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天宫二号伽马暴偏振探测仪实现伽马暴偏振高精度测量
2019-01-15|文章来源:粒子天体物理中心 |【
 

  中国空间实验室天宫二号上搭载的伽马暴偏振探测仪(简称POLAR)实验项目日前完成了高精度伽马暴射线暴瞬时辐射的偏振探测,实现了预定的科学目标。相关成果于2019年1月14日在线发表在国际重要学术期刊《自然·天文学》(Nature·Astronomy)上。在线文章链接:http://dx.doi.org/10.1038/s41550-018-0664-0

  天宫二号于2016年9月15日成功发射。在轨运行期间,POLAR性能良好,标定准确,完成了全部在轨观测任务,共计探测到55个伽马暴,并对其中5个伽马暴进行了高精度的偏振测量。这是目前为止国际上最大的高精度伽马暴偏振测量样本,发现伽马暴在爆发期间的平均偏振度较低,约为10%,并且发现伽马暴在单个脉冲内偏振角的演化现象。这些新的观测结果表明,伽马射线暴的平均偏振度较低的原因可能是偏振角发生了快速变化,这反映了极端相对论喷流内部存在剧烈演化。

  伽马射线暴(简称伽马暴)是来自宇宙空间的伽马射线短时间突然增强的现象。它爆发时的亮度极高,比宇宙中其他天体的伽马射线亮度总和还要大,是自宇宙大爆炸以来人类所能探测到的宇宙中最强烈的爆发现象。从伽马暴现象的发现至今已长达半个世纪,但对其爆发本质的研究目前还没有一个定论。对于伽马暴的爆发机制,科学家提出了多种理论模型。不同理论模型对于伽马暴爆发期间产生的伽马射线的偏振状态的预测不同。因此,采用测量偏振的方法,可以对伽马暴的爆发机制进行研究,并且理解产生伽马射线的极端相对论喷流(宇宙中速度最快的宏观物体、速度极为接近真空中的光速)的结构以及其磁场的构型。在POLAR实验项目之前已经有过其他卫星尝试测量伽马暴偏振,但大部分都因为探测仪器自身的系统误差大而无法给出可靠的偏振测量结果,而少数系统误差较小的实验的灵敏度又比较差,也没有给出具有统计意义的高精度伽马暴偏振测量结果。

  POLAR实验项目是世界上首台大面积、大视场、高精度的伽马暴偏振探测仪,由中科院高能所、瑞士日内瓦大学、瑞士保罗谢尔研究所以及波兰国家核研究中心等单位历经十年合作研制完成。高能所为POLAR实验项目的有效载荷总体研制单位。在载人航天工程总体和空间科学与应用总体部的领导下,在中科院高能所的大力支持下,高能所粒子天体物理中心POLAR项目组携手欧洲科学家经过一系列攻关,突破了对伽马暴偏振高灵敏度、低系统误差测量等一系列关键的空间高能辐射探测技术,实现了对伽马射线暴偏振的高精度探测。

  《自然·天文学》同时刊登了国际伽马暴偏振测量专家、日本学者Daisuke Yonetoku的评论文章“向揭示相对论火球进军”,高度评价了POLAR的性能和获得的成果。

  接下来,高能所POLAR项目组还将继续开展POLAR的在轨数据分析工作,希望获得更多的科学研究成果。同时,根据POLAR的科学发现也提出了新的重要科学问题。瑞士、德国以及波兰等国家的科学家携手中方科学家(中科院高能所为中方牵头单位)一起组成了扩大的POLAR合作团队,共同申请在中国空间站开展后续科学实验项目伽马暴偏振探测仪二号(简称POLAR-2),科学能力将有大幅度提高,有望解决根据POLAR的科学发现所提出的新的科学问题,期待最终揭开伽马暴瞬时辐射物理机制的神秘面纱。

  POLAR实验项目介绍视频链接:

  http://ihepbox.ihep.ac.cn/ihepbox/index.php/s/lcuDHnr9Hco0pk4 

 

  图:POLAR实物图。左图:舱外偏振探测器OBOX;右图:舱内电控箱IBOX。

 

  图:伽马射线暴产生过程示意图。左图:两颗致密中子星(或黑洞和中子星)并合产生引力波;右图:伽马射线暴喷流。

 

  图:伽马暴偏振探测仪在轨搭载在天宫二号空间实验室艺术效果图(根据星上相机拍摄的实物照片艺术加工而成)。


 
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