De senaste observationerna från Insight-HXMT publicerades online i Natur astronomi den 18 februari. Insight-HXMT har upptäckt den allra första röntgenskuren associerad med en snabb radioskur (FRB) och har identifierat att den härrörde från soft-gamma repeater (SGR) J1935+2154, som är en magnetar i vår Vintergatan.

Insight-HXMT är den första som identifierar strukturen med dubbla spikar i denna röntgenskur som högenergimotsvarigheten till FRB 200428. Denna upptäckt, tillsammans med resultat från andra teleskop, bevisar att FRB kan komma från magnetiska skurar, på så sätt löst det långvariga pusslet om ursprunget till FRB.

Dessa resultat från Insight-HXMT hjälper också till att förklara utsläppsmekanismen för FRB, samt utlösningsmekanismen för magnetiska skurar.

Detta arbete utfördes av forskare från Institute of High Energy Physics (IHEP) vid den kinesiska vetenskapsakademin, Beijing Normal University, University of Nevada Las Vegas, Tsinghua University och andra institutioner.

FRBs, upptäcktes först 2007, är ett stort mysterium inom astronomi. De frigör en enorm mängd energi på bara flera millisekunder. Omkring hundra sådana händelser har upptäckts i olika regioner av vårt universum. Dessutom, upprepade FRB har hittats från samma håll.

Med tanke på det smala synfältet för radioteleskop, händelsefrekvensen för FRB är mycket hög:Varje dag når tusentals sådana skurar jorden. Dock, före denna upptäckt av Insight-HXMT och flera andra rymdröntgeninstrument, ingen FRB-strålning vid någon annan våglängd hade någonsin upptäckts, och alla FRB med ganska bra lokalisering kom från avlägsna extragalaktiska källor, vars identitet och natur ännu är okända. Ursprunget och mekanismerna för sådana mystiska fenomen utgör en av de största frågorna inom astronomi idag.

Forskare har föreslagit många modeller för att förklara det fysiska ursprunget till FRB, såsom sammanslagning av två kompakta objekt, kollapsen av en kompakt stjärna, magnetiska utbrott, kollisionen mellan en neutronstjärna och en asteroid, eller till och med signaler från utomjordingar. På senare år har fler observationer har avslöjat fler egenskaper hos FRB, intensifiera debatten om deras ursprung.

För att förstå arten av FRB, vi måste svara på två frågor:Vad är källan till FRB, och hur ser FRB:er ut i andra vågband?

Den 28 april, 2020 kl. 14:34 GMT, det kanadensiska CHIME-experimentet och STARE2-experimentet i USA upptäckte oberoende av varandra en mycket ljus FRB, som fick namnet FRB 200428. Den kom från ungefär samma håll som den galaktiska magnetaren SGR J1935+2154. Baserat på FRB:s spridningsmätning, källan till denna FRB var belägen omkring 30, 000 ljusår bort, vilket ungefär överensstämmer med avståndet till SGR J1935+2154.

Magnetarer är en grupp neutronstjärnor med extrema ytmagnetiska fält som är runt 100 biljoner gånger starkare än jordens magnetfält. När den är aktiv, en magnetar kan avge ljusa korta röntgenskurar. Därför, teoretiker spekulerar i att magnetarer också kan avge FRB. I mitten av april 2020, SGR J1935+2154 gick in i en ny aktiv period och hundratals röntgenskurar släpptes.

Som svar på denna möjlighet, Insight-HXMT ändrade sin observationsplan och påbörjade en mycket långvarig pekobservation av SGR J1935+2154. Cirka 8,6 sekunder före FRB 200428, Insight-HXMT upptäckte en mycket ljus röntgenskur från SGR J1935+2154. Denna röntgenskur upptäcktes också av den europeiska satelliten INTEGRAL, den ryska detektorn Konus-Wind och den italienska satelliten AGILE.

