[科普中國]-羅西X射線計(jì)時探測器

儀器簡介

羅西X射線計(jì)時探測器（以下簡稱為RXTE）是以天文學(xué)家布魯諾·羅希（Bruno Rossi）的名字來命名的，并憑借著它靈敏的儀器，一直在探測宇宙中時間從毫秒到年之間變化的X射線源。這些X射線源隨時間的變化，可以為我們提供有關(guān)白矮星、X射線雙星、中子星、脈沖星和黑洞等的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)物理過程的信息。

RXTE探測器重3000千克，是1995年12月30日使用德爾塔Ⅱ發(fā)射入近地軌道的衛(wèi)星（軌道高度600km，傾角23°），屬于低軌道衛(wèi)星, 約 90 min 繞地球一圈。它與地面中轉(zhuǎn)站通過NASA的TDRSS衛(wèi)星建立數(shù)據(jù)連接，將數(shù)據(jù)傳回戈達(dá)德飛行中心。

RXTE具有每分鐘6°的轉(zhuǎn)向機(jī)動能力，因此它可以快速地轉(zhuǎn)向指定的目標(biāo)方向。其較好的機(jī)動能力使得RXTE上搭載的儀器能對一些暫現(xiàn)現(xiàn)象和新的現(xiàn)象做出及時的反應(yīng)。由于太陽的X射線輻射強(qiáng)度很大，RXTE不能指向太陽方向周圍30°以內(nèi)的區(qū)域。

RXTE上的設(shè)備對2-200keV這樣一個較大范圍的X射線都很靈敏，因此它可以用來對一些已知的射線源進(jìn)行研究，同時探測X射線的暫現(xiàn)現(xiàn)象、X射線暴以及X射線發(fā)射的周期性波動等。34

搭載儀器RXTE衛(wèi)星是NASA探索者系列衛(wèi)星中的高時間分辨的大型硬X射線衛(wèi)星，裝載有3個探測器，其中一個是全天監(jiān)視器ASM（All-Sky Monitor），另外兩個分別是PCA（Proportional Counter Array）和HEXTE（High Energy X-Ray Timing Experiment）。分別簡介如下：

正比計(jì)數(shù)器陣PCA（Proportional Counter Array）：由5 個氙氣正比計(jì)數(shù)器組成的。接收輻射時，X 射線會與氙氣中的電子相互作用，氙氣中的電子對 2-60keV波段的 X 射線很靈敏。PCA 有一個巨大的約 6250 平方厘米的收集區(qū)。同時，PCA 的指向區(qū)又與高能 X射線時變試驗(yàn)裝置有部分重疊，又額外增加了 1600 平方厘米的收集區(qū)。

高能 X 射線時變試驗(yàn)裝置 HEXTE（High Energy X-ray Timing Experiment）：HEXTE使得 RXTE 對 X 射線的靈敏度拓展到 200keV，因此 HEXTE 和 PCA一起，組成了具有高分辨率和高靈敏度的 X 射線探測器。

全天監(jiān)視器 ASM（All Sky Monitor）：在 2-10 keV的范圍每 1.5 個小時對天空中的大部分區(qū)域進(jìn)行一次掃描，以監(jiān)視一些亮的 X 射線源的長期變化，使得觀測者能發(fā)現(xiàn)一些新的快變現(xiàn)象。ASM由3個位置相對固定的掃描陰影照像機(jī)SSC（Scanning Shadow Camera）組成，每個SSC由一維位置靈敏正比計(jì)數(shù)器PSPC和一維編碼板組成。SSC的靈敏能區(qū)是1.5-12keV。ASM的事例數(shù)據(jù)是由一系列90秒“停頓時間”（dwell）的觀測數(shù)據(jù)組成的，在每一個停頓時間內(nèi)，3個SSC的指向都固定不變。ASM不但能夠監(jiān)測已知X射線源的流強(qiáng)變化，它還能對X射線暫現(xiàn)源和其他時變現(xiàn)象作出報(bào)告，以供PCA及HEXTE等探測器作后續(xù)觀測，因而具有發(fā)現(xiàn)新的X射線暫現(xiàn)源和γ射線暴的能力。132

負(fù)載情況RXTE 的負(fù)載情況3為：

1.PCA能段范圍 2-60 keV，接收面積為6500m2，時間分辨率為1microsec。

2.HEXTE能段范圍15-250keV，接收面積2×800cm2。

3.ASM能段范圍2-10 keV，30mCrab的靈敏度。

工作流程來自 PCA的數(shù)據(jù)首先會由試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Experiment Data System，EDS）來處理。EDS每秒鐘可進(jìn)行 50 萬次運(yùn)算，并且記錄每個 X 射線到達(dá)的時間，可以精確到 1 微秒。記錄的數(shù)據(jù)可以被 EDS 同時存為多種不同的模式，這樣有利于對不同 X 射線源數(shù)據(jù)的采集與分析。通過 HEXTE 接收的數(shù)據(jù)也是同樣的處理過程。PCA和 HEXTE 的數(shù)據(jù)會被 EDS 以不同的模式同時存入不同的文件中。通過這些文件，研究者可以得出光變曲線和能譜，而進(jìn)一步獲得相應(yīng)的物理量。

研究者通過光變曲線來分析 X 射線源的短期和長期變化，進(jìn)一步的分析可以找到周期性的存在或者更多復(fù)雜變化的組成。這些分析可以使我們知道目標(biāo)天體的尺度或者其運(yùn)動軌道以及天體周圍其它物質(zhì)的情況。對能譜的分析可以使我們對理論模型進(jìn)行調(diào)整，更加完善理論模型。例如，成功的分析可以使我們確定天體或是 X 射線源的輻射量，光譜中的發(fā)射線或是吸收線可以進(jìn)一步的測量天體及其周圍物質(zhì)的組成等。3

研究對象RXTE的主要研究對象是3：

·天體在X射線波段出現(xiàn)的周期性、瞬時性、暴發(fā)性現(xiàn)象；

·X射線雙星的質(zhì)量、軌道特征以及雙星之間的物質(zhì)交流；

·中子星的磁場以及它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

·物質(zhì)在掉入黑洞前的運(yùn)動狀況；

·黑洞附近的廣義相對論效應(yīng)；

·超大質(zhì)量黑洞在活動星系中所起的作用；

·各種天體發(fā)射X射線的原因。