X射線太空望遠鏡IXPE與它的第一張公開影像

去年(2021)十二月,除了有萬眾矚目的詹姆士.韋伯太空望遠鏡(JWST)的升空,其實還有一隻來自NASA和義大利太空總署合作的最新X-ray太空望遠鏡IXPE(Imaging X-Ray Polarimetry Explorer)在韋伯升空的前兩週,由SpaceX的Falcon 9火箭從美國佛羅里達州的卡那維爾角發射,目前運行於赤道上空600公里的軌道中。

IXPE由三組相同的圓筒狀鏡子與感測器組成,望遠鏡與感應器中間由一根3.7公尺長的可收合柱子所連接,以減少發射籌載所佔據的體積。而IXPE最大的特色,在於它不只可以像其它X射線望遠鏡一樣拍攝影像、測量X射線的強度,還可以蒐集電磁波「偏振」的方向,提供過去所沒有的珍貴資料。

IXPE的外觀渲染圖 圖片來源:NASA

經過一番檢查與測試,IXPE已經可以正常運作並開始觀測。就在2月14日,NASA發表了IXPE的第一張科學影像,拍攝的是位於仙后座的超新星殘骸「仙后座A(Cassiopeia A)」。它是一顆十七世紀觀測到的超新星,如今是一顆超新星殘骸(SNR)。經過數百年的膨脹,仙后座A雖然已非肉眼可見,是太陽系外最強的無線電波源,在X射線波段也相當明亮。因為這樣,著名的X射線望遠鏡「錢卓太空望遠鏡(Chandra)」的第一個拍攝目標也是選擇仙后座A當作熱身。而業餘天文愛好者,甚至可以用適當的濾鏡搭配大口徑望遠鏡,在可見光波段觀測到它。

另一座X射線望遠鏡「eROSITA」拍攝的X射線全天影像,仙后座A清晰可見。 圖片來源:Jeremy Sanders, Hermann Brunner and the eSASS team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (on behalf of IKI)

這張照片結合了IXPE跟CHANDRA的觀測成果,藍色的部分是CHANDRA、紫色的部分是IXPE所拍攝的,顏色的鮮豔程度則代表著X射線的強度。 圖片來源:NASA/CXC/SAO/IXPE

前面提到,IXPE提供了一個過去所沒有的資訊,也是它的觀測重點,在於觀測X射線的「偏振性(Polarization)」,也就是電磁波在宇宙中傳遞時,電場與磁場震盪的方向。

這個特別的能力,可以幫助天文學家解答一些過去無法回答的問題,像是黑洞如何旋轉、波霎(pulsar)為什麼可以放出如此強的X射線、以及黑洞是如何驅動強烈的噴流等。這對於瞭解宇宙中極端天體與高能電磁波生成的環境與機制相當重要。

IXPE的任務預計會持續兩年,目前設定了40個觀測目標要在第一年進行資料蒐集,第二年則會識情況選擇更精細的目標進行觀測。期望未來數年,IXPE可以為高能天文物理的研究提供許多貢獻。