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揭示看不见的宇宙的新图像庆祝天文学家争先恐后地拯救的任务

2024-07-25科学

发光的超新星残骸,形状像猫爪子的星云和标志性的「创造之柱」只是美国宇航局钱德拉X射线天文台拍摄的25张前所未见的图像中闪耀的天体中的一小部分,以纪念望远镜成立25周年。

钱德拉(Chandra)以纪念已故印度裔美国天体物理学家Subrahmanyan Chandrasekhar命名,于1999年7月23日乘坐哥伦比亚号航天飞机升空。包括STS-93指挥官艾琳·柯林斯(Eileen Collins)在内的机组人员将望远镜部署到其椭圆形轨道上,该轨道将钱德拉带上一条环绕地球的路径,该路径几乎是到月球距离的三分之一。

「代表STS-93机组人员,我们为钱德拉X射线天文台及其建造和发射这一天文宝藏的杰出团队感到非常自豪,」柯林斯在周一在NASA发布的一份声明中说。「在过去的25年里,钱德拉的发现一直让我们感到震惊和印象深刻。」

为了纪念其成立25周年,天文学家发布了钱德拉拍摄的25张星云,超新星和星系团的新图像。
钱德拉X射线天文台中心/美国宇航局

到目前为止,钱德拉已经对宇宙进行了近25,000次观测。

望远镜通过人眼看不见的X射线观察宇宙。X射线是由宇宙中一些最有能量的事件和最热的物体释放的,包括爆炸的恒星、围绕黑洞旋转的物质、银河系碰撞甚至系外行星。

「四分之一个世纪以来,钱德拉取得了一个又一个惊人的发现,」天体物理中心钱德拉X射线中心主任帕特·斯兰(Pat Slane)说。哈佛大学和史密森尼在马萨诸塞州剑桥的一份声明中。「天文学家已经使用钱德拉来研究我们在建造望远镜时甚至不知道的奥秘 - 包括系外行星和暗能量。

但是,由于美国宇航局的预算削减,望远镜的未来可能处于危险之中,这有可能在本十年末过早地结束任务。如果没有另一个首屈一指的X射线天文台立即取而代之,天文学研究可能会受到影响。

揭开隐藏的宇宙

钱德拉任务的想法最初是由天体物理学家里卡多·贾科尼(Riccardo Giacconi)和哈维·塔南鲍姆(Harvey Tananbaum)于1976年提出的,他们看到了拥有大型X射线望远镜的重要性,并开始设计。与哈勃太空望远镜、现已退役的斯皮策太空望远镜和康普顿伽马射线天文台一起,钱德拉是美国宇航局在20世纪初推出的「伟大天文台」之一,旨在研究不同波长光下的宇宙。

斯莱恩说,该望远镜拥有有史以来最高质量的X射线镜,这不仅会产生华丽的图像,而且能够识别显示高能宇宙物体潜在物理特性的详细结构。

在执行任务期间,钱德拉研究了爆炸恒星的残骸,以了解物质和能量在最极端条件下在太空中的行为。

猫爪星云是银河系中的一个恒星形成区域。靠近星云中心的霓虹紫色圆点代表年轻的恒星。
钱德拉X射线天文台中心/美国宇航局

发射后不久,天文台将重点放在已成为标志性天体目标的地方:超新星残骸仙后座A·钱德拉(Cassiopeia A. Chandra)一次又一次地回到这一特征,每次都揭示出新的见解。

残余物是恒星爆炸时释放的膨胀的物质和能量云。随着时间的流逝,钱德拉的残骸X射线数据使天文学家能够精确定位爆炸留下的致密中子星位于残骸的中心,以及在中子星内部发现的「超流体」。这种液体表明,最初的大质量恒星可能在爆炸时已经翻了个底朝天,这有助于天文学家更好地理解恒星的剧烈演化。

