X 射线是一种肉眼看不见的高能辐射,它可以穿透大多数物质,揭示宇宙中最热、最暴力、最神秘的现象。从超新星爆炸,到黑洞的吞噬,从星系团的碰撞,到暗物质的分布,X 射线都能为我们提供宝贵的信息。然而,要观测 X 射线并不容易,因为地球的大气层会吸收 X 射线,所以我们必须将 X 射线望远镜送入太空,才能捕捉到来自遥远天体的 X 射线信号。
为了更好地了解宇宙的 X 射线图像,一项名为 eROSITA 的全天空巡天计划于 2019 年启动,它的目标是用 X 射线扫描整个天空,探测到比以往任何 X 射线巡天计划都多的 X 射线源,从而揭示宇宙的结构和演化。eROSITA 是一个由德国和俄罗斯合作的空间项目,它的名字是 “extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array” 的缩写,意思是 “带有成像望远镜阵列的扩展伦琴巡天”,伦琴是 X 射线的发现者。
史上最详细的宇宙 X 射线地图2020 年 6 月,eROSITA 完成了它的第一次全天空巡天,这是一个历时半年的艰巨任务,它使用了一台由七个相同的 X 射线望远镜组成的仪器,每个望远镜都有自己的镜头和探测器。eROSITA 的设计和制造过程非常复杂,它的重量约为 800 千克,高度约为 3.5 米,直径约为 1.3 米,它的镜头由 54 层金属箔制成,每层都有不同的曲率,以便反射 X 射线,它的探测器由 2304 个像素组成,每个像素都有自己的电子学,以便测量 X 射线的能量和位置。
eROSITA 在第一次全天空巡天中探测到了超过 1.7 亿个 X 射线光子(光粒子),天文学家后来将这些光子确定为大约 90 万个不同的太空天体,其中大部分是超大质量黑洞。这些黑洞位于遥远的星系中心,它们通过吞噬周围的物质,产生了强烈的 X 射线辐射,这些 X 射线可以穿越星系间的尘埃和气体,到达我们的望远镜。通过研究这些黑洞,我们可以了解它们如何影响它们所在的星系的形成和演化,以及它们如何与宇宙的膨胀和暗能量相互作用。
除了黑洞,eROSITA 还发现了许多其他类型的 X 射线源,包括恒星、中子星、白矮星、脉冲星、超新星遗迹、星系团、星系团间气体等。其中一些 X 射线源非常奇特,它们的形状和特征让人惊讶。比如,eROSITA 发现了一个类似于手指的 X 射线源,它被命名为 “Hoinga”,它是一个巨大的超新星遗迹,它的直径约为 4.4 度,相当于 8 个满月的大小,它位于银河系的边缘,距离我们约 2.6 万光年,它的形成可能与一个古老的恒星爆炸有关。eROSITA 还发现了一个类似于鬼火的 X 射线源,它被命名为 “Ghoul”,它是一个由两个脉冲星组成的双星系统,它们相距约 0.8 秒,它们的轨道周期约为 5.4 小时,它们的 X 射线辐射可能与它们之间的物质转移有关。eROSITA 还发现了一个类似于蝴蝶的 X 射线源,它被命名为 “Pixie”,它是一个由一个中子星和一个白矮星组成的双星系统,它们相距约 0.02 秒,它们的轨道周期约为 1.6 小时,它们的 X 射线辐射可能与它们的强烈的磁场和快速的自转有关。
连接星系的气体桥梁
这次调查中最引人入胜的新发现之一,是一条巨大的 “长丝”,或称热气桥,它连接着两个星系团,横跨4200多万光年(是银河系长度的400多倍)。这条长丝被认为是宇宙网的一部分–宇宙网是一条巨大的气体高速公路,为宇宙中的所有星系提供养料,并揭示了难以捉摸的暗物质所居住的空洞。(不过该研究尚未通过同行评审)。
宇宙网是宇宙最大的结构,它由无数的星系、星系团和星系团间气体组成,它们以一种复杂的方式相互连接,形成了一个类似于蜘蛛网的巨型网络。宇宙网的形成是由暗物质的引力作用引导的,暗物质是一种看不见、摸不着、但占据了宇宙大部分质量的神秘物质。暗物质的分布决定了宇宙网的形状,而宇宙网的演化又反映了宇宙的历史和未来。
eROSITA 是第一个能够观测到宇宙网的 X 射线望远镜,它可以探测到星系团间气体的 X 射线辐射,这些气体是宇宙网的主要成分,它们的温度高达数百万度,它们的密度非常稀薄,它们的质量却超过了星系团中所有恒星的质量。通过研究这些气体,我们可以了解宇宙网的性质和动力学,以及它们如何影响星系的形成和演化。
eROSITA 发现的连接两个星系团的气体桥梁,是宇宙网的一个典型例子,它显示了两个星系团在引力作用下相互靠近的过程,这个过程可能会持续数十亿年,最终导致两个星系团的合并,形成一个更大的星系团。这种合并事件是宇宙中最强大的能量释放过程之一,它会产生巨大的冲击波和湍流,使得星系团间气体的温度和密度发生变化,从而改变它们的 X 射线辐射。