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GECAM双星计划:捕捉引力波高能辐射的天网
2018-07-05 | 文章来源: | 浏览次数:  |

  2018年7月4日,中国科学院在北京宣布启动战略性先导科技专项“空间科学(二期)”,在本次宣布的项目中包括一个小型的空间探测项目:引力波暴高能电磁对应体全天监测器,简称GECAM。

  GECAM是专门针对近年来新出现的引力波研究重大机遇而提出的“短平快”项目,也是空间先导专项实施以来首个机遇型项目。GECAM计划2020年发射运行,将是空间先导二期最早发射的卫星。

GECAM项目示意图

  引力波是弯曲时空中的涟漪,是现代物理理论基石之一的广义相对论的预言,是检验自然规律、洞察宇宙的重要手段。近年来,引力波相关研究取得了一系列突破性进展。2015年激光干涉引力波天文台(LIGO)首次发现引力波。2017年LIGO和Virgo(室女座引力波天文台)以及全球几十台望远镜首次发现引力波及其电磁对应体。这两次发现是人类观测和认识宇宙的革命,标志着人类进入了“多信使引力波天文学”的新时代。

引力波电磁对应体示意图。双中子星并合不仅产生引力波,而且产生电磁对应体,电磁辐射不仅包括高能的X和伽马射线,还包括软X射线、光学以及射电辐射。

  引力波的发现获得了2017年度诺贝尔物理学奖。引力波及其电磁对应体是当前及今后很长时期内物理学和天文学的研究前沿,将产生一系列重大科学突破。2020年地面引力波探测器将达到设计灵敏度,预期发现大量的引力波事件,届时将是探测研究引力波电磁对应体的重要机遇窗口。然而,现有的探测引力波高能电磁对应体(主要是X射线和伽马射线,简称引力波伽马暴)的空间望远镜综合性能不足,容易错失宝贵的发现机会。

  为了抓住引力波研究的重大机遇,中国科学院高能物理研究所于2016年提出GECAM项目,它具有全时全天视场、高灵敏度、良好的定位精度和宽能段覆盖的综合优势,同时具备在轨触发定位以及准实时下传触发信息的能力,可及时引导空间和地面望远镜的后随观测,其对引力波伽马暴的综合探测性能全面超过现有的或届时将运行的观测设备。

  GECAM包含两颗微小卫星,运行于600公里高度的低地球轨道,轨道面相同,但轨道相位相反,即两颗卫星总是位于地球的两侧。每颗卫星都能监测除了地球遮挡之外的全部天区,因而,两颗卫星可联合监测全部天区,形成捕捉引力波伽马暴的天网。

  GECAM将发现最多最全的引力波伽马暴,并期待发现新型的引力波高能辐射现象(比如中子星-黑洞或黑洞-黑洞并合产生的高能辐射),取得突破性原创成果。GECAM也将在揭示快速射电暴的高能辐射、发现更多超长和超软的伽马暴、监测新的磁星爆发以及探测地球伽马闪等方面取得重要成果。

  针对科学研究的重大机遇,中国科学院主管部门进行了大胆的制度创新和管理创新,设立了机遇型空间项目,使GECAM能够进入快速而严谨的立项程序,将我国的制度优势转化为在竞争激烈的引力波电磁对应体探测研究领域的速度优势。

  为了兼顾2020年发射的机遇窗口以及项目的先进性,GECAM项目以成熟技术为主,同时采用了自主创新的探测器技术以及新颖的准实时天地通讯手段。GECAM项目由中科院高能物理研究所牵头承担和实施。GECAM的发射运行将使我国在引力波及其电磁对应体探测研究领域快速占据重要的一席之地。


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