银道面硬X射线源的巡天观测与研究

由于技术的限制，硬Ｘ射线观测研究一直没有重大突破；因此硬Ｘ射线源的性质是一个备受关注却一直还不清楚的重要天文课题。2002年底上天的INTEGRAL卫星开始第一次硬Ｘ射线巡天工作，为系统研究硬X射线源提供了契机。我们将基于INTEGRAL卫星巡天数据，开展银道面硬Ｘ射线源能谱和时变特征的研究。我们将重点研究脉冲星及超新星遗迹的硬X射线特性、中子星Ｘ射线双星和黑洞双星的物理性质，监测剧烈的硬X射线爆发过程，证认一批未知的硬Ｘ射线源，并期待发现一些新的硬Ｘ射线源和新的未知的高能天体物理过程。我们的巡天观测和研究对未来中国的硬Ｘ射线卫星HXMT的科学目标研究也有重要的借鉴意义。

项目执行的三年时间,经过项目组成员的努力和工作，我们基本完成了项目计划书中所列的预定科学目标，达到了预期的目的。我们处理了2003-2012年近10年的INTEGRAL硬X射线望远镜IBIS的巡天数据，这个处理过程很费时间和精力，虽然项目已结题，但数据处理工作和科学结果的整理还在继续进行中。通过这个巡天项目的开展也培养了高能天体物理方向的学生。 三年项目执行中我们取得了一些重要的科学发现和结果。首先我们发现了一类新的致密天体——吸积磁星。磁星本身是一类很特殊的天体，超强磁场强度的中子星，它们认为存在于反常X射线脉冲星和软伽玛射线重复暴中，而且是孤立系统。我们在大质量X射线双星中证认了几个超长自转周期的X射线脉冲星，它们无法用现有双星演化和吸积模型解释，因此我们认为它们应该是新的系统——吸积磁星。吸积磁星的发现极大丰富了磁星这个家族。巡天过程中我们监测了大量X射线双星系统，特别是中子星吸积系统，研究了其光变曲线，能谱特别是回旋吸收线的变化规律。回旋吸收线是目前直接测量中子星表面磁场的唯一有效方法。我们探测了几个X射线脉冲星中回旋吸收线的能量，定出了这些脉冲星的表面磁场强度约为(1-7)x10^12 G。同时我们也发现有3个X射线脉冲星的回旋吸收线在不断的变化中，我们发现这些变化和中子星吸积的一些物理有相关性。比如我们发现回旋吸收线能量与中子星X射线能谱的高能截断成正相关，这个关系表明中子星的高能能谱形状特别是截断能量是回旋吸收导致的。最后我们的硬X射线巡天研究还第一次探测到Tycho超新星遗迹的硬X射线辐射尾巴，这个尾巴延伸到100keV。这个硬X射线尾巴表明Tycho可以加速粒子至PeV能量，第一次提供了超新星遗迹可以加速宇宙线至PeV能区的观测证据。同时我们还在Tycho的硬X射线能谱中观测到来自44Ti的硬X射线发射线，能量为68和78 keV。这个观测结果第一次可以让我们限制Tycho超新星爆炸的前身星模型。Tycho被认为是一个Ia型超新星爆发，而Ia型超新星有三个模型：标准Chandrasekhar质量白矮星爆炸模型，双白矮星并合模型，亚Chandrasekhar质量白矮星爆炸模型。标准模型预测Tycho几乎不产生44Ti。我们的观测结果认为Tycho很有可能不是一个标准的Ia型超新星爆发。我们发表了10篇SCI论文，还有5篇论文即将发表。