科学家首次实现龙虾眼x射线大视场

据中国科学院国家天文台消息，中科院空间新技术试验卫星SATech-01的首个正式发表的成果近日在线刊出。利用卫星上搭载的EP-WXT探路者“龙虾眼天文成像仪”莱娅的在轨测试首光，科学家成功获得了一批天体的真实大视场X射线实测图像和能谱。

国家天文台表示，这是国际上首次获得并公开发布的大视场X射线聚焦成像观测结果。该成果标志着我国率先掌握了X射线龙虾眼聚焦成像技术，并成功实现了在轨实验验证。首批结果以“首次龙虾眼聚焦望远镜的大视场X射线在轨观测”为题在国际著名期刊《天体物理学快报》上发表。

▲ 中科院空间新技术试验卫星（SATech-01）和搭载的莱娅龙虾眼望远镜，搭乘力箭 1 号火箭与 2022 年 7 月 27 日在酒泉成功发射|图自中科院，下同

传统的X射线聚焦望远镜观测视场很小，一般在 1 度以下。40 多年前国际上提出了微孔龙虾眼成像的概念，可以实现大视场的X射线聚焦成像。尽管光子接收面积远小于传统的望远镜，龙虾眼望远镜具有大观测视场的优势，可以对一个大的天区范围内天体的活动同时进行监测，是X射线时域天文学所追求的下一代设备。但由于研制困难，这一目标长期未能实现。近二十年多来，国际上几个著名空间科学机构及实验室都在开展微孔龙虾眼技术的研发。以中科院国家天文台张臣和凌志兴为带头人的团队自2011年起开展了该技术的研发，通过自主创新，掌握了该技术的原理和应用，具有完全自主知识产权。在国家自然科学基金委和中科院天文联合基金支持下，国家天文台与北方夜视集团有限公司合作，突破关键技术，研制出指标国际领先的微孔龙虾眼器件。在中科院空间科学先导专项的支持下，国家天文台成功研制出龙虾眼聚焦镜，并由中科院上海技物所集成研制出完整的宽视场X射线望远镜，作为中科院爱因斯坦探针（EP）卫星WXT载荷的一个实验模块。该设备的关键器件，包括龙虾眼聚焦镜和由大阵列CMOS传感器组成的焦面探测器，均为我国自主研发。这也我国科学家创新性的CMOS应用于空间X射线天文探测，属国际首次。

今年7月27日，该实验模块（后命名为莱娅）搭载由中科院微小卫星创新研究院抓总研制的空间新技术试验卫星（SATech-01）发射升空。作为EP卫星WXT探路者，莱娅的观测视场可达340 平方度（18.6度x18.6度），是国际上首个宽视场X射线聚焦成像望远镜。其视场大小比国际上传统的聚焦望远镜提高了至少100倍。

国家天文台EP卫星科学中心利用莱娅的在轨开机测试观测，首次获得了一批天体的大视场X射线实测图像和能谱。结果显示，单次（约13 分钟）的观测就能够同时探测到多个方向上的X射线源，包含了黑洞和中子星X射线双星。同时，从数据中还能获得这些天体X射线辐射强度随时间变化的信息，以及天体的X射线能谱。观测结果与仿真结果高度一致。

▲ 图2:莱娅对银河系中心天区单次观测获得的X射线图像（左图）和地面仿真图像（右图），左右图的观测时长同为798s，能段为0.5-4keV，视场18.6度x18.6度。（左图中标记为4U1826-24的源是捕捉到的一个变亮的中子星X射线双星）

在轨测试完成后，莱娅迄今已开展了三个多月的在轨定标实验和部分科学观测，并开始取得初步科学成果。例如，莱娅发现了一例恒星的超级X射线耀发，并引导了NASA的SWIFT和NICER空间望远镜进行了跟踪观测；探测到迄今最亮的伽马射线暴的余辉辐射；完成了1/2 全天X射线天图的测绘。未来莱娅将开展常规科学观测，预计每半年可获取一次完整的全天X射线天图，发现新的X射线暂现天体和爆发天体，并将开展引力波X射线对应体的搜寻。