德国制造的太空望远镜正在绘制宇宙中最详细的黑洞和中子星图，在不到两年的时间内揭示了超过 300 万个新发现的物体。
该天文台名为eROSITA，于 2019 年发射升空，是第一台能够对整个天空进行成像的天基 X 射线望远镜。它是俄罗斯-德国光谱-伦琴-伽玛任务的主要仪器，该任务位于一个被称为拉格朗日点2的区域，这 是太阳-地球系统周围五个稳定点之一，两个天体的引力都在那里平衡。从这个有利的角度来看，eROSITA 可以清楚地看到宇宙，它使用其强大的 X 射线探测仪器进行拍摄。
上个月，由德国马克斯普朗克地外物理研究所科学家领导的 eROSITA 背后的团队向更广泛的科学界发布了该仪器获得的第一批数据以供探索。
首次在 X 射线中对整个天空进行成像
该望远镜已经带来了一些有趣的发现，包括从银河系中心发出的巨大 X 射线气泡。该任务的资深科学家 Andrea Merloni 告诉 Space.com ，随着其首次公开科学发布，eROSITA 准备揭示一些长期存在的宇宙学奥秘，包括宇宙中难以捉摸的暗能量的分布。
“这是我们第一次拥有一台 X 射线望远镜，它的使用方式与我们今天使用的大视场光学望远镜非常相似，”梅洛尼说。“使用 eROSITA，我们可以非常有效地覆盖整个天空，并且可以研究大型结构，例如整个银河系。”
全天巡天，例如欧洲航天局的盖亚任务或欧洲南方天文台的地面甚大望远镜，一次扫描即可对广阔的天空区域进行成像，使天文学家能够了解整个恒星群的运动和其他天体。例如，盖亚观测银河系中近 20 亿颗恒星，并以前所未有的精度测量它们在天空中的位置和与地球的距离。
“现在大型调查的光学望远镜是相当普遍的，因为它们对研究宇宙学[进化非常有用的宇宙]和东西，如暗能量”梅洛尼说。“但是光学望远镜比 X 射线望远镜更容易设计。”
然而，宇宙中一些最有趣的物体不会发出可见光波长的光，因此大部分时间都隐藏在光学望远镜中。这包括黑洞和中子星。但遥远的星系团，代表宇宙中最复杂结构的星系团，在 X 射线中更容易观察到。
然而，以前的 X 射线望远镜，例如 ESA 的XMM Newton或 NASA 的钱德拉 X 射线天文台，一次只能观察到相当小的天空部分。
“到目前为止，X 射线望远镜已经能够非常深入地观察中心以观察早期宇宙，”梅洛尼说。“但编译大量[黑洞、中子星和星团]并创建一个大型目录一直非常困难，然后你可以用它来研究它们的宇宙演化。”
eROSITA 望远镜重复使用了许多最初为 ESA 资深 XMM Newton 开发的技术，该技术自 1999 年以来一直围绕地球运行。马克斯普朗克研究所团队及其合作者所做的技术调整使新望远镜能够产生与地球相同质量的图像Merloni 说，XMM-Newton 的视野范围要大得多。
宇宙黑洞的地图
梅洛尼说，eROSITA 于 2019 年 10 月开始拍摄第一批图像。从那时起，它已经完成了三项全天空调查，天空地图反映了宇宙中 X 射线辐射源的分布。
这些数据尚未向更广泛的科学公众发布，但 Merloni 表示，这些目录包含有关 300 万个 X 射线辐射源的信息——黑洞、中子星和星系团。这些来源中约有 77% 是其他星系中的遥远黑洞，20% 是银河系中的中子星、恒星和黑洞。他补充说，剩下的 3% 是星系团。
“在 eROSITA 之前的 50 年 X 射线天文学中，如果将所有任务发现的所有 [X 射线] 源相加，总共有大约一百万，”梅洛尼说。“我们已经发现了比以前已知的多三倍的发现，尽管其中一些仍有待验证。”
Merloni 补充说，大多数先前已知的物体都集中在口袋中，因为 Chandra 和 XMM-Newton 非常擅长深入宇宙的小部分。另一方面，eROSITA 探测到的新黑洞、星团和中子星均匀分布在整个天空。
正如盖亚使科学家能够从研究单个恒星转向可视化星系内部的运动和动力学（并在理解其演化方面取得飞跃）一样，eROSITA 也有望开辟全新的可能性。
集群如何从“村庄”变成“城市”
Merloni 对 eROSITA 可能揭示的关于星系团演化的信息感到特别兴奋，星系团是由数百到数千个星系组成的大型星系团，由重力聚集在一起。星系团是星系碰撞的产物，大约在 100 亿年前开始出现，并在数十亿年间从小型“村庄”到“特大城市”稳步增长。
eROSITA 能够看到如此遥远的物体，以至于它们的光需要 70 亿年才能到达其探测器，这将使天文学家能够重建这些巨大结构在各个时代的演变。
“没有 X 射线望远镜也可以看到星团，但很难将它们与其他星系群分开，”梅洛尼说。“我们在 X 射线中看到的是星系团中星系之间的气体，它们变得非常热并发出这种 X 射线辉光。在 eROSITA 图像中，实际上很容易区分这些星系团，因为它们发光的方式。”
通过研究不同距离（以及不同年龄）的星团，天文学家将能够创建星团演化的时间表，并阐明推动这一演化的过程。
“通过发现大量星团，你可以了解星系的逐渐聚集发生得更快还是更慢，”梅洛尼说。“通过理解这一点，我们可以了解暗物质和暗能量的密度，这决定了这些星团形成的快慢。”
虽然暗物质被认为是宇宙中大部分引力的原因，但暗能量是抵消引力的难以捉摸的排斥力，迄今为止尚未直接观察或测量。
然而，eROSITA 测量必须与来自其他天文台的数据相结合，包括盖亚和一些基于地面的大规模调查，如斯隆数字巡天和即将到来的维拉鲁宾天文台，以获得最准确的有关集群确切位置的信息。
“有了这些星团的准确数据，我们将能够对暗能量方程施加一些限制，并为这个巨大的宇宙学分析事业做出贡献，”梅洛尼补充道。
第一个公开的 eROSITA 数据发布于 6 月在欧洲天文学会 2021 年会议上公布，其中包含在 eROSITA 运营的前两个月收集的数据。它仅代表这一努力的第一步。该任务将在 2023 年完成其主要科学任务，但天文学家希望它能够继续运行多年。Merloni 说，无论哪种方式，我们宇宙中发射 X 射线的物体目录都会让科学家们在未来几十年忙碌。
“之前的 X 射线全天巡天任务是 [德国卫星] Rosat，”梅洛尼说。“它在 1990 年只进行了一次全天调查，这可能比我们的深度和准确度低 10 倍。但即使在 30 多年后，人们仍然继续发表基于此的论文。”
