爱因斯坦探针属于发现型的科学任务,它的首要目标就是瞄准动态宇宙中的科学发现,旨在发现新天体、新现象和新规律。
1.科学目标
EP卫星将在 X 射线波段对宇宙天体开展高灵敏度实时动态巡天监测,并实现以下科学目标:
发现宇宙中的X射线剧变天体;监测已知天体的活动性。探究相关现象的性质及物理机制。
发现和探索宇宙中沉寂黑洞的耀发;测绘黑洞的分布,进一步理解其起源、演化及物质吸积过程。
探寻来自引力波源的X射线信号,以增进对极端致密天体及其合并过程的认知。
2.研究内容
(1)沉寂的黑洞的发现和研究
爱因斯坦探针能够通过软X射线波段探测爆发现象,发现隐身的黑洞,包括宇宙中所有尺度的天体物理黑洞。
预期的重要成果有:
发现上百个星系中心的沉寂的黑洞,并能对它们的爆发做详细的观测。
结合对事件发生率的独立估计,给出大质量黑洞在星系中心的占有比,回答“是否每一个星系中心都存在大质量黑洞?”这一基本问题。帮助理解黑洞、星系及宇宙结构的形成和演化。
发现中等质量黑洞和大质量双黑洞的观测证据,限制它们的比例。帮助理解种子黑洞起源与分布、大质量双黑洞的形成和演化。
发现各种类型的黑洞潮汐摧毁吞噬恒星的观测现象,检验各种理论模型。包括具有相对论性喷流的事件,揭示喷流产生的条件及机制。
检验黑洞附近的广义相对论效应,追踪研究物质如何落入黑洞。
通过探测爆发现象发现银河系及临近星系中新的恒星级黑洞和中等质量黑洞。发现球状星团中心的黑洞。
(2)暂现和爆发天体的巡天监测
EP卫星具有极高的探测灵敏度,能探索更远、更暗和稀有的暂现源。首次在软X射线波段开展监测,具有发现前所未知的暂现源类型的能力,发布暂现源预警、引导国际上其它观测设备的观测研究课题。
预期的重要成果有:
探测一批超新星爆发瞬间的X射线辐射。
将发现到一批高红移(红移大于6)的早期宇宙天体的爆发事件。
为解开X射线闪(X-ray flash)之谜提供重要数据。
发现一批新的中子星和磁星。
系统性地获得各类暂现源的观测特征,为暂现源的起源和爆发物理机制提供了重要的数据。
发现前所未知类型的暂现源。
(3)引力波爆发事件的电磁对应体的探测
爱因斯坦探针将与国际上第二代引力波探测器(A-LIGO,A-VIRGO)配合,开展引力波暴的电磁波对应体的搜寻实验。若探测到电磁波对应体,将能提高引力波源探测的统计置信度,并为引力波暴定位(精度为20角秒至2角分,或更高),同时可以获得X射线光谱和光变数据。这些结果将引导国际大型多波段设备开展对电磁波对应体的后随观测,证认对应的天体。