有四个：一是开展银道面巡天，发现新的高能天体源和已知高能天体源的新活动;二是对黑洞、中子星等高能天体的能谱、磁场、自转等性质给出高频次和高统计量的宽波段观测，加深对这类天体的性质的认识;三是在硬X射线到软伽马能区观测大批伽马射线暴，并在X射线波段观测致密天体并合引力波事件的电磁对应体;四是希望能够在利用脉冲星进行航天器自主导航方面作出贡献。

在“慧眼”运行的半年时间里，我们已经取得了一些让人欣喜的成果。“慧眼”的观测主要有三种方式：巡天观测、定点观测和伽马暴模式。“慧眼”开始了对银道面的系统性扫描监测，发现了一批伽马射线暴事例。在定点观测中，我们已经观测到30多个黑洞和中子星双星系统的各种活动现象，观测到一批孤立的脉冲星，进行了初步的脉冲星导航试验。

科学总会带给我们惊喜。除了这些预定的科学目标，我们还发现了一些很有趣的现象。比如，2017年9月6日，太阳发生了2005年以来最大的一次耀斑爆发。我们探测到耀斑爆发发出的很强的X射线和伽马射线信号，具有丰富的时变和能谱变化信息，可望为太阳耀斑的研究提供新的限制。再比如，我们发现了一些特殊的空间环境事件。2017年9月1日和9月2日，我们在定点观测中发现，当“慧眼”指向地球的某个方向时，探测到很强的高能辐射信号，这种信号不太可能来源于地球之外，我们怀疑与地球的磁极有关，目前也在进一步研究中。

“慧眼”将在太空运行4年时间，我认为，它独特的设计将带给我们更多发现。与同类空间天文卫星相比，“慧眼”覆盖的能区更宽，在亮源的探测上具有特别优势。在软X射线波段，我们的CCD探测器因为采取特别设计的读出模式，可以有效避免之前空间望远镜在观测亮源时存在的光子堆积问题;在硬X射线波段，“慧眼”的探测面积更大。特别值得一提的是，“慧眼”的首席科学家、中国科学院高能物理研究所张双南研究员提出一种伽马射线暴的观测模式，能够对未被地球遮挡的天区的伽马暴事件进行监测，显著地提升了“慧眼”的科学产出能力，使它成为世界上软伽马射线波段接收面积最大的伽马暴全天监测器。

在对宇宙极端事例的观测中，“慧眼”只是拉开了序幕。就在2018年2月，下一代“慧眼”——增强型X射线时变与偏振(eXTP)空间天文台背景型号项目启动，这是由中国科学家发起和主导的重大国际合作空间科学卫星项目，其主要科学目标可以概括为“一奇二星三极端”，“一奇”是指黑洞，“二星”即中子星和夸克星，“三极端”问题是指极端引力条件下的广义相对论、极端磁场条件下的量子电动力学和极端密度条件下的量子色动力学等理论。我们期待这颗卫星能成为2025年-2035年间该领域国际领先的旗舰级X射线空间天文台，为终极回答黑洞附近会发生什么、真空量子涨落产生什么、中子星内部是什么物质状态等重大科学问题做出贡献。

“慧眼”正遨游太空，她慧眼如炬，谈笑间“生擒”中子星，“活捉”黑洞，我们希望将来中国空间天文能够在此基础上续写新的传奇。中国的“极端宇宙探测计划”正在讨论中，如果得到通过，我们将按照探索、详测、深巡“三步走”的计划稳步推进对宇宙的探索，希冀在2035年左右，让我国的空间高能天文走在世界的最前端。