罗希X射线时变探测器
编译:Shea


    以天文学家布鲁诺·罗希(Bruno Rossi)命名的罗希X射线时变探测器(Rossi X-ray Timing Explorer,RXTE),正凭借其灵敏的仪器探测宇宙中从毫秒到年之间变化的X射线源。这些X射线源随时间的变化,可以为我们提供有关白矮星、X射线双星、中子星、脉冲星和黑洞结构以及相关物理过程的信息。

rep17a.gif (2274 字节)1995年12月30日使用德尔塔Ⅱ重3000kg的RXTE被发射入近地轨道(轨道高度600km,倾角23°)。通过NASA的TDRSS卫星,它与地面中转站建立了数据连接,进而将数据传回戈达德飞行中心。

    RXTE具有每分钟6°的转向机动能力,因此它可以快速转向至指定的目标。其机动能力使得RXTE上搭载的仪器能对一些暂现现象和新的现象做出反应。由于太阳X射线的“亮度”,RXTE不能指向太阳周围30°以内的区域。

    RXTE上的设备对2-200 keV这样一个较大范围的X射线都很灵敏,因此它被用来对已知的一些射线源进行研究,同时探测X射线暂现现象、X射线暴,以及X射线发射的周期性波动。

RXTE的研究对象是:

·众多天体在X射线波段所出现的周期性的、瞬时性的、暴发性的现象
·X射线双星,包括子星的质量,轨道特征,以及它们之间的物质交流
·中子星的内部结构,以及它的磁场
·掉入黑洞前物质的运动状况
·黑洞附近的广义相对论效应
·超大质量黑洞在活动星系中所起的作用
·以及在各种天体发出X射线的原因


RXTE的仪器

在下图中,你可以看到RXTE所携带的三台设备:PCA,HEXTE和ASM。

                   rep17b.gif (6419 字节)

rep17c.gif (4052 字节)正比计数器阵(Proportional Counter Array,PCA)由5个氙气正比计数器组成(X射线会与氙气中的电子互相作用),它们对2-60keV的X射线很灵敏。同时,PCA有一个巨大的收集区约6250平方厘米。PCA的指向区又与高能X射线时变试验装置重叠,又增加了额外的1600平方厘米。

rep17d.gif (2915 字节)高能X射线时变试验装置(High Energy X-ray Timing Experiment,HEXTE)使RXTE对X射线的灵敏度拓展到了200keV,因此和PCA一道,这两组设备便形成了具有极高分辨率和灵敏度的X射线探测器。

rep17e.gif (2317 字节)全天监视器(All Sky Monitor,ASM)在2-10 keV的范围每1.5个小时对天空中的大部分区域进行一次扫描,以监视一些最亮的X射线源的长期变化,并且使观测者有机会发现一些新的快速现象。

数据分析

    来自PCA的数据会由试验数据系统(Experiment Data System,EDS)处理。它每秒钟可进行50万次运算,并且记录单个X射线到达的时间可精确到1微秒。数据可以同时存为多种不同的模式。这有利于对不同X射线源数据的采集与分析。来自HEXTE的数据也是同样的处理。

    EDS和HEXTE的数据会存入不同的文件中。通过这些文件天文学家可获得光变曲线和能谱,进而可以获得相应的物理量。

    天文学家使用光变曲线来分析X射线源短期和长期的变化。进一步的分析可以揭示周期性的存在或者复杂变化的组成。这些分析可以使我们知道天体的尺度或者其轨道的情况。

    对能谱的分析可以使我们对理论模型进行调整,去除其中不完善的地方。例如,成功的分析可以使我们确定天体或是X射线源的辐射量。光谱中的发射线或是吸收线可以进一步的测量出天体及其周围物质的组成。

RXTE的一些观测结果

rep17f.gif (2868 字节)1.天文学中最短周期的信号。RXTE使用其极高的计时能力来研究千赫级的准周期振荡,并且对中子星又有了深层次的了解。
[普通报告]
[专业报告]

rep17g.gif (2954 字节)2.找到丢失的联系。首次在吸积双星系统中找到毫秒脉冲星。
[普通报告]
[专业报告]


rep17h.gif (456 字节)3.RXTE观测到两次矮新星的爆发。与光学和极紫外观测一起,RXTE探测到两次全天最亮的矮新星爆发——天鹅座SS和双子座U。
[专业报告]


rep17i.gif (3735 字节)4.大麦云中发现高速旋转脉冲星。在SNR N157B中发现16毫秒脉冲星。在ASCA天文卫星提供的数据的帮助下确定了这可脉冲星的年龄和旋转周期。
[普通报告]
[专业报告]

rep17j.gif (2851 字节)5.软γ射线再现源被发现是X射线脉冲星。脉冲的周期预示其减速是因为其强大的磁场。
[普通报告]
[专业报告]

背景知识——布鲁诺·罗希

    布鲁诺·罗希教授(及其同事)发现了第一个非太阳的X射线源(天蝎座X-1)。罗希是X射线天文学和空间等离子体物理的奠基人,有着出众的天文学职业生涯。布鲁诺·罗希卒于1993年。他任职于麻省理工学院物理教授,1987年获得物理学沃尔夫奖。并且以他的名字设立了布鲁诺·罗希奖,以每年表彰在天体物理学方面有突出成就的天体物理学家。

    1996年2月,NASA为了纪念布鲁诺·罗希,以他的名字命名了X射线时变探测器。由此,这一探测器的官方名称就变成了罗希X射线时变探测器。

参考网站
About RXTE
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xte/learning_center/what_is_RXTE.html

Snazzy Science
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xte/Snazzy/snazzy_sci.html

 

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