De laatste waarnemingen van Insight-HXMT zijn online gepubliceerd in Natuurastronomie op 18 februari. Insight-HXMT heeft de allereerste röntgenuitbarsting ontdekt die verband houdt met een snelle radio-uitbarsting (FRB) en heeft vastgesteld dat deze afkomstig is van soft-gamma-repeater (SGR) J1935+2154, dat is een magnetar in onze Melkweg.

Insight-HXMT is de eerste die de dubbele-spikestructuur van deze röntgenuitbarsting identificeert als de hoge-energetische tegenhanger van FRB 200428. Deze ontdekking, samen met resultaten van andere telescopen, bewijst dat FRB's kunnen komen van magnetar bursts, daarmee het oplossen van de al lang bestaande puzzel over de oorsprong van FRB's.

Deze resultaten van Insight-HXMT helpen ook het emissiemechanisme van FRB's te verklaren, evenals het triggermechanisme van magnetar bursts.

Dit werk werd uitgevoerd door wetenschappers van het Institute of High Energy Physics (IHEP) van de Chinese Academie van Wetenschappen, Beijing Normale Universiteit, Universiteit van Nevada Las Vegas, Tsinghua University en andere instellingen.

FRB's, voor het eerst ontdekt in 2007, zijn een groot mysterie in de astronomie. Ze geven een enorme hoeveelheid energie af in slechts enkele milliseconden. Ongeveer honderd van dergelijke gebeurtenissen zijn gedetecteerd in verschillende regio's van ons universum. Bovendien, herhaalde FRB's zijn uit dezelfde richting gevonden.

Gezien het smalle gezichtsveld van radiotelescopen, de incidentie van FRB's is erg hoog:elke dag bereiken duizenden van dergelijke uitbarstingen de aarde. Echter, vóór deze ontdekking door Insight-HXMT en verschillende andere ruimteröntgeninstrumenten, er was nooit FRB-straling op een andere golflengte gedetecteerd, en alle FRB's met een redelijk goede lokalisatie waren afkomstig van verre extragalactische bronnen, wiens identiteit en aard nog onbekend zijn. De oorsprong en mechanismen van dergelijke mysterieuze verschijnselen vormen een van de grootste vragen in de astronomie van vandaag.

Wetenschappers hebben veel modellen voorgesteld om de fysieke oorsprong van FRB's te verklaren, zoals de samenvoeging van twee compacte objecten, de ineenstorting van een compacte ster, magnetische uitbarstingen, de botsing van een neutronenster en een asteroïde, of zelfs signalen van buitenaardse wezens. In recente jaren, meer waarnemingen hebben meer eigenschappen van FRB's onthuld, het debat over hun oorsprong te intensiveren.

Om de aard van FRB's te begrijpen, we moeten twee vragen beantwoorden:wat is de bron van FRB's, en hoe zien FRB's eruit in andere golfbanden?

Op 28 april, 2020 om 14:34 GMT, het Canadese CHIME-experiment en het STARE2-experiment in de VS hebben onafhankelijk een zeer heldere FRB gedetecteerd, die FRB 200428 heette. Het kwam uit ongeveer dezelfde richting als de Galactische magnetar SGR J1935+2154. Op basis van de dispersiemeting van de FRB, de bron van deze FRB bevond zich ongeveer 30, 000 lichtjaar verwijderd, wat ongeveer overeenkomt met de afstand tot SGR J1935+2154.

Magnetars zijn een groep neutronensterren met extreme magnetische velden aan het oppervlak die ongeveer 100 biljoen keer sterker zijn dan het magnetische veld van de aarde. Wanneer het actief is, een magnetar kan heldere korte röntgenstralen uitzenden. Daarom, theoretici speculeren dat magnetars ook FRB's kunnen uitzenden. Medio april 2020, SGR J1935+2154 ging een nieuwe actieve periode in en honderden röntgenflitsen werden vrijgegeven.

In reactie op deze mogelijkheid, Insight-HXMT veranderde zijn observatieplan en begon een zeer langdurige richtwaarneming van SGR J1935+2154. Ongeveer 8,6 seconde voor FRB 200428, Insight-HXMT heeft een zeer heldere röntgenuitbarsting gedetecteerd van SGR J1935+2154. Deze röntgenuitbarsting werd ook gedetecteerd door de Europese satelliet INTEGRAL, de Russische detector Konus-Wind en de Italiaanse satelliet AGILE.

