NASA的NuSTAR太空观测站用杂散光来了解周边视野中的天体

这一发展有可能使NuSTAR提供的洞察力倍增。《天体物理学杂志》上的一篇新的科学论文描述了首次使用NuSTAR的杂散光观测来了解一个宇宙天体--在这种情况下是一颗中子星。

中子星是恒星坍缩后留下的物质块，是宇宙中密度最大的一些天体，仅次于黑洞。它们强大的磁场捕获气体粒子，并将它们漏斗式地引向中子星的表面。当这些粒子被加速和激发时，它们会释放出高能量的X射线，NuSTAR可以探测到这些射线。

这项新研究描述了一个名为SMC X-1的系统，它由一颗中子星组成，围绕着围绕银河系的两个小星系中的一颗恒星运转。当用望远镜观察时，SMC X-1的X射线输出的亮度似乎变化很大，但是NuSTAR和其他望远镜几十年的直接观测已经揭示了这种波动的模式。科学家们已经指出了SMC X-1在被X射线望远镜研究时亮度变化的几个原因。例如，随着中子星在每一个轨道上向恒星后面倾斜，X射线的亮度也会变暗。根据这篇论文，杂散光数据足够敏感，可以发现其中一些有据可查的变化。

“我认为这篇论文表明这种杂散光方法是可靠的，因为我们观察到了SMC X-1中的中子星的亮度波动，我们已经通过直接观察证实了这一点，”加州帕萨迪纳的加州理工学院的天体物理学家、新研究的主要作者McKinley Brumback说。“今后，如果我们能够在我们还不知道天体是否有规律地改变亮度时，使用杂散光数据来观察天体，并有可能使用这种方法来检测变化，那就太好了。”

形式和功能

这种新方法之所以能够实现，是因为NuSTAR的形状类似于哑铃。它有两个笨重的部件，位于一个狭窄的、33英尺长（10米长）的结构的两端，称为可部署的桅杆，或吊杆。通常情况下，研究人员将笨重的一端--包含光学元件或收集X射线的硬件--指向他们想要研究的天体。光线沿着吊杆传到位于航天器另一端的探测器上。两者之间的距离对于聚焦光线是必要的。

但是，杂散光也会从吊杆的两侧进入，绕过光学系统到达探测器。它与来自望远镜直接观测的任何物体的光一起出现在NuSTAR的视场中，而且通常相当容易用眼睛识别。它形成了一圈微弱的光线，从图像的两侧出现。(不足为奇的是，杂散光是许多其他空间和地面望远镜的一个问题）。

一组NuSTAR团队成员在过去的几年里，从NuSTAR的各种观测中分离出杂散光。在确定了每次观测外围的明亮的已知X射线源之后，他们使用计算机模型来预测根据附近的哪个明亮天体应该出现多少杂散光。他们还查看了几乎所有的NuSTAR观测，以确认杂散光的蛛丝马迹。该小组创建了一个大约80个天体的目录，NuSTAR收集了这些天体的杂散光观测数据，并将该目录命名为“StrayCats”。

“想象一下，坐在一个安静的电影院里看电影，听到隔壁播放的动作片中的爆炸声，”加州理工学院的高级研究科学家、领导StrayCats工作的NuSTAR团队成员Brian Grefenstette说。“在过去，这就是杂散光的情况--分散了我们试图关注的东西的注意力。现在，我们有工具将这些额外的噪音转化为有用的数据，为使用NuSTAR研究宇宙开辟了一条全新的途径。”

当然，杂散光数据不能取代NuSTAR的直接观测。除了杂散光没有聚焦之外，NuSTAR可以直接观测的许多物体都太暗了，无法出现在杂散光目录中。但是Grefenstette说，多名加州理工学院的学生对数据进行了梳理，发现了周边天体快速变亮的情况，这可能是任何数量的戏剧性事件，例如中子星表面的热核爆炸。观察中子星亮度变化的频率和强度可以帮助科学家破译这些天体发生了什么。

“如果你试图寻找一个X射线源的长期行为或亮度的模式，杂散光观测可能是一个伟大的方式，可以更频繁地检查并建立一个基线，”加州理工学院的美国宇航局哈勃奖学金计划爱因斯坦研究员和StrayCats团队的成员Renee Ludlam说。“他们还可以让我们在我们没有预料到的时候，或者在我们通常不能将NuSTAR直接指向它们的时候，捕捉到这些天体的奇怪行为。杂散光观测并不能取代直接观测，但更多的数据总是好的。”