[论文解读] AstroSat - a multi-wavelength astronomy satellite

A. R. Rao, K. P. Singh+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2016

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用 8

一句话总结

AstroSat 是印度首颗专用多波段天文卫星，于2015年发射，配备一套仪器，可同时进行X射线、紫外和伽马射线观测。它能够对宇宙源开展高时间分辨率和全波段光谱研究，关键成果包括在伽马射线暴和蟹状星云中探测到X射线偏振、实现高分辨率紫外成像，以及对X射线双星进行详细定时观测。

ABSTRACT

AstroSat is a multi-wavelength astronomy satellite, launched on 2015 September 28. It carries a suite of scientific instruments for multi-wavelength observations of astronomical sources. It is a major Indian effort in space astronomy and the context of AstroSat is examined in a historical perspective. The Performance Verification phase of AstroSat has been completed and all instruments are working flawlessly and as planned. Some brief highlights of the scientific results are also given here.

研究动机与目标

• 通过部署一台可在X射线、紫外和伽马射线波段实现同步观测的多波段天文台，确立印度在空间天文学领域的重要地位。
• 通过提供宽能量覆盖、高灵敏度和广泛的天体物理源精确时间分辨能力，克服以往任务的局限性。
• 实现对暂现源和变源的同步多波段观测，尤其用于研究致密天体附近的吸积过程和高能辐射机制。
• 通过共轴对准的X射线和紫外望远镜系统，实现紫外波段的高空间分辨率，以及在多个能量波段的精确测光和光谱测量。
• 通过强大的在轨性能、星上校准和对暂现事件的快速响应能力，确保长期运行有效性。

提出的方法

• 利用近地轨道，高度650 km，倾角6°，以减少背景噪声并延长任务寿命。
• 为卫星配备五种主要仪器：LAXPC用于高时间分辨率X射线监测，CZTI用于硬X射线成像和偏振测量，SXT用于软X射线光谱学（采用圆锥形滤光片镜），UVIT用于亚角秒精度的紫外成像，SSM用于全天瞬变源监测。
• 在LAXPC、CZTI和SSM中对单个光子实施微秒精度的时间标记，以实现高精度定时研究。
• 在CZTI和SSM中采用编码孔径掩模（CAM），以实现大视场、全天监测，并具备源定位能力。
• 对UVIT应用先进校准技术，实现低污染和亚角秒级指向稳定性，从而实现高分辨率成像。
• 通过仪器间的同步观测，实现全波段光谱拟合并交叉校准，尤其针对蟹状星云和Cas A等源。

实验结果

研究问题

• RQ1 像AstroSat这样的多波段卫星如何实现X射线、紫外和伽马射线波段的同步、高灵敏度观测，以研究致密天体中的吸积和辐射过程？
• RQ2 AstroSat的仪器，特别是LAXPC和CZTI，能在多大程度上延续RXTE在高时间分辨率X射线定时和硬X射线光谱学方面的遗产？
• RQ3 AstroSat的共轴X射线和紫外仪器能否实现活动星系核中X射线与紫外/光学辐射之间的精确回声映射？
• RQ4 CZTI在探测和测量明亮暂现源（如伽马射线暴和脉冲星）中的X射线偏振方面具备何种能力？
• RQ5 SSM在持续监测天空以探测明亮暂现源方面效果如何？其在探测和跟踪X射线双星爆发方面的性能如何？

主要发现

• UVIT实现了高达1.7角秒的成像分辨率，能够对星团进行高保真成像，并探测到如RR Lyrae型变星等变星。
• LAXPC以高时间分辨率记录到多个致密X射线双星的周期性和准周期性变化，证实其具备开展详细定时研究的能力。
• SXT成功探测到超新星遗迹（如Cas A和Tycho）中的窄发射线，光谱分辨率达140 eV。
• 通过LAXPC和CZTI的同步数据，实现了蟹状星云的全波段连续谱观测，能量覆盖范围精确从3 keV至300 keV。
• CZTI在一次明亮伽马射线暴中探测到X射线偏振，并测量到蟹状星云在100 keV以上的偏振，证实其具备硬X射线偏振测量能力。
• SSM成功追踪并监测了4U0115+63的爆发，展示了其全天监测和对暂现源持续凝视的能力。