Het tijdsverschil komt overeen met de tijdvertraging van het radiosignaal als gevolg van het interstellaire medium. Dit geeft aan dat de röntgen- en radiostraling afkomstig zijn van dezelfde explosie.

Verder, Insight-HXMT was goed in staat om deze heldere röntgenuitbarsting te lokaliseren op basis van het unieke ontwerp van zijn collimators, daarmee bewijzend dat zowel de röntgenuitbarsting als FRB 200428 afkomstig waren van magnetar SGR J1935+2154. Dit is niet alleen de eerste bevestigde bron van een FRB, maar ook de eerste FRB afkomstig uit onze Galaxy. Het is een mijlpaal in het begrijpen van de aard van FRB's en magnetars. De ontdekking van FRB 200428 en aanverwant onderzoek werd erkend als een van de top 10 ontdekkingen van 2020 door Natuur en Wetenschap .

In vergelijking met waarnemingsgegevens van andere hoge-energiesatellieten, de waarnemingsgegevens over FRB 200428 van Insight-HXMT zijn statistisch het meest rijk en bestrijken de breedste energieband, waardoor de meest gedetailleerde temporele en spectrale informatie over de röntgenuitbarsting wordt verkregen.

Insight-HXMT is een van de twee satellieten die deze röntgenuitbarsting onafhankelijk hebben gelokaliseerd, met een veel grotere nauwkeurigheid dan twee radiotelescopen die FRB 200428 hebben gedetecteerd. Insight-HXMT detecteerde ook, in de lichtcurve van deze röntgenuitbarsting, twee röntgenstralen zeer nauw in de tijd uitgelijnd met de FRB, een resultaat later bevestigd door andere satellietgegevens.

Eindelijk, Insight-HXMT is het enige instrument dat gegevens levert voor een gedetailleerde analyse van de spectrale evolutie van deze röntgenuitbarsting. specifiek, het röntgenspectrum van deze twee pieken verschilt aanzienlijk van spectra van andere delen van de burst en van de meeste röntgenbursts van magnetars. Deze resultaten zijn van cruciaal belang voor het begrijpen van het fysieke mechanisme van FRB's.

Samengevat, Insight-HXMT heeft ontdekt dat deze röntgenuitbarsting afkomstig is van magnetar SGR J1935+2154, de twee pieken van deze röntgenuitbarsting zijn de hoge energie tegenhanger van FRB 200428, en het spectrum van deze röntgenuitbarsting is bijzonder. Deze waarnemingen tonen ook aan dat Insight-HXMT zeer krachtig is als ruimteobservatorium.

Insight-HXMT is China's eerste röntgenobservatorium in de ruimte. Het werd voor het eerst voorgesteld door LI Tipei en WU Mei van IHEP in 1993. Insight-HXMT wordt gefinancierd door de China National Space Administration en CAS. IHEP is verantwoordelijk voor satellietladingen, het science datacenter en wetenschappelijk onderzoek. De China Academy of Space Technology is de bouwer van het Insight-HXMT-satellietplatform. Tsinghua universiteit, het National Space Science Center, Beijing Normal University en andere instituten hebben ook bijgedragen aan de Insight-HXMT-missie. De kalibratie van de detectoren aan boord van Insight-HXMT werd ondersteund door het National Institute of Metrology, Ferrara University in Italië en het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica.

Sinds de lancering op 15 juni, 2017, Insight-HXMT is al meer dan 3,5 jaar succesvol in een baan om de aarde. Het heeft een reeks belangrijke wetenschappelijke resultaten opgeleverd over zwarte gaten, neutronensterren en andere verschijnselen.

Omdat Insight-HXMT soepel in een baan om de aarde werkt, de verbeterde ruimtemissie X-ray Timing and Polarimetry (eXTP), ontwikkeld door IHEP en vele andere nationale en internationale partnerinstellingen, fase-B (ontwerpfase) is ingegaan, na meer dan 10 jaar voorstudie en belangrijke technologische ontwikkeling. Het zal de capaciteit voor het bestuderen van neutronensterren en zwarte gaten met een orde van grootte of meer vergroten, vergeleken met andere vergelijkbare satellieten.

eXTP zal China en het internationale eXTP-consortium naar de grens van de hoogenergetische ruimteastronomie brengen. De hoge energie tegenhangers van extragalactische FRB's zijn erg zwak vanwege hun grote afstand. eXTP zal een ideaal instrument zijn om ze te detecteren.