Tidsskillnaden överensstämmer med tidsfördröjningen för radiosignalen på grund av det interstellära mediet. Detta indikerar att röntgen- och radioemissionerna kommer från samma explosion.

Vidare, Insight-HXMT kunde väl lokalisera denna ljusa röntgenskur baserat på den unika designen av dess kollimatorer, vilket bevisar att både röntgenskuren och FRB 200428 härrörde från magnetar SGR J1935+2154. Detta representerar inte bara den första bekräftade källan till en FRB, men också den första FRB med ursprung i vår galax. Det är en milstolpe i förståelsen av FRB:er och magnetarer. Upptäckten av FRB 200428 och relaterad forskning erkändes som en av de 10 bästa upptäckterna 2020 av Natur och Vetenskap .

I jämförelse med observationsdata från andra högenergisatelliter, observationsdata om FRB 200428 från Insight-HXMT är de mest statistiskt rika och täcker det bredaste energibandet, tillhandahåller således den mest detaljerade tids- och spektralinformationen om röntgenskuren.

Insight-HXMT är en av två satelliter som oberoende lokaliserade denna röntgenskur, visar mycket större noggrannhet än två radioteleskop som upptäckte FRB 200428. Insight-HXMT upptäckte också, i ljuskurvan för denna röntgenskur, två röntgenspikar som är mycket nära inriktade tidsmässigt med FRB, ett resultat som senare bekräftades av andra satellitdata.

Till sist, Insight-HXMT är det enda instrumentet som tillhandahåller data för detaljerad analys av den spektrala utvecklingen av denna röntgenskur. Specifikt, röntgenspektrumet för dessa två spikar skiljer sig signifikant från spektra från andra delar av skuren såväl som från majoriteten av röntgenskurarna från magnetarer. Dessa resultat är avgörande för att förstå den fysiska mekanismen för FRB.

Sammanfattningsvis, Insight-HXMT har upptäckt att denna röntgenskur kommer från magnetar SGR J1935+2154, de två spikarna i denna röntgenskur är högenergimotsvarigheten till FRB 200428, och spektrumet för denna röntgenskur är speciellt. Dessa observationer visar också att Insight-HXMT är mycket kraftfullt som rymdobservatorium.

Insight-HXMT är Kinas första röntgenobservatorium i rymden. Det föreslogs först av LI Tipei och WU Mei från IHEP 1993. Insight-HXMT finansieras av China National Space Administration och CAS. IHEP ansvarar för satellitnyttolaster, det vetenskapliga datacentret och vetenskaplig forskning. China Academy of Space Technology är byggaren av satellitplattformen Insight-HXMT. Tsinghua-universitetet, National Space Science Center, Beijing Normal University och andra institut har också bidragit till Insight-HXMT-uppdraget. Kalibreringen av detektorerna ombord på Insight-HXMT stöddes av National Institute of Metrology, Ferrara University i Italien och Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.

Sedan lanseringen den 15 juni, 2017, Insight-HXMT har framgångsrikt opererat i omloppsbana i mer än 3,5 år. Den har uppnått en rad viktiga vetenskapliga resultat om svarta hål, neutronstjärnor och andra fenomen.

Eftersom Insight-HXMT fungerar smidigt i omloppsbana, det förbättrade rymduppdraget röntgentid och polarimetri (eXTP), utvecklat av IHEP och många andra inhemska och internationella partnerinstitutioner, har gått in i fas-B (designfas), efter mer än 10 år av förstudier och nyckelteknologiutveckling. Det kommer att öka kapaciteten för att studera neutronstjärnor och svarta hål med en storleksordning eller mer, jämfört med andra liknande satelliter.

eXTP kommer att föra Kina och det internationella konsortiet eXTP till gränsen för rymdastronomi med hög energi. Högenergimotsvarigheterna till extragalaktiska FRB:er är mycket svaga på grund av deras stora avstånd. eXTP kommer att vara ett idealiskt instrument för att upptäcka dem.