IXPE是一项于2021年发射的X射线天文任务，它彻底改变了我们对耀变体和超新星遗迹等宇宙现象的认识。12月9日，天文学家和物理学家纪念了美国国家航空航天局（NASA）的IXPE（成像X射线极坐标探测器）任务两年来所取得的具有里程碑意义的X射线科学成果。

成像 X 射线极坐标探测器（IXPE）于 2021 年 12 月发射，是一个围绕地球运行的重要天文仪器，用于研究类星体、类星体和黑洞等宇宙现象的 X 射线辐射。它的发现对于解开长期存在的宇宙之谜，如类星体的加速过程和超新星残骸的活动等，起到了关键作用。资料来源：美国国家航空航天局

IXPE 是美国国家航空航天局和意大利航天局的联合任务，旨在研究偏振 X 射线光。偏振是光的一种特性，有助于揭示光的来源信息，如发出这种光的超强能源的几何形状和内部运作。

IXPE 于 2021 年 12 月 9 日发射升空，在约 340 英里的高空围绕地球运行，研究来自距离地球数千到数十亿光年的强大宇宙现象的 X 射线辐射，包括类星体、耀变体、中子星等超新星爆炸的残余物，以及从黑洞附近以接近光速喷出的高能粒子流。

IXPE 在开始科学研究宇宙的行动之前在太空中部署的动画。资料来源：美国国家航空航天局

波士顿大学的天文学家艾伦-马舍尔（Alan Marscher）说："在我们的射电、红外和光学偏振武器库中加入 X 射线偏振，将改变游戏规则，"他领导的研究小组利用 IXPE 的发现分析超大质量黑洞。

"我们都熟悉 X 射线，它是人类的医疗诊断工具。"斯坦福大学研究员约瑟芬-王（Josephine Wong）说："在这里，我们以不同的方式使用它们，但它们再次揭示了我们无法看到的信息。"

马丁-魏斯科普夫（Martin Weisskopf）是一位天体物理学家，他领导了IXPE的开发工作，并在2022年春季从美国国家航空航天局退休前一直担任IXPE的首席研究员。

"毫无疑问，IXPE 已经表明，X 射线偏振测量法对于进一步了解这些迷人的 X 射线系统是非常重要和相关的"。- Martin Weisskopf，已退休的 IXPE 首席研究员

科学家们很早就了解了诸如Markarian 501 和Markarian 421 等耀变体的基本原理。类星体是一个巨大的黑洞，它以盘旋的物质为食，产生强大的高速宇宙粒子喷流，向与盘面垂直的两个方向飞去。但这些粒子是如何被加速到如此高能量的呢？2022 年 11 月发表在《自然》（Nature）杂志上的 IXPE 数据确定了马卡里亚 501 的罪魁祸首是喷流内部的冲击波。

美国国家航空航天局（NASA）的这幅插图展示了通过成像 X 射线极坐标探测器（IXPE）最近对耀变体Markarian 421 的观测推断出的黑洞喷流结构。喷流由吸积盘提供动力，如图像底部所示，吸积盘围绕黑洞运行，并随着时间的推移落入黑洞。螺旋磁场穿过喷流。IXPE 的观测结果表明，X 射线一定是在围绕螺旋磁场旋转的物质内部产生的冲击中产生的。插图显示了冲击前沿本身。X 射线产生于最靠近冲击前沿的白色区域，而光学和无线电辐射则必须来自离冲击更远的湍流区域。资料来源：美国国家航空航天局/巴勃罗-加西亚

位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的一名美国宇航局博士后项目研究员亚尼斯-利奥达基斯（Yannis Liodakis）介绍说："我们终于拿到了拼图的所有碎片，它们拼出的画面非常清晰"。

IXPE 还对三颗超新星残骸--仙后座 A、第谷和 SN 1006--进行了前所未有的研究，帮助科学家进一步了解这些现象周围磁场的起源和过程。

IXPE 还为我们银河系的基本机制提供了新的启示。根据 IXPE 在 2022 年初进行的研究，银河系中心的超大质量黑洞人马座 A* 在大约 200 年前苏醒过来，吞噬气体和其他宇宙垃圾，引发了强烈而短暂的 X 射线耀斑。研究人员结合 IXPE、钱德拉和欧洲航天局 XMM-Newton 任务的数据，确定这一事件发生在 19 世纪初左右。

美国宇航局马歇尔分部的 IXPE 项目科学家史蒂夫-埃勒特（Steve Ehlert）说："我们知道，活动星系和超大质量黑洞可能在人类的时间尺度上发生变化。IXPE正在帮助我们更好地了解银河系中心黑洞发生变化的时间尺度。我们迫切希望进一步观测它，以确定哪些变化是典型的，哪些是独特的。"

这幅超新星残余物SN 1006的新图像结合了来自NASA的成像X射线极化探测器和NASA的钱德拉X射线天文台的数据。红色、绿色和蓝色元素分别反映了钱德拉探测到的低能、中能和高能 X 射线。左上角紫色显示的是测量 X 射线光偏振的 IXPE 数据，另外还有代表残余物磁场向外运动的线条。资料来源：X射线： NASA/CXC/SAO（钱德拉）；NASA/MSFC/南京大学/P. Zhou et al. (IXPE); IR: NASA/JPL/CalTech/Spitzer; Image Processing： NASA/CXC/SAO/J.Schmidt

IXPE 还支持对意料之外的宇宙事件的观测--例如 2022 年 10 月突然席卷太阳系的有记录以来最明亮的强辐射脉冲。

研究人员说，该脉冲源于一次强大的伽马射线暴，可能一万年也不会发生一次。IXPE为美国国家航空航天局费米太空望远镜和其他成像仪的数据提供了支持，帮助确定了强大的发射是如何组织起来的，并证实了地球成像仪几乎是直接正面观测到喷流的。

也许最令太空科学家兴奋的是，IXPE 的数据正在颠覆人们对各类高能源的传统看法。

埃勒特说："在过去两年中，我们看到的许多偏振 X 射线结果都让人大吃一惊，理论模型直接被抛到了九霄云外。"

"看到我们没有预料到的结果会引发新的问题、新的理论。这真是令人兴奋！"- Steve Ehlert，IXPE 项目科学家

世界各地的 IXPE 合作伙伴仍在继续兴奋。今年 6 月，这项任务在最初的两年飞行后正式延长了 20 个月，这意味着 IXPE 将继续观测整个宇宙的高能 X 射线辐射，持续至少到 2025 年 9 月。

新的一年还将标志着 IXPE 一般观察员计划的启动，该计划邀请世界各地的天体物理学家和其他空间科学家提出并参与利用 IXPE 望远镜进行的研究。从 2024 年 2 月开始，IXPE 80% 的时间将提供给更广泛的科学界。

编译来源：ScitechDaily