仰望星空—探索黑洞的历程（PDF文件）.pdf
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仰望星空 — 探索黑洞的历程 李惕碚 中国科学院高能物理研究所 清华大学天体物理中心 一、天上与地下 二、空间天文 三、探测黑洞 四、仰望星空 1 一、天上 与 地下 宇宙射线 高山宇宙线观测站 云南东川 2 1966.3 邢台 3 2008年5月, 震后的北川中学. 1939年8月，重庆市一所学校遭轰 炸，三位教师站在瓦砾上. 4 1940年 重庆大轰炸 5 6 1938 西南联大湘黔滇旅行团 经过的湘黔交界处 7 杨振宁 吴大猷 （1949） 马仕俊 朱光亚 吴大猷 李政道 （1992） 8 二、空间天文 9 近代物理学的革命：X射线的发现 伦琴 1895 X射线 第一个诺贝尔物理奖 贝克勒尔、居理夫妇 1896 －1899 α、β射线 诺贝尔物理奖 维拉德 1900 γ射线 诺贝尔物理奖 近代天文学的革命：空间X射线天文的诞生 贾科尼 （ASE-MIT-NASA） 1962 － 1970 X射线天文 2002年诺贝尔物理奖 “for pioneering contributions to astrophysics, which have led to the discovery of cosmic X-ray sources” 10 The first experiment to detect cosmic X-rays Giacconi et al., Phys. Rev. Lett., 9, 439 (1962) 11 X 射线天文学的开拓 １９６２ （< 10 keV) ASE-ＭＩＴ核科学实验室贾科尼 火箭探测发现存在 Ｘ射线天体 １９６５ 小田（Ｍ． Ｏｄａ） 提出线性扫描调制方法 １９６６ ASE-ＭＩＴ核科学实验室 火箭探测发现ＳｃｏＸ－１ １９７０ ＮＡＳＡ－ＭＩＴ Ｘ射线天文卫星 Ｕｈｕｒｕ上天 12 13 Uhuru 1970.12.12 14 Uhuru 巡天结果 15 Obituary: Minoru Oda (1923−2001) Nature 410, 888 (19 April 2001) 16 贾科尼 1962 小田 2002年诺贝尔物理学奖 17 三、探测黑洞 18 ～10亿度 (100 keV 硬X射线) ~1 千万度 （1 keV X射线) 19 • Beyond Einstein 超越爱因斯坦 是什麽引发了 宇宙大爆炸？ 在黑洞附近 发生了什麽？ 什麽是暗能量？ 20 2007.３.10 国防科工委发布我国《“十一五” 空间科学发展规划》，提出我国“十一五” 空间发展六大目标：一是实施国家中长期 科技发展规划中的载人航天和月球探测工 程；二是自主研制硬Ｘ射线调制望远镜， 实现我国空间天文卫星零的突破，在黑洞 物理研究等领域取得突破；… 21 80年代初，香河 22 1988 巴西 23 硬X射线成像 （90年代初） 1473 cm 2 93 × 99 pixels 编码口径成像望远镜 2 × 700 cm 2 50 × 0.50 FWHM aperture 准直扫描望远镜 直接解调方法 24 Object 1473 cm 2 93 × 99 pixels 2 × 700 cm 2 50 × 0.50 CAM ( Δ 0 = 0 .3 ) 0 Lei F. et al., Exper. Astron. 1, 285 (1991) SCT ( Δ 0 ≅ 2 .5 0 ) Li T.P & Wu M., Astrophys. Space Sci., 215,213 (1994) 25 球载硬Ｘ射线望远镜ＨＡＰＩ－４ 26 HAPI-4 / IHEP 1993. 9. 25 GRIP / Caltec 1993. 9. 20 27 硬X射线调制望远镜HXMT （1993 － ） 基于成像方法的创新，建造世界最高灵敏度和角分辨的空 间硬X射线望远镜，完成人类首次硬X射线成像巡天，发现 大批超大质量黑洞，深入研究中子星和黑洞强引力场中的 动力学和高能辐射过程, 实现我国在一个重要的基础科学前 沿的跨越式发展 28 • Ｘ射线巡天 （美国）： 1965 线性扫描准直调制方法 (LMC) 1966 火箭飞行测定 SCO X-1 位置 1970 Ｘ射线巡天卫星Uhuru上天 • 硬Ｘ射线巡天 （中国）： 1992 扫描调制直接解调成像方法 1993 气球飞行 Cyg X-1 成像 提出硬Ｘ望远镜ＨＸＭＴ建议 2005－2008 卫星立项 EXOSAT-ME 对银心区的扫描观测结果 直接解调后的结果 Lu et al. 1996, Astron. Astrophys. Suppl. 