當前位置: 華文世界 > 科學

揭示看不見的宇宙的新影像慶祝天文學家爭先恐後地拯救的任務

2024-07-25科學

發光的超新星殘骸,形狀像貓爪子的星雲和標誌性的「創造之柱」只是美國太空總署錢德拉X射線天文台拍攝的25張前所未見的影像中閃耀的天體中的一小部份,以紀念望遠鏡成立25周年。

錢德拉(Chandra)以紀念已故印度裔美國天體物理學家Subrahmanyan Chandrasekhar命名,於1999年7月23日乘坐哥倫比亞號太空穿梭機升空。包括STS-93指揮官艾琳·柯林斯(Eileen Collins)在內的機組人員將望遠鏡部署到其橢圓形軌域上,該軌域將錢德拉帶上一條環繞地球的路徑,該路徑幾乎是到月球距離的三分之一。

「代表STS-93機組人員,我們為錢德拉X射線天文台及其建造和發射這一天文寶藏的傑出團隊感到非常自豪,」柯林斯在周一在NASA釋出的一份聲明中說。「在過去的25年裏,錢德拉的發現一直讓我們感到震驚和印象深刻。」

為了紀念其成立25周年,天文學家釋出了錢德拉拍攝的25張星雲,超新星和星系團的新影像。
錢德拉X射線天文台中心/美國太空總署

到目前為止,錢德拉已經對宇宙進行了近25,000次觀測。

望遠鏡透過人眼看不見的X射線觀察宇宙。X射線是由宇宙中一些最有能量的事件和最熱的物體釋放的,包括爆炸的恒星、圍繞黑洞旋轉的物質、銀河系碰撞甚至系外行星。

「四分之一個世紀以來,錢德拉取得了一個又一個驚人的發現,」天體物理中心錢德拉X射線中心主任帕特·斯蘭(Pat Slane)說。哈佛大學和史密森尼在麻省劍橋的一份聲明中。「天文學家已經使用錢德拉來研究我們在建造望遠鏡時甚至不知道的奧秘 - 包括系外行星和暗能量。

但是,由於美國太空總署的預算削減,望遠鏡的未來可能處於危險之中,這有可能在本十年末過早地結束任務。如果沒有另一個首屈一指的X射線天文台立即取而代之,天文學研究可能會受到影響。

揭開隱藏的宇宙

錢德拉任務的想法最初是由天體物理學家列卡度·賈科尼(Riccardo Giacconi)和哈維·塔南鮑姆(Harvey Tananbaum)於1976年提出的,他們看到了擁有大型X射線望遠鏡的重要性,並開始設計。與哈伯太空望遠鏡、現已退役的斯皮策太空望遠鏡和康普頓Gamma射線天文台一起,錢德拉是美國太空總署在20世紀初推出的「偉大天文台」之一,旨在研究不同波長光下的宇宙。

斯萊恩說,該望遠鏡擁有有史以來最高質素的X射線鏡,這不僅會產生華麗的影像,而且能夠辨識顯示高能宇宙物體潛在物理特性的詳細結構。

在執行任務期間,錢德拉研究了爆炸恒星的殘骸,以了解物質和能量在最極端條件下在太空中的行為。

貓爪星雲是銀河系中的一個恒星形成區域。靠近星雲中心的霓虹紫色圓點代表年輕的恒星。
錢德拉X射線天文台中心/美國太空總署

發射後不久,天文台將重點放在已成為標誌性天體目標的地方:超新星殘骸仙後座A·錢德拉(Cassiopeia A. Chandra)一次又一次地回到這一特征,每次都揭示出新的見解。

殘余物是恒星爆炸時釋放的膨脹的物質和能量雲。隨著時間的流逝,錢德拉的殘骸X射線數據使天文學家能夠精確定位爆炸留下的致密中子星位於殘骸的中心,以及在中子星內部發現的「超流體」。這種液體表明,最初的大質素恒星可能在爆炸時已經翻了個底朝天,這有助於天文學家更好地理解恒星的劇烈演化。

