IXPE是一項於2021年發射的X射線天文任務，它徹底改變了我們對耀變體和超新星遺跡等宇宙現象的認識。12月9日，天文學家和物理學家紀念了美國國家航空暨太空總署（NASA）的IXPE（成像X射線極座標探測器）任務兩年來所取得的具有里程碑意義的X射線科學成果。

成像X 射線極座標探測器（IXPE）於2021 年12 月發射，是一個圍繞地球運行的重要天文儀器，用於研究類星體、類星體和黑洞等宇宙現象的X 射線輻射。它的發現對於解開長期存在的宇宙之謎，如類星體的加速過程和超新星殘骸的活動等，起到了關鍵作用。資料來源：美國國家航空暨太空總署

IXPE 是美國國家航空暨太空總署和義大利航太局的聯合任務，旨在研究偏振X 射線光。偏振是光的一種特性，有助於揭示光的來源訊息，如發出這種光的超強能源的幾何形狀和內部運作。

IXPE 於2021 年12 月9 日發射升空，在約340 英里的高空圍繞地球運行，研究來自距離地球數千到數十億光年的強大宇宙現象的X 射線輻射，包括類星體、耀變體、中子星等超新星爆炸的殘餘物，以及從黑洞附近以接近光速噴出的高能量粒子流。

IXPE 在開始科學研究宇宙的行動之前在太空中部署的動畫。資料來源：美國國家航空暨太空總署

波士頓大學的天文學家艾倫-馬舍爾（Alan Marscher）說：「在我們的射電、紅外線和光學偏振武器庫中加入X 射線偏振，將改變遊戲規則，」他領導的研究小組利用IXPE 的發現分析超大質量黑洞。

“我們都熟悉X 射線，它是人類的醫療診斷工具。”史丹佛大學研究員約瑟芬-王（Josephine Wong）說：”在這裡，我們以不同的方式使用它們，但它們再次揭示了我們無法看到的信息。”

馬丁-魏斯科普夫（Martin Weisskopf）是一位天文物理學家，他領導了IXPE的開發工作，並在2022年春季從美國國家航空暨太空總署退休前一直擔任IXPE的首席研究員。

“毫無疑問，IXPE 已經表明，X 射線偏振測量法對於進一步了解這些迷人的X 射線系統是非常重要且相關的”。- Martin Weisskopf，已退休的IXPE 首席研究員

科學家很早就了解了諸如Markarian 501 和Markarian 421 等耀變體的基本原理。類星體是一個巨大的黑洞，它以盤旋的物質為食，產生強大的高速宇宙粒子噴流，朝著與盤面垂直的兩個方向飛去。但這些粒子是如何被加速到如此高能量的呢？2022 年11 月發表在《自然》（Nature）雜誌上的IXPE 數據確定了馬卡里亞501 的罪魁禍首是噴流內部的衝擊波。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的這幅插圖展示了透過成像X 射線極座標偵測器（IXPE）最近對耀變體Markarian 421 的觀測推斷出的黑洞噴流結構。噴流由吸積盤提供動力，如影像底部所示，吸積盤圍繞著黑洞運行，並隨著時間的推移落入黑洞。螺旋磁場穿過噴流。IXPE 的觀測結果表明，X 射線一定是在圍繞螺旋磁場旋轉的物質內部產生的衝擊中產生的。插圖顯示了衝擊前緣本身。X 射線產生於最靠近衝擊前緣的白色區域，而光學和無線電輻射則必須來自離衝擊更遠的湍流區域。資料來源：美國國家航空暨太空總署/巴布羅-加西亞

位於阿拉巴馬州亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的一名美國宇航局博士後項目研究員亞尼斯-利奧達基斯（Yannis Liodakis）介紹說：”我們終於拿到了拼圖的所有碎片，它們拼出的畫面非常清晰”。

IXPE 也對三顆超新星殘骸–仙后座A、第谷和SN 1006–進行了前所未有的研究，幫助科學家進一步了解這些現象周圍磁場的起源和過程。

IXPE 也為我們銀河系的基本機制提供了新的啟示。根據IXPE 在2022 年初進行的研究，銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A* 在大約200 年前甦醒過來，吞噬氣體和其他宇宙垃圾，引發了強烈而短暫的X 射線耀斑。研究人員結合IXPE、錢德拉和歐洲太空總署XMM-Newton 任務的數據，確定這起事件發生在19 世紀初左右。

美國太空總署馬歇爾分部的IXPE 計畫科學家史蒂夫-埃勒特（Steve Ehlert）說：”我們知道，活動星系和超大質量黑洞可能在人類的時間尺度上發生變化。IXPE正在幫助我們更好地了解銀河系中心黑洞變化的時間尺度。我們迫切希望進一步觀測它，以確定哪些變化是典型的，哪些是獨特的。”

這幅超新星殘餘物SN 1006的新影像結合了來自NASA的成像X射線極化探測器和NASA的錢德拉X射線天文台的數據。紅色、綠色和藍色元素分別反映了錢德拉探測到的低能量、中能和高能量X 射線。左上角紫色顯示的是測量X 射線光偏振的IXPE 數據，另外還有代表殘餘物磁場向外運動的線條。資料來源：X射線： NASA/CXC/SAO（錢德拉）；NASA/MSFC/南京大學/P. Zhou et al. (IXPE); IR: NASA/JPL/CalTech/Spitzer; Image Processing： NASA/CXC /SAO/J.Schmidt

IXPE 也支持對意料之外的宇宙事件的觀測–例如2022 年10 月突然席捲太陽系的有史以來最明亮的強烈輻射脈衝。

研究人員說，該脈衝源自於一次強大的伽馬射線暴，可能一萬年也不會發生一次。IXPE為美國國家航空暨太空總署費米太空望遠鏡和其他成像儀的數據提供了支持，幫助確定了強大的發射是如何組織起來的，並證實了地球成像儀幾乎是直接正面觀測到噴流的。

也許最令太空科學家興奮的是，IXPE 的數據正在顛覆人們對各類高能源的傳統看法。

埃勒特說：”在過去兩年中，我們看到的許多偏振X 射線結果都讓人大吃一驚，理論模型直接被拋到了九霄雲外。”

“看到我們沒有預料到的結果會引發新的問題、新的理論。這真是令人興奮！”- Steve Ehlert，IXPE 專案科學家

世界各地的IXPE 合作夥伴仍在繼續興奮。今年6 月，這項任務在最初的兩年飛行後正式延長了20 個月，這意味著IXPE 將繼續觀測整個宇宙的高能量X 射線輻射，持續至少到2025 年9 月。

新的一年也將標誌著IXPE 一般觀察員計畫的啟動，該計畫邀請世界各地的天文物理學家和其他太空科學家提出並參與利用IXPE 望遠鏡進行的研究。從2024 年2 月開始，IXPE 80% 的時間將提供給更廣泛的科學界。

編譯來源：ScitechDaily