全球最灵敏,我国的引力波暴高能电磁对应体天文预警卫星能干啥?

最近,我国成功发射了最新研发的天文学预警卫星——引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星(英文全称Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor,英文简称:GECAM,昵称为“极目”,中文名:怀柔一号)。名字这么长,一看就知道不简单,事实上也确实是不简单!且听我慢慢道来。

跟引力波有关?

看名字就知道这颗卫星跟引力波有关,事实也确实有关,甚至它也跟目前地面的引力波探测器如美国的LIGO(激光干涉引力波天文台)和欧洲的Virgo(室女座)引力波探测器都具有两个探测臂一样,“极目”卫星也拥有两颗卫星。但需要说明的是,极目卫星并不能直接探测引力波,而是探测与引力波事件几乎同时产生的高能电磁波信号。自然它的两颗卫星也并非为了探测到两个垂直方向的时空涟漪,而是为了实现全天候观测的需要。

火眼金睛——极目卫星

既然不是用来探测引力波的,那它们究竟能干啥?这其实是一对高能射线探测卫星,其设计的探测频率为8KeV-2MeV能段的电磁波,对应为从X射线到伽马射线的频段,也就是说,只要是这个频段内的电磁波辐射,它们都能探测到。

能产生这个频率范围电磁辐射的并不仅限于引力波的光学对应体,也就是说并不限于能产生引力波的天体。能产生高能的X射线和伽马射线的天文事件很多,比如超新星爆发、黑洞喷流、磁星爆发、太阳耀斑、当然少不了引力波事件中的中子星并合,甚至地球也能产生由闪电引发的地球伽马闪。因此,虽然这对卫星被命名为引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星,但其实它们一开始就被赋予了更多的使命,其探测对象包括:引力波高能电磁对应体、快速射电暴高能辐射、磁星爆发、太阳耀斑、地球伽马闪等。极目将是未来数年内探测这些高能电磁想象最灵敏的人类探测器!

见鬼,跟引力波有什么关系?

你可能要说,既然极目卫星能进行如此多种类的高能天文现象观测,为何偏偏要以“引力波暴高能电磁对应体”作为重点命名?还把名字拉得那么长……

说来话长,我们要从一次天文学事件说起,在很久很久以前……嗯?…啊…在三年多以前,即2017年8月17日,费米伽玛射线空间望远镜监测到一次伽马射线短暴,持续时间大约2秒,这一事件被编号为GRB170817A。(编号中GRB=Gamma-Ray Burst,即伽马射线暴)

在此后6分钟左右,LIGO的电脑数据分析系统检测出一次持续约100秒的引力波事件,在大约40分钟后,LIGO和Virgo宣布发现双中子星并合引力波事件,并根据引力波信号到达三个探测器(LIGO两个+Virgo一个)的时间差给出了引力波源的大致方位。由于这次引力波事件Virgo也探测到了,使其定位精度大大高于此前的引力波事件。也就是说引力波源所在的天区范围大大缩小了。这次引力波事件被编号为GW170817。(GW=Gravitational wave,即引力波)

由于引力波与伽马射线短爆被探测到的时间仅相差1.7秒,(引力波先到,先被确认的伽马射线后到)科学家由此判断为同一个天文事件。在获得了LIGO与Virgo给出的大致方位后,全球不同地方、不同波段的地面望远镜和空间望远镜都同时指向该天区进行搜寻。

但由于LIGO和Virgo给出的天区对于如此遥远和暗弱的天体来说,依然过于宽泛,其波源的天区面积约为满月面积的150倍,大约60平方度。因此直到引力波到达地球近11小时后,才被美国拉斯坎帕纳斯天文台的1米口径近红外线波段的斯沃普望远镜找到其光学对应体——位于长蛇座的椭圆星系NGC 4993,距离地球39.5百万秒差距,约为1.3亿光年。

但这11小时搜寻过程让全球的天文学家错过了双中子星并合后最初阶段光学信号的宝贵观测时间……由此,极目卫星应运而生。

多信使天文学的利器,多波段观测的哨兵

GW170817双中子星并合引力波事件的全球天文台联合观测开启了一个天文观测的新时代——多信使天文学时代!天文学家通过引力波、中微子、多波段电磁波实现同一信号源不同信息源从联合观测,能获取尽可能多的观测数据。但前面提到的一个横亘在天文学家面前的困难——信号源搜寻。这是多波段电磁波联合观测的基础,由于电磁信号都需要聚焦,因此你要观测得首先知道信号源的准确方位,把天线或大口径望远镜聚焦到那个方位,而目前的引力波和伽马射线卫星都做不到。

所以现在大家应该已经猜到了,我们的极目卫星就是要解决这个问题的!LIGO的定位精度为几百平方度,LIGO+Virgo的定位精度为几百平方度,而极目(GECAM)的定位精度为几平方度,定位精度提高了一个数量级。

到此,我们可以回答题目中的问题:我国的引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星能干啥?能为引力波事件提供全球最精确的定位,为后续的电磁波多波段观测争取宝贵的时间。

在下一篇文章,我将介绍这个史上颜值最高的天文卫星的结构,敬请关注和阅读。

我们先来看看 它们的帅照吧(^_^)