天文台還瞥見了貓爪星雲中恒星的誕生和著名的「創造之柱」,並窺視了我們自己的銀河系的中心,以幫助天文學家研究其中心的超大質素黑洞。錢德拉已經窺探到了巨大的星系團,其中包括數十萬個閃閃發光的星系,以及星系周圍只有在X射線下才能看到的過熱氣體湯。

創造之柱代表了恒星形成的一個區域,高大的黑暗塵埃柱創造了一個恒星苗圃。影像中的彩色圓點代表在X射線和紅外光下發光的年輕恒星。
錢德拉X射線天文台中心/美國太空總署

「在錢德拉之前,人們就知道天空中有一種來自各個方向的X射線發射的漫射霧霾。有了錢德拉,我們現在知道這根本不是陰霾;它是一個巨大的遙遠黑洞集合,其發射物在更模糊的望遠鏡中融合在一起,「斯蘭說。

「有數百個這樣的例子,錢德拉的敏感性帶來了新的發現或為現有理論提供了證實,」他補充說。「遺產不是一個特別的發現,而是對研究事物的獨特貢獻,這些事物就像我們太陽系中的行星一樣,靠近時間邊緣的超大質素黑洞。

該望遠鏡根據錢德拉數據撰寫了10,000多篇科學論文,是美國太空總署最富有成效的天體物理學任務之一。

不確定的未來

斯萊恩說,美國太空總署的預算無法支持其所有當前專案,同時開始為未來計劃的新專案,因此一些遺留任務,如錢德拉,將經歷削減。

他說:「對於錢德拉來說,這些減少將介於大幅降低天文台的科學生產力和對其使用者社區的支持之間,或者關閉天文台之間。「美國太空總署真誠地不想做後者,社區 - 以及國會 - 一直直言不諱地表示不減少對NASA大天文台的資金,該天文台仍然健康,產生壯觀的科學成果,並且看不到替代品。美國太空總署現在正在努力考慮整體預算情況,並為錢德拉提供最終指導。

天文學界的成員發起了一項名為「拯救錢德拉」的草根運動,以提高人們對望遠鏡未來的認識並獲得支持。

根據美國太空總署3月份釋出的預算請求,未來幾年,美國太空總署對錢德拉的預算撥款將逐漸減少。雖然該望遠鏡在 2023 年獲得了 6830 萬美元,但錢德拉在 2025 財年開始的營運中只能獲得 4110 萬美元。從 2026 財年開始到 2028 財年,Chandra 的預算撥款將降至每年 2660 萬美元,然後在 2029 財年降至僅 520 萬美元,這將有效地結束任務。

錢德拉在X射線下拍攝的氖紫色氣體雲在Abell 2125星系團的影像中發光。
錢德拉X射線天文台中心/美國太空總署

斯萊恩說,盡管在太空中度過了25年,但錢德拉仍然健康狀況良好,幾乎所有航天器的系統都處於良好狀態。他說,如果出現任何問題,例如試圖將望遠鏡保持在涼爽的最佳工作溫度,錢德拉團隊已經找到了創造性的解決方法,這些解決方法並沒有降低望遠鏡的效率。而且不用擔心望遠鏡的燃料耗盡。

雖然有後續望遠鏡的概念來取代錢德拉的位置,例如具有更好成像能力的Lynx X射線天文台,但這些工具的開發並未被選為重中之重,因此如果錢德拉任務在本世紀末結束,沒有立即的X射線天文台介入。

錢德拉不僅作為X射線望遠鏡發揮著關鍵作用,而且在提供與其他望遠鏡的觀測結果配對的數據方面發揮著關鍵作用。所有這些波長的光結合在一起,提供了一個更完整的畫面,使天文學家能夠解開宇宙揮之不去的謎團。此外,望遠鏡的損失將影響下一代X射線天文學家,他們的研究得到了錢德拉的支持。

「目前,錢德拉的損失不僅對X射線天文學,而且對大多數天文學都是淪陷性的,」斯蘭說。「未來十年的運作除了繼續產生頂級科學之外,還將提供一個框架,美國太空總署可以在其中規劃美國X射線天文學計劃的自然延續和發展。