115, 395 30 Rosat / PSPC 的直接解调成像 1999年, 卢方军用直接解调方法分析德国X射线卫星Rosat数据, 发现 了超新星遗迹 SNR G54.1+0.3 的X射线喷流 31 Credit: F. J. Lu et al., 2002, Astrophysical Journal, 568, L49-L52 32 For release: 06/25/02 Release #: 02-159 Astronomers discover 'bulls-eye' pulsar in supernova remnant Using two telescopes including NASA's Chandra X-ray Observatory, astronomers have found the "bulls-eye" pulsar in a bright ring of high-energy particles in a distant supernova remnant. This discovery will help scientists better understand how neutron stars channel enormous amounts of energy into particles moving near the speed of light. The Marshall Center manages the Chandra program. Photo: Chandra image of the distant supernova Remnant SNR G54.1+0.3 (Credit: NASA/CXC/UMass/F. Lu et al.) 33 “The features Chandra found appear to be due to the energetic flow of radiation and particles from a rapidly spinning neutron star formed during a supernova event,” said Fangjun Lu of the University of Massachusetts at Amherst who led the X-ray research. Lu and colleagues informed Fernando Camilo of Columbia University in New York of this detection. Camilo and his collaborators then used the powerful Arecibo telescope to look for the tell-tale radio pulsations from a neutron star at the center of the ring. After a search in August 2001 was aborted by radiofrequency interference, they observed the source again in April 2002 and found a weak, pulsating radio source. Further observations indicate the pulsar (and hence the supernova remnant) has an age of approximately 3000 years. Analysis of 1997 ASCA satellite data confirmed that the source is pulsing in X-rays as well. “This discovery is an excellent example of how the superb resolution of Chandra and the improved capabilities of Arecibo worked together to quickly resolve an outstanding scientific question,” said Camilo. “We look forward to continued substantial progress in understanding the properties of young neutron stars.” 34 35 直接解调方法的可行性论证 1、原理可行性 （1993 － 2000） 2、HXMT工程可行性 （2000－2005） 36 + 用6个探测器的数据成像 o 用12个探测器的数据成像 37 HXMT 38 四、仰望星空 39 资源一号卫星对地观测数据处理 原始对地观测图象 直接解调方法处理后的结果 40 《仰望星空》 温家宝 我仰望星空， 它是那样寥廓而深邃； 那无穷的真理， 让我苦苦地求索、追随。 “一个民族有一些关注天空的人，他们才 我仰望星空， 它是那样庄严而圣洁； 有希望；一个民族只是关心脚下的事 那凛然的正义， 情，那是没有未来的。我们的民族是 让我充满热爱、感到敬畏。 我仰望星空， 它是那样自由而宁静； 那博大的胸怀， 让我的心灵栖息、依偎。 大有希望的民族！我希望同学们经常 地仰望天空，学会做人，学会思考， 学会知识和技能，做一个关心世界和 国家命运的人。” 我仰望星空， 它是那样壮丽而光辉； 那永恒的炽热， 让我心中燃起希望的烈焰、响起春雷。 2007.5.24 41 谢 谢 ！ 42