Insight-HXMT giver indsigt i oprindelsen af ​​hurtige radioudbrud

De seneste observationer fra Insight-HXMT blev offentliggjort online i Natur astronomi den 18. februar. Insight-HXMT har opdaget det allerførste røntgenudbrud forbundet med et hurtigt radioudbrud (FRB) og har identificeret, at det stammer fra soft-gamma repeater (SGR) J1935+2154, som er en magnetar i vores Mælkevej.

Insight-HXMT er den første til at identificere dobbeltspidsstrukturen af ​​dette røntgenudbrud som højenergi-modstykket til FRB 200428. Denne opdagelse, sammen med resultater fra andre teleskoper, beviser, at FRB'er kan komme fra magnetiske udbrud, dermed løst det mangeårige puslespil om oprindelsen af ​​FRB'er.

Disse resultater fra Insight-HXMT hjælper også med at forklare emissionsmekanismen for FRB'er, samt udløsermekanismen for magnetar bursts.

Dette arbejde blev udført af forskere fra Institute of High Energy Physics (IHEP) ved det kinesiske videnskabsakademi, Beijing Normal University, University of Nevada Las Vegas, Tsinghua University og andre institutioner.

FRB'er, først opdaget i 2007, er et stort mysterium inden for astronomi. De frigiver en enorm mængde energi på kun flere millisekunder. Omkring hundrede sådanne begivenheder er blevet opdaget i forskellige områder af vores univers. I øvrigt, gentagne FRB'er er fundet fra samme retning.

I betragtning af radioteleskopers snævre synsfelt, hændelsesraten for FRB'er er meget høj:Hver dag når tusindvis af sådanne udbrud Jorden. Imidlertid, før denne opdagelse af Insight-HXMT og flere andre rumrøntgeninstrumenter, ingen FRB-stråling ved nogen anden bølgelængde var nogensinde blevet detekteret, og alle FRB'er med ret god lokalisering var fra fjerne ekstragalaktiske kilder, hvis identitet og natur endnu er ukendt. Oprindelsen og mekanismerne for sådanne mystiske fænomener udgør et af de største spørgsmål inden for astronomi i dag.

Forskere har foreslået mange modeller for at forklare den fysiske oprindelse af FRB'er, såsom sammenlægning af to kompakte objekter, sammenbruddet af en kompakt stjerne, magnetiske udbrud, kollisionen mellem en neutronstjerne og en asteroide, eller endda signaler fra udlændinge. I de seneste år, flere observationer har afsløret flere egenskaber ved FRB'er, intensivere debatten om deres oprindelse.

For at forstå karakteren af ​​FRB'er, vi skal besvare to spørgsmål:Hvad er kilden til FRB'er, og hvordan ser FRB'er ud i andre bølgebånd?

Den 28. april, 2020 kl. 14:34 GMT, det canadiske CHIME-eksperiment og STARE2-eksperimentet i USA påviste uafhængigt en meget lys FRB, som fik navnet FRB 200428. Den kom fra nogenlunde samme retning som den galaktiske magnetar SGR J1935+2154. Baseret på FRB's spredningsmåling, kilden til denne FRB var placeret omkring 30, 000 lysår væk, hvilket omtrent stemmer overens med afstanden til SGR J1935+2154.

Magnetarer er en gruppe neutronstjerner med ekstreme magnetiske overfladefelter, der er omkring 100 billioner gange stærkere end Jordens magnetfelt. Når den er aktiv, en magnetar kan udsende lyse korte røntgenudbrud. Derfor, teoretikere spekulerer i, at magnetarer også kan udsende FRB'er. I midten af ​​april 2020, SGR J1935+2154 gik ind i en ny aktiv periode, og hundredvis af røntgenudbrud blev frigivet.

Som svar på denne mulighed, Insight-HXMT ændrede sin observationsplan og begyndte en meget langvarig pegeobservation af SGR J1935+2154. Cirka 8,6 sekunder før FRB 200428, Insight-HXMT registrerede et meget lyst røntgenudbrud fra SGR J1935+2154. Dette røntgenudbrud blev også detekteret af den europæiske satellit INTEGRAL, den russiske detektor Konus-Wind og den italienske satellit AGILE.

