蟹状星云的X射线图和
探测器直接测到的电子径迹图像
新的探测技术和方法需要进行飞行验证,为此,冯骅教授提出了“极光计划”,希望利用微纳卫星平台在卫星轨道上直接验证X射线偏振探测技术,从而提高技术成熟度,为未来的空间天文探测所用。2018年10月29日,“极光计划”探测器发射升空,经过1年的观测,探测到来自蟹状星云的X射线偏振信号,并发现了有关脉冲星的新天体物理现象,也就是当蟹状星云脉冲星自转周期突然变化之后,其X射线偏振也发生了显著的变化。
脉冲星是一种极其精确的“时钟”,但是经常会在某一个时间点发生一次突变,然后慢慢恢复,这种自转突变是一种有待研究的天文现象。2019年7月23日,蟹状星云脉冲星发生了一次自转突变,其偏振信号的变化被“极光计划”探测器捕捉,经过几十天它的偏振信号又慢慢恢复,这一新的发现有助于理解脉冲星也就是中子星的内部结构。
载人航天工程应用系统总设计师顾逸东院士表示:“极光计划采用商业化立方星成功测量了蟹状星云及脉冲星的偏振信号,获得脉冲星的X射线偏振随时间变化的重要成果,同时闯出了一条低成本开展空间天文研究的创新途径,对推动高校空间科学发展有重要意义。”
“极光计划”探测器是40多年来国际上第一个专门的空间天文软X射线偏振探测器,宣告了这个天文探测窗口的重新开启,而关于蟹状星云脉冲星自转变化物理过程的意外发现,也说明了这个新窗口的重要性。
据悉,“极光计划”所采取的技术将被应用到我国下一代大科学工程“增强型X射线时变与偏振天文台(eXTP)”上。eXTP是中国领导的大型中欧合作项目,预计2027年发射。作为eXTP首席科学家,中科院高能所粒子天体物理中心主任张双南研究员说:“极光计划发展了最先进的X射线偏振测量技术,实现了历史上仅有的第二次天体X射线偏振测量。这不但验证了40多年前的第一次测量结果的正确性,而且还很有可能发现了一个极具科学价值的新现象,这有助于理解中子星的内部结构以及自转变化如何影响其外部磁场。极光计划的成功表明,目前正在研制和计划中的X射线偏振测量空间项目的科学潜力巨大,其结果也对未来新项目的科学目标确定和技术方案选择提供了新的思路。”