"Esa fue la primera y la última vez", dijo con pesar Feng Huazeng, profesor de astronomía en la Universidad de Tsinghua, en una entrevista exclusiva con el periódico. Las imágenes, la energía, la variación del tiempo y diversos estudios sobre fuentes cósmicas de rayos X están en auge, pero la polarización, como una de las propiedades básicas de los fotones, parece haber sido olvidada.
El 11 de mayo, el equipo de investigación de Feng Hua y sus colaboradores informaron que después de un año de observaciones satelitales, el detector de polarización de rayos X equipado con el Proyecto Aurora detectó luz de la Nebulosa del Cangrejo y púlsares (estrellas de neutrones). A) señal suave de polarización de rayos X, el primer descubrimiento de cambios en la señal de polarización de rayos X durante el proceso de mutación y recuperación de la rotación del púlsar, lo que indica que el campo magnético del púlsar cambió durante este proceso.
El resultado se publicó como artículo de portada en la revista Nature Astronomy, marcando la reapertura de la ventana astronómica de detección de polarización de rayos X suaves que había estado estancada durante más de 40 años debido a dificultades técnicas.
Este artículo de portada está destinado a no repetir el destino de "llegar a la cima al debutar", sino que es el preludio de un gran movimiento. La tecnología utilizada en el "Proyecto Aurora" se aplicará al gran proyecto científico de próxima generación de China, el "Observatorio mejorado de polarización y variación del tiempo de rayos X" (eXTP).
La polarización olvidada
La polarización es una de las propiedades fundamentales de los fotones. Un filtro polarizador es como una valla en una dirección específica, permitiendo que solo pasen los fotones de la dirección de polarización correspondiente. Las gafas utilizan este principio al mirar películas en 3D. Parte de la luz ingresa al ojo izquierdo y otra luz ingresa al ojo derecho para formar una imagen en 3D.
Los rayos X tienen una longitud de onda muy corta en comparación con la luz visible que conocemos. Aunque invisible a simple vista, es muy útil en astronomía. Algunos cuerpos celestes del universo (como los agujeros negros, las estrellas de neutrones, etc.) pueden emitir rayos X "brillantes" casi sin luz visible, lo que revela información importante sobre el campo magnético y la geometría del cuerpo celeste.
Feng Hua dijo que desde la década de 1960, los humanos han podido detectar la energía y la información variable en el tiempo de los rayos X a través de telescopios de rayos X, pero no han podido resolver los problemas técnicos de los rayos X. Detección de polarización de rayos. Es divertido, pero difícil, ese es el tono del campo.
Los satélites lanzados por Estados Unidos se basan en la dispersión Thomson/Compton o difracción de Bragg, que es muy ineficiente, y las "condiciones de selección" de los fotones son muy estrictas, y muy pocos pueden ser capturados y estudiados. , lo que resulta en estadísticas y La sensibilidad es muy pobre. Por tanto, el objetivo de detección en aquel momento era la Nebulosa del Cangrejo, que tiene rayos X muy brillantes y polarizados.
"La Nebulosa del Cangrejo es tan especial que no se puede medir desde ningún otro cuerpo celeste, tal como se puede ver a Yao Ming, que mide más de dos metros de altura, entre la multitud". .
Por lo tanto, tras completarse la detección de la Nebulosa del Cangrejo, este campo quedó en un escenario en blanco durante más de 40 años.
¿Quién iniciará la "nueva ventana"?
Feng Hua y sus colaboradores utilizaron un método de detección de nueva generación basado en el efecto fotoeléctrico. Para los rayos X con una energía de varios miles de electronvoltios, el principal mecanismo de interacción con la materia es el efecto fotoeléctrico. Los fotones son absorbidos y la energía excita un electrón ligado fuera del núcleo atómico para convertirse en un electrón libre. La dirección de la aceleración de los electrones está relacionada con la dirección de vibración del campo eléctrico del fotón incidente, es decir, la dirección de polarización.
"Al igual que cuando pateas una pelota, es más probable que la pelota vuele en la dirección en la que la pateaste. El electrón tiene la mayor probabilidad de emitir a lo largo de la dirección de polarización del fotón incidente, y la menor probabilidad de emitir perpendicular a la dirección de polarización. Azimut El ángulo es la distribución cos2. Si podemos medir la trayectoria del electrón en el detector y calcular la dirección de salida del electrón, podemos medir efectivamente la polarización de los rayos X", dijo Feng. Huazeng escribió en un artículo de divulgación científica.
