时域天文研究的利器：爱因斯坦探针

时域天文学的主要研究对象是暂现源和剧烈爆发天体，它们也是宇宙中壮观而神秘的自然现象。暂现源是指在短时间内出现，然后很快消失的天体。剧烈爆发天体则是指亮度在短时间内突然出现数量级式增长的天体。这两种天文现象主要源自两类天体物理过程。一是天体自身的突变过程，比如恒星的塌缩、黑洞或中子星之间的并合，典型天体为超新星、伽马射线暴等。另一类产生于极端物理环境，比如黑洞和中子星周围的超强引力场及磁场，典型天体为X射线双星、活动星系核、黑洞潮汐瓦解事件等。

由于这类突发性事件在时间和空间上都很难预测，为了达到及时捕获信号的目标，就需要大视场的望远镜进行高频率的全天监测。暂现源和剧烈爆发天体的辐射普遍能在X射线波段被探测到。目前在轨运行的X射线大视场监测设备有美国国家航空航天局的Swift/BAT（“雨燕”卫星的爆发警报望远镜）和日本宇航局搭载在国际空间站上的MAXI全天X射线监视器。这些设备（包括之前RXTE卫星上的ASM全天监视器）都工作在中等和硬X射线波段，而在软X射线波段（光子能量小于2 keV）尚未有很好的全天监测设备。

以中国科学院国家天文台研究人员为首的科学家们提出了爱因斯坦探针（Einstein Probe，简称EP）卫星项目。2017年底，EP卫星成为中国科学院先导科技专项正式立项的项目，系统的工程研制阶段已经于2017年9月开始，研制周期为5年。EP是一颗面向时域天文学和高能天体物理的天文探测卫星，将搭载一台软X射线波段的宽视场监视器，以满足在该波段开展大视场全天监测的迫切需求。该设备采用仿生龙虾眼的聚焦光学系统设计，同时具有高灵敏度和大视场。此外，EP还具备一台窄视场的X射线望远镜，以开展深度后随观测。探针寓意着卫星到时能够捕捉到黑洞及其爆发、引力波源电磁对应体、超新星等天文现象，从而帮助科学家解决其中的重大科学问题。黑洞和引力波都是爱因斯坦广义相对论的重要预言，以爱因斯坦为名，不仅高度概括其科学目标，更是在向这位人类历史上最伟大的科学家致意。

EP卫星因其具有软X射线高灵敏度和实时动态巡天监测的能力，填补了国际上在该波段的大视场全天监测设备的空白，能帮助科学家系统性地发现和探索宇宙高能暂现天体，特别是更暗弱、遥远或稀有的剧变天体。因而预期我们能够发现宇宙中的X射线剧变天体，并监视它们的活动情况，发现和探索宇宙中沉寂黑洞的耀发，甚至探寻来自引力波源的X射线信号，以增进对极端致密天体及其并合过程的认知。2017年6月，在落后了国外半个多世纪之后，中国自己的第一颗空间天文卫星“慧眼”（英文名Insight）硬X射線调制望远镜（Hard Xray Modulation Telescope，简称HXMT）终于从酒泉发射，我们终于迈入了拥有自己太空望远镜的时代。

（魏星摘编自中国科学院国家天文台官网，原题为《爱因斯坦探针：宇宙天体爆发的捕手》，发布日期：2018年7月17日）