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“慧眼”——硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（Insight-HXMT）衛(wèi)星是我國第一顆X射線天文衛(wèi)星。在軌運(yùn)行兩年多以來，“慧眼”開展了各類觀測1000余次，已在國際主流天體物理雜志上發(fā)表（含接受）科學(xué)論文10余篇。
此前，“慧眼”衛(wèi)星成功監(jiān)測雙中子星并合引力波事件電磁對應(yīng)體和完成脈沖星導(dǎo)航實驗的成果已經(jīng)先后發(fā)布。10月26日開幕的第一屆中國空間科學(xué)大會期間，“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊發(fā)布了“慧眼”衛(wèi)星對X射線雙星的系列觀測結(jié)果。
開啟研究黑洞系統(tǒng)新窗口
X射線雙星是由黑洞或中子星與一個正常恒星組成的雙星系統(tǒng)，正常恒星的物質(zhì)在強(qiáng)引力作用下落向黑洞或中子星，形成圍繞黑洞和中子星高速轉(zhuǎn)動的物質(zhì)盤（吸積盤），并發(fā)出強(qiáng)烈的X射線輻射。
X射線雙星的快速光變和能譜是研究強(qiáng)引力場、強(qiáng)磁場，以及物質(zhì)在強(qiáng)引力場和強(qiáng)磁場下的動力學(xué)過程和輻射過程的主要探針。在軌期間，“慧眼”衛(wèi)星對黑洞、中子星X射線雙星進(jìn)行了高精度、高頻度的定點(diǎn)觀測，
“‘慧眼’發(fā)現(xiàn)黑洞系統(tǒng)中迄今最高能量的準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象，開啟了研究黑洞系統(tǒng)的新窗口，使得人類可以研究非常靠近黑洞或中子星的物質(zhì)的運(yùn)動和輻射過程?！北R方軍介紹。
準(zhǔn)周期振蕩（QPO），即天體的流強(qiáng)在某個中心頻率附近以多種頻率變化的現(xiàn)象，是黑洞X射線雙星系統(tǒng)的主要光變特征。其起源有多個理論模型，不但涉及到輻射區(qū)的幾何結(jié)構(gòu)、物質(zhì)狀態(tài)和輻射機(jī)制，也是驗證廣義相對論的重要預(yù)言“時空拖曳效應(yīng)”的主要觀測依據(jù)之一。
“慧眼”衛(wèi)星將黑洞系統(tǒng)準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象研究的最高能量從以往的30keV提高到100keV，強(qiáng)烈支持QPO信號的非熱輻射起源，說明黑洞臨近區(qū)域以非熱高能物理過程為主。
對流行的千赫茲
QPO模型提出挑戰(zhàn)
“慧眼”衛(wèi)星在中子星X射線雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了最高能量的千赫茲準(zhǔn)周期振蕩（QPO），對廣為認(rèn)可的千赫茲QPO起源模型提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
天蝎座X-1（Sco X-1）是人類發(fā)現(xiàn)的第一個宇宙X射線天體，也是除太陽外天空中最亮的X射線源。
上個世紀(jì)末的觀測發(fā)現(xiàn)，Sco X-1存在中心頻率在千赫茲附近的QPO現(xiàn)象。雖然經(jīng)過了20多年的觀測和研究，其起源仍無定論，最流行的模型認(rèn)為這對應(yīng)于圍繞中子星高速旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)盤（吸積盤）內(nèi)邊緣的不穩(wěn)定性，中心頻率與旋轉(zhuǎn)頻率相當(dāng)。
慧眼衛(wèi)星首次在20 keV以上的能區(qū)觀測到Sco X-1的千赫茲QPO，由于吸積盤的輻射以熱輻射為主，光子能量難以到達(dá)這么高的能量，慧眼的觀測結(jié)果對流行的千赫茲QPO模型提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
首次驗證關(guān)于光的
輻射壓導(dǎo)致
吸積盤結(jié)構(gòu)突變的理論
Swift J0243.6+6124是銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第一個超亮X射線源。其光度極高，導(dǎo)致大部分望遠(yuǎn)鏡被“亮瞎眼”，無法展開觀測。
“‘慧眼’對其進(jìn)行了國際上最為全面的觀測，使我們能系統(tǒng)地研究其時變和能譜的演化。我們發(fā)現(xiàn)在特定X射線光度時，X射線脈沖輪廓（亮度的周期性變化曲線）兩次發(fā)生突變，這是天文學(xué)家首次在中子星X射線雙星系統(tǒng)中觀測到脈沖輪廓隨著光度增加相繼突變兩次的現(xiàn)象?！北R方軍介紹。
“慧眼”的觀測結(jié)果表明，脈沖輪廓在低光度時的突變，是由于吸積物質(zhì)在中子星表面上的分布形狀變化引起的：當(dāng)光度較低時，吸積物質(zhì)像土丘一樣；而光度較高時，由于輻射壓的影響，會形成吸積柱，導(dǎo)致脈沖輪廓變化。當(dāng)光度進(jìn)一步升高，吸積盤由氣壓主導(dǎo)變?yōu)楣獾妮椛鋲褐鲗?dǎo)，并從一個薄盤膨脹為厚盤，導(dǎo)致了功率譜的變化。
這一觀測首次驗證了半個多世紀(jì)前提出的吸積理論。但是，脈沖輪廓為何兩次突變，仍然是一個謎。
為吸積物理研究
提供新“探針”
當(dāng)中子星從伴星吸積的物質(zhì)足夠多時，會發(fā)生熱核聚變反應(yīng)，發(fā)出大量低能X射線（能量大多低于1keV）。這些X射線光子會與籠罩在中子星周圍、溫度高達(dá)幾億度的高溫電子冕發(fā)生碰撞并降低電子的溫度。
“慧眼”首次觀測到中子星表面單個熱核暴的X射線光子“陣雨”對溫度高達(dá)幾億度高溫電子冕的快速冷卻現(xiàn)象，為研究高溫電子冕的輻射和形成機(jī)制提供了“獨(dú)門”探針。
這一觀測現(xiàn)象最初由項目組利用美國衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時需要累積十個以上的暴才能看到顯著的信號?；垩坌l(wèi)星由于在高能X射線波段很強(qiáng)的探測能力，首次高顯著性地探測到單個熱核暴產(chǎn)生的低能X射線光子對高溫電子冕的冷卻，冕的冷卻和重新加熱在1秒左右的時間內(nèi)即能完成。
“慧眼”衛(wèi)星還發(fā)現(xiàn)中子星表面的熱核暴與圍繞中子星運(yùn)動的吸積盤之間可能發(fā)生劇烈的相互作用。這可能提供了限制物質(zhì)盤最內(nèi)半徑的新方法。
為理解中子星提供新依據(jù)
回旋吸收線的能量直接對應(yīng)著磁場強(qiáng)度，這是目前直接測量中子星磁場的唯一方法。
著名的中子星X射線雙星Her X-1是首顆被觀測到回旋吸收線的中子星，然而，其回旋吸收線的能量在過去的近二十年中呈現(xiàn)緩慢的下降，是中子星物理的未解之謎。
最近幾年，觀測發(fā)現(xiàn)其下降趨勢有可能停止了?！盎垩劬_地觀測到了來自Her X-1的回旋吸收線，并且以超過5倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的精度確定了回旋吸收線的能量不再下降，為理解中子星的性質(zhì)提供了新的觀測依據(jù)?！北R方軍介紹。
