钱德拉太空望远镜:揭示看不见的宇宙

钱德拉x射线天文台是美国宇航局的望远镜,用来观察黑洞、类星体、超新星等等——宇宙中所有的高能量来源。它展示了人类肉眼看不到的宇宙的一面。在服役十多年后,天文台帮助科学家们瞥见了宇宙的运行。它观察到星系碰撞,观察到黑洞与宇宙的飓风,还观察到超新星在爆炸后内部翻转。该望远镜与哈勃太空望远镜、斯皮策太空望远镜和康普顿伽马射线天文台一起被宣传为美国宇航局的一个大型天文台,同时也是该机构的公关工具,NASA经常在新闻稿中使用它的照片。钱德拉的一幅更值得注意的图片是一个宇宙“手”伸向一个明亮的星云,尽管科学上的解释完全不同。

发展中钱德勒

x射线天文学特别具有挑战性,因为需要离开地球的大气层去观察射线。第一次x射线观测是短暂的,在几分钟的火箭飞行中进行,或者可能在平流层的气球中停留几个小时。1962年意大利裔美国天文学家里卡多·贾科尼(Riccardo Giacconi)和他的团队将一枚装有x射线探测器的火箭送入太空,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架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,发现了黑洞的第一个迹象。他的团队的另一个想法——爱因斯坦天文台——从1978年飞到了1981年。这是第一个可以拍照的x射线望远镜。

钱德拉太空望远镜:揭示看不见的宇宙

Giacconi现在是x射线天文学的权威,与史密森学会的Harvey Tananbaum合作,提出了一个更强大的天文台。被称为先进的x射线天体物理学设备,它的目标是拍摄“高分辨率的x射线源图像和光谱”。该望远镜于1976年首次提出。这项工作在20世纪80年代开始,望远镜在1992年进行了重新配置(通过减少镜子和仪器),以节省资金并使其适合于航天飞机发射。发射前不久,该望远镜以诺贝尔奖得主、天体物理学家钱德拉塞卡命名为“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内发射,这是航天飞机有史以来发射的最大的卫星。

就在哥伦比亚号到达太空的8个小时后,钱德拉离开了航天飞机的遮蔽处,用火箭飞离。控制人员在接下来的几天里对钱德拉的轨道做了一些调整。当最后确定的时候,钱德拉是在一个环绕地球的椭圆形轨道上,从大约9,940英里(1.6万公里)到82,650英里(13.3万公里)。在天顶,钱德拉距离地球到月球的距离约为三分之一。这使得它可以观察长达52个小时,直到失去目标。至于长期以来的钱德拉冠军贾可尼呢?2002年,他因在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在1991年成为钱德拉x光中心的主任,他现在仍然担任这个职位。

第一束光后的目标

1999年8月中旬,钱德拉第一次将望远镜对准太空。它的第一张照片是仙后座A,它是一颗恒星的残骸,它在1572年由第谷·布瑞尔所见证的一颗超新星爆炸。画面很美,但更重要的是,钱德拉已经在探究仙后座A的历史,科学家可以看到中子星或黑洞靠近中心的证据,同年晚些时候,天文学家在《天体物理学杂志快报》上发表了一篇论文,讨论在围绕着这颗恒星的气体中发现的钱德拉元素。

钱德拉太空望远镜:揭示看不见的宇宙

这些发现包括从恒星内部喷发出来的硫、硅和铁。恒星倾向于在它们的生命早期燃烧它们的氢和氦;当这些元素融合的时候,恒星的温度在爆炸前达到了数十亿华氏度。钱德拉早期的另一个目标是蟹状星云,它第一次显示了在星云中心围绕脉冲星的圆环。在此之前,哈勃曾探测到中子周围的物质,但这个环却是全新的。它应该告诉我们很多关于脉冲星的能量是如何进入星云的,这就像找到发电厂和灯泡之间的传输线。

黑洞开端

在运作的第二年,钱德拉开始大步前进。关于望远镜的研究,经常有更新的报道:嵌入猎户座星云的x射线辐射恒星,通过吞并邻近星系而成长的星系,以及婴儿恒星的证据。该望远镜还开始了一系列有关黑洞的发现。它发现了一个2型类星体黑洞的证据,它在之前隐藏黑洞存在的厚物质层后面散发出x射线。后来科学家宣布在M82星系中可能存在一种新的黑洞。通过8个月的观察,科学家们表示,黑洞可以代表由恒星形成的小黑洞和隐藏在星系中心的大得多的大得多的黑洞之间的进化阶段。M82的黑洞将至少500个太阳的质量压缩到一个与月球差不多大小的区域。这样一个黑洞的形成需要极端的条件,比如‘超级巨星’的崩溃或者大量黑洞的合并。

可能的暗物质和其他发现

天文学家一直在寻找“暗物质”,人们相信“暗物质”实际上是构成宇宙大部分的无形物质。到目前为止只能通过引力探测到它。2006年一组天文学家使用钱德拉望远镜观察了1E0657-56星系团,该星系团包含了来自星系团碰撞的气体。钱德拉的观测结果与其他几个天文台的观测结果相结合。研究人员研究了星系团对引力透镜的影响,这是已知的引力扭曲背景星系光线的方式。他们对重力的观察表明,在星系碰撞过程中,正常物质和暗物质被撕裂。在暗物质搜寻仍在继续的同时,钱德拉已经被用来寻找其他丢失的物质。2010年研究人员利用钱德拉望远镜和欧洲航天局(European Space Agency)的xmm -牛顿天文台(XMM-Newton observatory)探测了一个气藏,气藏位于距离地球约4亿光年的星系壁上。

科学家们发现了重子的证据,重子是电子、质子和其他组成物质的粒子,这些物质在我们的宇宙中随处可见。研究人员怀疑气体中含有大量的这种物质。当科学家们继续探索物质的本质时,钱德拉继续制造出惊人的图片,同时也揭示了宇宙的结构。这些照片包括对行星状星云和快速增长的星系群的调查,以及在大麦哲伦星云中发现的“超级气泡”。2013年钱德拉探测到银河系超大质量黑洞的破纪录爆发,该黑洞被称为人马座a *或Sgr a *。当时天文学家正在观察Sgr A*如何对当时被怀疑是气体云的物质做出反应,但后来被确定为围绕着致密物体的气体云。虽然G2并没有产生科学家们所希望的烟火,但科学家们确实发现了一个比黑洞正常的静止状态还要亮400倍的巨型耀斑,比先前的记录保持者要亮3倍。


分享到:


相關文章: