X射线在天体物理学中的应用

 天体物理学是天文学与物理学的交叉学科,是20世纪自然科学发展的一个极其重要的分支。现代天体物理学的重要探测手段之一是借助射电技术设备接收并研究宇宙天体的辐射。这些辐射按波长可分为若干波段,如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。按观测的电磁波段可分为光学天文学、射电天文学和空间天文学等。     

从照相底片到CCD

 天文学是古老而又生机勃勃的科学。在历史上，从人类有文字记录开始，天文学就诞生了，各个古老文明都为之做出了贡献。在400多年前的第一次天文学革命中，伽利略用望远镜代替人眼来观测天空，这场革命直接导致牛顿发现万有引力定律并建立力学理论，由此诞生了现代天文学，并且促进了整个现代科学体系的建立。在170年前的第二次天文学革命中，用照相底片和光谱仪这样的探测器代替了人眼来记录观测现象，使得人类第一次能够认识天体的物理性质和化学组成，由此诞生了天体物理学，并发展成为当代天文学的主流。在70年前的第三次天文学革命中，诞生了射电天文学和空间天文学，为人类打开了认识宇宙的"新窗口"，天文学从地面发展到了空间，从光学波段发展到了射电、红外、紫外、X射线和伽马射线等全部电磁波段。     

观测宇宙的新窗口--2002年度诺贝尔物理学奖介绍

文章介绍了2002年诺贝尔物理学奖获得者贾科尼对X射线天文学的开创性贡献，特别介绍了贾科尼等在开拓空间观测和发展x射线成像技术这两个方面的工作．文章通过x射线天文学的诞生、X射线天文卫星的发展介绍了X射线的空间观测对天体物理学的影响，对宇宙暗物质、双星中的吸积过程和X射线喷流现象等进行了简单介绍，并对高能天体物理学的发展给出了概略的描述．     

邮票上的物理学史（64）--天体物理学:新的观测手段(续)

空间技术的发展,使得有可能建造空间观测站,到太空去观测,由此建立了空间天文学.它带来的好处是:①突破大气窗口限制,把观测波段从可见光和射电波扩展到电磁波全波段,包括红外、紫外、X射线和γ射线.我们还记得,天体物理学是伴随着光谱分析而建立起来的,依靠望远镜收集的一点星光,通过测量天体的亮度和分析天体的光谱,就建立了天体物理学,现在将观测扩展到全部电磁波段,得到的信息、发现的现象就更多了.②对地面能观测的波段,也减轻或消除了大气湍动的影响,提高了分辨本领.对光学望远镜成像主要有三个限制:衍射;大气宁静度;望远镜本身的缺陷.事实上,对一些大口径望远镜,大气湍动对成像的破坏作用远远超过了衍射限制.     

一个了解宇宙的新窗口——分子天体物理学介绍

 现代科学的显著特点之一是它的综合性和整体性,即各个学科之间的交互影响.分子天体物理学的建立和发展是一个很好的例子.在它的发展过程中,物理学和化学的基础研究,射电天文学和空间天文学的最新技术成就与天体物理学和天体化学密切配合,相互推动.在短短的二十多年中形成了一门生气勃勃的新学科.它为天文学提供了一个了解宇宙的新窗口,有力地推动了恒星演化的极早期阶段和晚期阶段的研究.     

用离散相关函数方法分析Blazar天体的γ射线和射电辐射的相关性

收集了119颗有γ射线噪的Blazar天体样品(97个平谱射电类星体和22个BL Lac天体)，用离散相关函数(DCF)方法分析了1GeV γ射线辐射流量(最大值、最小值和平均值)与8.4GHz射电辐射流量之间的相关性.获得的主要结果为：在119个Blazar天体和97个平谱射电类星体中，γ射线辐射流量的最大值以及平均值和射电辐射流量之间有相关性;而γ射线辐射流量的最小值和射电辐射流量之间没有相关性.本文结果表明，γ射线和射电辐射都来自喷流，γ射线很可能产生于同步自康普顿(SSC)过程. 关键词： Blazar γ射线 射电辐射 流量密度     

2002年度诺贝尔物理奖

对2002年度的诺贝尔物理奖和中微子天文学以及一些相关的有趣问题作了比较详细的介绍。介绍了太阳中微子短缺之谜以及长达三四十年的奋斗历程;SN1987A中微子的发现以及最近太阳中微子短缺之谜的解决。还介绍了X射线天文学的发现和进展。现在,X射线天文学已经发展成为可与光学天文学、射电天文学媲美的一门举足轻重的学科。     

BL Lac天体的γ射线和射电辐射的统计特性

给出了一个带有射电5.0GHz,8.4GHz 和γ射线辐射流量密度的22个γ噪BL Lac天体的样本,研究了它们在1GeV处的γ射线辐射流量密度最大值、平均值及最小值与射电5.0GHz,8.4GHz辐射流量之间的可能关系.结果表明：1）射电5.0GHz,8.4GHz辐射与γ射线辐射在低态时没有相关,但在高态和平均态时都存在较强的相关,最大相关系数r=0.85,置信度均好于10^-4;2）γ射线谱指数和射电谱指数之间也有一个弱相关关系存在.因此,认为γ射线的辐射主要是同步自康普顿辐射. 关键词： BL Lac天体 γ射线 射电辐射 谱指数     

FAST及其科学目标

<正>1引言射电(1)波段是除光学外另一个对大气透明的波段,为人类了解宇宙提供了重要的观测窗口。自20世纪30年代央斯基(K.Jansky)第一次接收到来自地球之外天体的射电辐射以来,射电天文技术取得了长足进步。20世纪60年代的四大天文发现——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子都与射电天文学紧密相关。已于2016年9月25日落成的我国自主建设的世界上最大的单天线射电望远镜——500 m口径球面射电望远镜(FAST)是射电天文技术发展史上又一里程碑。FAST覆盖70 MHz~3000 MHz频段,配备脉冲星、谱线和甚长基线干涉(VLBI)数字终端,可以开展脉冲     

等离子体宇宙

几千年来,人们对宇宙的认识都是建立在可见光观测的基础上,而实际上可见光仅仅是电磁波谱中很窄的一段(0.4-0.8μm).近半个世纪以来,人们的视野开始扩展到红外和射电波段.最近十几年来迅速发展的空间技术,使天文学进入了全波段(即包括可见光、全部红外、紫外、x射线和γ射线的整个电磁波谱)观测.观测手段的进步使天体物理学家获得了以前从未有过的丰富信息,使人类对宇宙的认识在实质上发生了飞跃. x射线和γ射线的观测有着特别重要的意义.啊实上,从x射线和γ射线的观测,人们发现了许多出平意料的和有趣的现象.这些x射线和γ射线大部分是由能…     

γ噪Blazar天体的γ射线和近红外光辐射研究

收集了29个有γ噪的Blazar天体(其中有16个BL Lac天体和13个平谱射电类星体)的近红外流量密度和γ射线流量密度,获得以下主要结果:1)23个天体中的γ射线流量密度和近红外流量密度在低态时存在较强的相关性而在高态时有弱的相关性.2)在29个天体中,有6个天体只有一个观测数据点,将其认为是高态时,γ射线流量密度与近红外光流量密度之间有弱相关性,而认为是低态时有强相关性.3)29个源的γ射线流量密度与X射线流量密度在低态时有相关性,但是γ射线流量与光学流量密度,γ射线流量与射电流量密度均没有相关性.4)在16个BL Lac天体中γ射线流量与近红外光流量不论在高态还是低态都有相关性,而13个平谱射电类星体没有相关性.讨论了γ噪Blazar天体的γ射线辐射机制,认为γ射线的辐射机制主要是同步自康普顿散射.而逆康普顿散射来自绕中心核且温度约为2000K的尘埃,这些尘埃的区域大约有r=3pc,聚束的相对论电子也可能是这种尘埃模型辐射机制的一个重要补充.平谱射电类星体和BL Lac天体的γ辐射机制可能有些不同. 关键词： Blazar天体 星系γ射线观测辐射机制 非热辐射     

太阳耀斑环——射电微波及相关波段的研究

与大多以光学波段为主的耀斑研究不同的是,作者拟以射电微波(厘米波段)的频谱和成像观测为主及相应的辐射机制研究太阳活动的基本单元——耀斑环及其物理参数的空间分布和时间演化规律。特别是中国研制的具有国际最高的时间、空间和频率分辨率的射电日像仪(MUSER)已投入运行,文章将为推动该设备即将开展的科学研究提供重要的参考工具。此外,文中也加入了与射电微波辐射密切相关的X射线、紫外和光学波段的研究,符合太阳物理乃至整个天体物理多波段研究的大趋势。文章集中介绍作者最具特色的研究,由于篇幅所限只能给出基本物理思想和概念、主要结论和代表性插图,对相应的理论推导、观测数据处理等细节,读者可根据需要参阅对应的参考文献。     

宇宙交响曲

宇宙声波不仅存在,而且已经观测到诸如黑洞声波等声波与天体物理现象的互作用现象。本文承授权转载自《科学美国人》2004年第4期,旨在向声学研究者介绍与声学有关的新领域及其新进展。原文作者为:Wayne Hu和Martin White,翻译作者为:李斌。Hu是美国芝加哥大学天文学与天体物理学副教授。他研究的方向包括暗物质、暗能量以及宇宙结构的形成等。White是美国加州大学伯克利分校的天文学与物理学教授。他研究的方向包括宇宙结构的起源,以及天体物理学与基础物理学之间的关系。     