天文台还瞥见了猫爪星云中恒星的诞生和著名的「创造之柱」,并窥视了我们自己的银河系的中心,以帮助天文学家研究其中心的超大质量黑洞。钱德拉已经窥探到了巨大的星系团,其中包括数十万个闪闪发光的星系,以及星系周围只有在X射线下才能看到的过热气体汤。

创造之柱代表了恒星形成的一个区域,高大的黑暗尘埃柱创造了一个恒星苗圃。图像中的彩色圆点代表在X射线和红外光下发光的年轻恒星。
钱德拉X射线天文台中心/美国宇航局

「在钱德拉之前,人们就知道天空中有一种来自各个方向的X射线发射的漫射雾霾。有了钱德拉,我们现在知道这根本不是阴霾;它是一个巨大的遥远黑洞集合,其发射物在更模糊的望远镜中融合在一起,「斯兰说。

「有数百个这样的例子,钱德拉的敏感性带来了新的发现或为现有理论提供了证实,」他补充说。「遗产不是一个特别的发现,而是对研究事物的独特贡献,这些事物就像我们太阳系中的行星一样,靠近时间边缘的超大质量黑洞。

该望远镜根据钱德拉数据撰写了10,000多篇科学论文,是美国宇航局最富有成效的天体物理学任务之一。

不确定的未来

斯莱恩说,美国宇航局的预算无法支持其所有当前项目,同时开始为未来计划的新项目,因此一些遗留任务,如钱德拉,将经历削减。

他说:「对于钱德拉来说,这些减少将介于大幅降低天文台的科学生产力和对其用户社区的支持之间,或者关闭天文台之间。「美国宇航局真诚地不想做后者,社区 - 以及国会 - 一直直言不讳地表示不减少对NASA大天文台的资金,该天文台仍然健康,产生壮观的科学成果,并且看不到替代品。美国宇航局现在正在努力考虑整体预算情况,并为钱德拉提供最终指导。

天文学界的成员发起了一项名为「拯救钱德拉」的草根运动,以提高人们对望远镜未来的认识并获得支持。

根据美国宇航局3月份发布的预算请求,未来几年,美国宇航局对钱德拉的预算拨款将逐渐减少。虽然该望远镜在 2023 年获得了 6830 万美元,但钱德拉在 2025 财年开始的运营中只能获得 4110 万美元。从 2026 财年开始到 2028 财年,Chandra 的预算拨款将降至每年 2660 万美元,然后在 2029 财年降至仅 520 万美元,这将有效地结束任务。

钱德拉在X射线下拍摄的氖紫色气体云在Abell 2125星系团的图像中发光。
钱德拉X射线天文台中心/美国宇航局

斯莱恩说,尽管在太空中度过了25年,但钱德拉仍然健康状况良好,几乎所有航天器的系统都处于良好状态。他说,如果出现任何问题,例如试图将望远镜保持在凉爽的最佳工作温度,钱德拉团队已经找到了创造性的解决方法,这些解决方法并没有降低望远镜的效率。而且不用担心望远镜的燃料耗尽。

虽然有后续望远镜的概念来取代钱德拉的位置,例如具有更好成像能力的Lynx X射线天文台,但这些工具的开发并未被选为重中之重,因此如果钱德拉任务在本世纪末结束,没有立即的X射线天文台介入。

钱德拉不仅作为X射线望远镜发挥着关键作用,而且在提供与其他望远镜的观测结果配对的数据方面发挥着关键作用。所有这些波长的光结合在一起,提供了一个更完整的画面,使天文学家能够解开宇宙挥之不去的谜团。此外,望远镜的损失将影响下一代X射线天文学家,他们的研究得到了钱德拉的支持。

「目前,钱德拉的损失不仅对X射线天文学,而且对大多数天文学都是毁灭性的,」斯兰说。「未来十年的运作除了继续产生顶级科学之外,还将提供一个框架,美国宇航局可以在其中规划美国X射线天文学计划的自然延续和发展。