Tidsforskellen er i overensstemmelse med tidsforsinkelsen af ​​radiosignalet på grund af det interstellare medium. Dette indikerer, at røntgen- og radioemissionerne er fra den samme eksplosion.

Desuden, Insight-HXMT var godt i stand til at lokalisere dette lyse røntgenudbrud baseret på det unikke design af dets kollimatorer, beviser således, at både røntgenudbruddet og FRB 200428 stammede fra magnetar SGR J1935+2154. Dette repræsenterer ikke kun den første bekræftede kilde til en FRB, men også den første FRB med oprindelse i vores galakse. Det er en milepæl i forståelsen af ​​FRB'er og magnetarers natur. Opdagelsen af ​​FRB 200428 og relateret forskning blev anerkendt som en af ​​de 10 bedste opdagelser i 2020 af Natur og Videnskab .

Sammenlignet med observationsdata fra andre højenergisatellitter, observationsdataene om FRB 200428 fra Insight-HXMT er de mest statistisk rige og dækker det bredeste energibånd, giver således den mest detaljerede tidsmæssige og spektrale information om røntgenudbruddet.

Insight-HXMT er en af ​​to satellitter, der uafhængigt lokaliserede dette røntgenudbrud, viser meget større nøjagtighed end to radioteleskoper, der registrerede FRB 200428. Insight-HXMT opdagede også, i lyskurven af ​​dette røntgenudbrud, to røntgenspidser, der tidsmæssigt er meget tæt på linje med FRB, et resultat senere bekræftet af andre satellitdata.

Endelig, Insight-HXMT er det eneste instrument, der leverer data til detaljeret analyse af den spektrale udvikling af dette røntgenudbrud. Specifikt, røntgenspektret af disse to spidser er væsentligt forskelligt fra spektre fra andre dele af udbruddet såvel som fra størstedelen af ​​røntgenudbrud fra magnetarer. Disse resultater er afgørende for at forstå den fysiske mekanisme af FRB'er.

Sammenfattende, Insight-HXMT har opdaget, at dette røntgenudbrud er fra magnetar SGR J1935+2154, de to spidser af dette røntgenudbrud er højenergi-modstykket til FRB 200428, og spektret af dette røntgenudbrud er specielt. Disse observationer viser også, at Insight-HXMT er meget kraftfuldt som rumobservatorium.

Insight-HXMT er Kinas første røntgenobservatorium i rummet. Det blev først foreslået af LI Tipei og WU Mei fra IHEP i 1993. Insight-HXMT er finansieret af China National Space Administration og CAS. IHEP er ansvarlig for satellitnyttelast, det videnskabelige datacenter og videnskabelig forskning. China Academy of Space Technology er bygherren af ​​Insight-HXMT-satellitplatformen. Tsinghua Universitet, National Space Science Center, Beijing Normal University og andre institutter har også bidraget til Insight-HXMT-missionen. Kalibreringen af ​​detektorerne ombord på Insight-HXMT blev understøttet af National Institute of Metrology, Ferrara University i Italien og Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.

Siden lanceringen den 15. juni, 2017, Insight-HXMT har med succes opereret i kredsløb i mere end 3,5 år. Det har opnået en række vigtige videnskabelige resultater om sorte huller, neutronstjerner og andre fænomener.

Da Insight-HXMT fungerer problemfrit i kredsløb, den forbedrede X-ray Timing and Polarimetry (eXTP) rummission, udviklet af IHEP og mange andre nationale og internationale partnerinstitutioner, er gået ind i fase-B (designfase), efter mere end 10 års forstudie og nøgleteknologisk udvikling. Det vil øge kapaciteten til at studere neutronstjerner og sorte huller med en størrelsesorden eller mere, sammenlignet med andre lignende satellitter.

eXTP vil bringe Kina og det internationale eXTP-konsortium til grænsen for højenergi rumastronomi. Højenergi-modstykkerne til ekstragalaktiske FRB'er er meget svage på grund af deres store afstand. eXTP vil være et ideelt instrument til at opdage dem.