来自宇宙空间的γ射线

一、引 言 1960年用气球观测高空γ辐射,发现了来自银河平面处的γ射线流,能量约达10～8电子伏,在银河中心区域特别强烈.后来的观测发现,那些发射强烈无线电辐射的射电源,如天鹅座A源和蟹状星云等也都同时发射γ射线.近十年来利用气球和人造卫星对空间的各种γ辐射从低能(l0～5-10～7电子伏)一直到中能(10～7-10～9电子伏)这样一个甚宽的能量范围内进行细致的观测[1,2,3],结果就诞生了天文学的一个新分支──γ射线天文学.从此,人们观测到的从宇宙空间发来的光子的能量范围,就从射频超长波段(10～(-9)-10～(-10)电子伏)起一直延续到中能γ…     

我国射电天文学的开创者王绶琯

 我国射电天文学的开创者和天体物理学的奠基者、中国科学院北京天文台名誉台长、中国科学院学部委员王绶琯先生,1993年1月15日正值七十华诞.他从事天文学研究工作将近45年,为我国天文学研究事业和我国科学技术事业的发展作出了重要贡献.王绶琯于1923年1月15日生于福建福州市,自幼聪颖好学、科学兴趣广泛.1943年毕业于(重庆)马尾海军学校造船班.1945年考取公费留学,赴英国格林尼治皇家海军学院进修造船,于1950年完成毕业论文《一艘航空母舰的设计》.     

迅速发展的红外天文学

 1609年意大利天文学家伽利略发明了第一架天文望远镜,300多年来,人们一直用光学望远镜在可见光波段观测天体,认识宇宙,本世纪30年代,美国无线电工程师K.央斯基偶然发现了来自银河中心的宇宙射电波,开辟了大气的另一扇“窗口”,即射电窗口,迅速发展的射电天文学与光学天文学交相辉映,使古老的天文学大放异彩。60年代,天文学家又打开了可见光与无线电波之间的波长在0.7-1000微米的红外窗口,进一步拓宽了天文学的观测领域,推动了天文学的更快发展。     

天文学家目击中子星相撞

<正>近十来年,天文学重大突破之一是成功地协同观测中子星相撞时产生的引力波和电磁波信号。这一发现始于2017年8月17日(故编号为GW170817):随着激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座干涉仪(Virgo)合作组对引力波的发现、定位以及费米伽马射线空间望远镜(Fermi)的快速认证,超过70多台地面和空间探测设备在X射线、可见光、红外、射电等波段捕获了该并     

认识和探测宇宙的基本方法介绍

人类对宇宙最早的认识和观测始于可见光,之后由于有1865年麦克斯韦对电磁波的预言,1887年赫兹的证实,以及1933年杨斯基发现银河系的射电辐射,可见光观测自此扩展到电磁波多波段观测,出现了多波段天文学。1912年,赫斯发现宇宙线,使得天文观测在电磁波观测之外多了一种手段,拉开了多信使天文学的序幕。1987年,戴维斯和小柴昌俊发现了来自超新星爆发的中微子信号,这也是人类首次探测到了来自宇宙的中微子,至此又多了一种认识和观测宇宙的信使。此后,2016年美国激光干涉引力波观测站LIGO探测到引力波,在补齐对于验证爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图的同时,也使得引力波成为多信使天文学中最新引入的一种信使。本文介绍了电磁波、宇宙线、中微子、引力波这四种信使的基本概念、发现历史以及探测宇宙的基本原理,对其代表性的实验进行了收集整理,并就其中的一个典型实验进行了简要介绍。期望能够就多波段多信使天文学的发展历程给出一个比较完整的描摹。     

从央斯基到彭齐亚斯和威尔逊──纪念宇宙背景微波辐射发现26周年

美国贝尔实验室的无线电工程师央斯基在研究短波通讯系统的噪声问题时，发现了来自银心的射电辐射，开创了利用射电波研究天体的新方法．３０余年之后，贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊又发现了宇宙背景微波辐射，为大爆炸学说提供了有力的支持．本文旨在介绍贝尔实验室在射电天文学的部分成就，并说明工业实验室的“无利”研究的重要性．     

邮票上的物理学史(63) --天体物理学:新的观测手段

天体物理学是天文学三大分支中最现代和最活跃的一个分支(另外两个分支是天体测量学和天体力学),也是物理学的一个重要分支,它研究的对象是自然界中尺度最大的客体天体和宇宙,而且它们是处在人类在地球上无法复现的极端物理条件(超高温、超高压、超高密度、超强磁场、超强辐射等)之下.