Esta "nueva ventana" finalmente la ha abierto China.
Feng Hua comenzó a estudiar la medición de la polarización en 2009. Pasó dos o tres años verificando el principio y dos o tres años optimizando la tecnología, y luego comenzó a considerar enviar satélites al espacio.
Encontrar un CubeStar comercial
En 2017, cuando Feng Hua y sus colaboradores obtuvieron una versión madura del detector, era el momento en que el CubeStar comercial estaba surgiendo en China.
El denominado CubeSat es un microsatélite de bajo coste que adopta estándares internacionales y está clasificado por "U". El volumen de una estrella cúbica de 1U (unidad) es de 10 cm * 10 cm, y también se pueden formar estrellas cúbicas de 2U, 3U, 6U o incluso más grandes. El detector de núcleos del "Proyecto Aurora" tiene sólo el tamaño de una caja de cerillas, lo que es muy adecuado para ser pasajero.
Impulsado por esta idea, el equipo de Feng Hua desarrolló la primera versión de la carga útil espacial, completó una intensa depuración y calibración en un año y finalmente la llevó al Instituto de Investigación independiente Tianyi en el microsatélite de 10 kg. plataforma desarrollada.
El 29 de octubre de 2018, el Proyecto Aurora se lanzó desde Jiuquan con el Tongchuan-1 CubeSat.
2065438 El 23 de julio de 2009 se captaron los cambios de señal de polarización del púlsar de la Nebulosa del Cangrejo durante su repentina rotación.
El académico Gu Yidong, diseñador jefe del sistema de aplicación de ingeniería espacial tripulada, dijo: "El Proyecto Aurora midió con éxito las señales de polarización de la Nebulosa del Cangrejo y los púlsares utilizando estrellas cúbicas comerciales, y obtuvo la polarización de rayos X. de los púlsares a lo largo del tiempo. El resultado importante del cambio es que también crea una nueva forma de llevar a cabo investigaciones en astronomía espacial a bajo costo, lo cual es de gran importancia para promover el desarrollo de la ciencia espacial en las universidades."
Como ciencia impulsada por la observación, el desarrollo de la astronomía se ha basado en gran medida en nuevos métodos y medios de observación de vuelos.
En lo que respecta a la detección de polarización de rayos X, antes de que la NASA lanzara satélites de exploración, Estados Unidos utilizaba cohetes sonda para realizar observaciones e intentaba obtener resultados científicos en tan solo unos minutos de exposición. La polarización de la Nebulosa del Cangrejo finalmente se midió por tercera vez después de tres intentos durante un período de 31 meses, desde julio de 1968 hasta febrero de 1971.
En 1975, se lanzó el satélite OSO 8 de la NASA. El tiempo de exposición fue diferente al del cohete sonda y los resultados fueron, naturalmente, mucho más hermosos.
Sin embargo, los satélites astronómicos de esa época tenían requisitos muy altos para las plataformas satelitales. Generalmente eran satélites grandes en el nivel de toneladas, con un costo de cientos de millones de dólares y un largo ciclo de investigación y desarrollo. Muchos científicos se desaniman y sólo pueden permanecer en la etapa de verificación teórica.
Aunque los satélites pequeños no pueden reemplazar completamente a los satélites grandes debido al peso de la carga útil, sin duda pueden formar un buen complemento para los satélites grandes y completar la verificación de las plataformas de aterrizaje, al igual que el Proyecto Aurora es el futuro de los satélites X internacionales. Proyecto emblemático de astronomía de rayos.
“Esta es la primera vez que un microsatélite desarrollado en China se publica en una importante revista de investigación científica internacional”, afirmó Yang Feng, fundador y director ejecutivo del Instituto de Investigación Tianyi. "La importancia del Proyecto Aurora radica, por un lado, en los grandes descubrimientos de la ciencia espacial y, por otro, en los enormes avances de la ingeniería aeroespacial. En los últimos años, el auge de los microsatélites de mi país ha proporcionado más baja- posibilidades de costes para la verificación en vuelo de nuevas tecnologías y métodos de detección."