爱因斯坦探针

Einstein Probe(EP)

科学目标

EP卫星瞄准了黑洞与其它各种天体的并合,黑洞在宇宙中的分布、形成和演化,引力波源电磁对应体,早期宇宙,超新星,致密天体活动性等重大科学问题开展科学研究,将获取包括全天X射线时序全景图像、天体的 X 射线光谱和时变数据等时域天文观测数据,为时域天文学的发展提供宝贵的数据积累。同时,EP卫星首次将沉寂(不活动)的黑洞作为研究对象,将开辟黑洞吞噬恒星事件这一新的研究领域。 EP卫星具有超大的均匀视场和极高的探测灵敏度,将能探测到稀有的X射线暂现源,具有发现未知类型的X射线暂现天体和现象的能力。EP卫星预期将在时域天文学及其与天体物理学、宇宙学的多个交叉领域获得重要科学发现。 爱因斯坦探针属于发现型的科学任务,它的首要目标就是瞄准动态宇宙中的科学发现,旨在发现新天体、新现象和新规律。 EP卫星将在射线波段对宇宙天体开展高灵敏度实时动态巡天监测,并实现以下科学目标:

1.发现宇宙中的X射线剧变天体;监测已知天体的活动性。探究相关现象的性质及物理机制。

2.发现和探索宇宙中沉寂黑洞的耀发;测绘黑洞的分布,进一步理解其起源、演化及物质吸积过程。

3.探寻来自引力波源的X射线信号,以增进对极端致密天体及其合并过程的认知。

研究内容

(1)沉寂的黑洞的发现和研究爱因斯坦探针能够通过软X射线波段探测爆发现象,发现隐身的黑洞,包括宇宙中所有尺度的天体物理黑洞。

预期的重要成果有:

  • 发现上百个星系中心的沉寂的黑洞,并能对它们的爆发做详细的观测。
  • 结合对事件发生率的独立估计,给出大质量黑洞在星系中心的占有比,回答“是否每一个星系中心都存在大质量黑洞?”这一基本问题。帮助理解黑洞、星系及宇宙结构的形成和演化。
  • 发现中等质量黑洞和大质量双黑洞的观测证据,限制它们的比例。帮助理解种子黑洞起源与分布、大质量双黑洞的形成和演化。
  • 发现各种类型的黑洞潮汐摧毁吞噬恒星的观测现象,检验各种理论模型。包括具有相对论性喷流的事件,揭示喷流产生的条件及机制。
  • 检验黑洞附近的广义相对论效应,追踪研究物质如何落入黑洞。
  • 通过探测爆发现象发现银河系及临近星系中新的恒星级黑洞和中等质量黑洞。发现球状星团中心的黑洞。
  • (2)暂现和爆发天体的巡天监测 EP卫星具有极高的探测灵敏度,能探索更远、更暗和稀有的暂现源。首次在软X射线波段开展监测,具有发现前所未知的暂现源类型的能力,发布暂现源预警、引导国际上其它观测设备的观测研究课题。

    预期的重要成果有:

  • 探测一批超新星爆发瞬间的X射线辐射。
  • 将发现到一批高红移(红移大于6)的早期宇宙天体的爆发事件。
  • 为解开X射线闪(X-ray flash)之谜提供重要数据。
  • 发现一批新的中子星和磁星。
  • 系统性地获得各类暂现源的观测特征,为暂现源的起源和爆发物理机制提供了重要的数据。
  • 发现前所未知类型的暂现源。
  • (3)引力波爆发事件的电磁对应体的探测

    爱因斯坦探针将与国际上第二代引力波探测器(A-LIGO,A-VIRGO)配合,开展引力波暴的电磁波对应体的搜寻实验。若探测到电磁波对应体,将能提高引力波源探测的统计置信度,并为引力波暴定位(精度为20角秒至2角分,或更高),同时可以获得X射线光谱和光变数据。这些结果将引导国际大型多波段设备开展对电磁波对应体的后随观测,证认对应的天体。

    卫星及载荷

    EP结构星

    EP卫星工程将研制一颗对软X射线暂现源和变源兼具宽视场和高灵敏度巡天监测能力的空间天文卫星。

    EP卫星采用了国际上先进的X射线MPO龙虾眼聚焦成像技术,巡天监测能力将比现有在轨设备提高一个数量级以上,开拓了软X 射线观测能段新窗口,从而把握时域天文学和高能物理科学观测的新机遇。

    EP卫星既具有警报信息快速下传功能,在发现暂现源后能够快速发布警报,引导其它天文设备开展后随观测;同时也具有接收地面上行警报信息的功能,可以对机会源进行快速星载后随观测。

    主要技术指标:

    卫星:考核寿命不低于3年,设计寿命不低于5年

    轨道高度:满足高度650 km

    轨道倾角:小于30°圆轨道条件

    科学数据接收:三亚数据接收站、HBK和Maspaloms数据接收站(与ESA协商确定),X波段数据接收码速率不小于80Mbps

    科学探测有效载荷

    爱因斯坦探针卫星有效载荷由宽视场X射线望远镜(WXT,用于全天监视)和后随X射线望远镜(FXT,用于暂现源或剧变源观测)组成,主要指标如下:

    (1)宽视场X射线望远镜(WXT)

    WXT载荷

    总视场:≥3600 平方度

    探测能段:0.5~4.0 keV

    能量分辨率:≤170 eV@ 1.25 keV(FWHM)

    有效面积:对于平行X射线,≥2cm2@1 keV

    角分辨率:≤5′(FWHM)

    源定位精度:1′(90%置信度,中心焦斑内光子数大于200,探测器坐标系)

    触发阈值:≥10mCrab的暂现源(10分钟积分时间)

    (2)后随X射线望远镜(FXT)

    FXT载荷




    视场:直径≥38′

    探测能段:0.5~8.0 keV(探测能段内X射线有效面积大于10cm2)

    能量分辨率:≤170 eV@ 1.25 keV

    有效面积:对于平行X射线,≥100 cm2@1.25 keV,在轴

    角分辨率:≤2′(FWHM)

    源定位精度:优于20角秒(90%置信度,观测时间100秒,焦斑内光子数大于200 ,探测器坐标系)

    数据资源

    检索下载:https://ep.nssdc.ac.cn/