加州大学伯克利分校（UC Berkeley）将管理美国宇航局（NASA）耗资3亿美元的任务，以绘制紫外线宇宙的地图

美国宇航局上个月批准并计划于2030年发射的轨道太空望远镜将对宇宙中的紫外线（UV）源进行首次全天空调查，提供有关星系和恒星如何演变的宝贵信息，无论是今天还是遥远的过去。

这项耗资3亿美元的卫星任务名为UVEX（UltraViolet EXplorer），将由加州大学伯克利分校的空间科学实验室（SSL）管理。该任务的首席研究员是加州大学伯克利分校的博士生菲奥娜·哈里森（Fiona Harrison），她是加利福尼亚州帕萨迪纳市加州理工学院的物理学教授。

该望远镜的全天空紫外巡天将在未来十年内补充其他任务正在进行或计划中的调查，包括由欧洲航天局领导的光学和红外欧几里得任务，美国宇航局的贡献，以及美国宇航局的南希·格雷斯·罗马太空望远镜，这是一款红外望远镜，将于2027年5月发射。总之，这些任务将有助于创建我们宇宙的现代多波长地图。

“当UVEX发射时，我们将首次从紫外线一直到红外线覆盖整个天空，”UVEX任务的科学团队负责人之一、加州大学伯克利分校天文学副教授丹尼尔·薇兹（Daniel Weisz）说。“紫外线覆盖整个天空，这是以前从未真正做到过的，是开创性的。

紫外线辐射来自热物体，但这些波长被地球大气层阻挡，必须从太空进行研究。该调查将重点关注炽热的大质量蓝色恒星 – 其中许多被认为是双星系统的成员 – 以及爆炸的恒星。在双星系统中，质量最大的恒星对经常从其伴星上剥离物质，从而暴露出其炽热的紫外线发射核心。UVEX将绘制这些“剥离”恒星在银河系周围星系中的分布图。

该望远镜还将携带由加州大学伯克利分校和加州理工学院联合建造的紫外光谱仪，以记录大质量恒星和恒星爆炸期间发出的紫外线波长的细节。这些观测将提供有关恒星和星系如何形成以及它们如何死亡的新细节。

“我们将要制作的一件事是一张从这些双星的起源一直到它们爆炸并与周围任何物质相互作用时会发生什么的图表，这些物质随着时间的推移而丢失，”他说。“UVEX将彻底改变这个领域。

UVEX还将能够快速指向宇宙中新发现的紫外线光源。这将使它能够捕捉到由双星系统中的中子星合并引起的引力波爆发后的光，这些事件由全球三个大型合作组织定期记录，包括激光干涉仪引力波天文台（LIGO）。

“许多瞬态事件最好在紫外线中看到，”UVEX项目经理Bill Craig说。“拥有广阔的视野来跟踪引力波事件是现在选择这项任务的一个非常有力的理由，因此，随着LIGO进行下一次活动，一旦他们看到合并，UVEX将在那里归零。然后我们就可以拉上拉链，看看它的后果。

今天和早期宇宙中的低质量星系

薇兹对低质量星系特别感兴趣，这些星系的大小大约是银河系的十分之一。其中最著名的是大麦哲伦星云和小麦哲伦星云——银河系的卫星，分别是银河系质量的十分之一和百分之一——但在我们的银河系附近应该有数百万个较小的星系。到目前为止，只看到了大约50,0000个，并且很少在紫外波长下进行光谱研究。

J. C. Muñoz/欧洲南方天文台

“我们的灵敏度极限延伸到质量比银河系小10,000倍的星系，”Weisz说。“这大约是一百万个太阳质量。

他说，这种小而微弱的附近星系很难用光学或红外望远镜识别，因为它们看起来与非常遥远的星系几乎相同，这些星系的紫外线发射已经红转移到光学和红外波长。但是，如果它们也发出紫外线，它们很可能是我们的近邻。

“当你看到一个有紫外线、光学和红外线的星系时，它必须在附近，”Weisz说。“我们正试图绘制出整个天空中数百万个低质量星系的结构，以便更好地了解主要由暗物质组成的质量在局部宇宙中的分布方式。

更好地了解附近的低质量星系将深入了解詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在早期宇宙中发现的许多低质量星系的性质。

“这些附近的低质量星系非常小，但也非常缺乏金属。其中一些可能只有太阳金属的1%或更少，“Weisz说。“事实证明，这些非常贫乏金属但非常活跃的恒星形成星系类似于人们在JWST中发现的非常高的红移。

对于天文学家来说，金属是比氢和氦重的东西，氢和氦是宇宙的原始物质。低金属含量意味着星系没有足够的恒星形成和爆炸周期来为星系播种许多较重的元素，如碳、氧和铁。

从超新星捕获紫外线

加州大学伯克利分校的另一位UVEX科学团队负责人Raffaella Margutti和天文学副教授Ryan Chornock对紫外线数据可以告诉我们有关超新星爆炸的信息感兴趣。

图片由NASA提供

“我们的目标是在非常年轻的超新星爆炸后不到两天内获得第一个紫外光谱，”物理学和天文学教授Margutti说。“如果我们能从超新星中获得紫外光谱的第一个时间序列，它可以帮助限制爆炸恒星的化学成分，并帮助我们了解它们在核心坍缩前演化的最后时刻的行为。

加州大学伯克利分校UVEX团队的其他成员包括天文学助理教授Wenbin Lu和Miller研究员Yuhan Yao，他们专注于高能瞬态现象，以及天文学教授Joshua Bloom，他致力于结合来自多颗卫星和望远镜的数据，以便对瞬态事件做出快速反应。

美国宇航局在详细审查了两个拟议的MIDEX任务和两个机会任务概念后，并根据美国宇航局目前的天体物理学组合和该机构的可用资源评估了这些建议，选择了UVEX中型探测器（MIDEX）概念继续开发。UVEX任务是唯一被选中的提案，但由于预算原因，其发射被推迟了两年，至2030年。这项为期两年的任务将耗资约3亿美元，这还不包括发射费用。

克雷格曾管理过其他几项美国宇航局资助的任务，包括2019年发射的电离层连接探测器（ICON），他指出，UVEX是一颗更大的卫星，预算大约是ICON的两倍。SSL还为许多其他太空任务提供任务控制，包括火星大气和挥发性演化（MAVEN）和NuStar，这是一颗X射线观测卫星，也是与加州理工学院的菲奥娜·哈里森（Fiona Harrison）合作的。

克雷格说：“我认为你可以说，这代表了伯克利和空间科学实验室在实施任务方面建立的核心能力，使我们能够做人们想做的科学。

UVEX卫星将具有细长的形状，就像一个棚子，以容纳望远镜的光学元件。它高 20 英尺，宽 9 1/2 英尺，深 8 英尺，重约 2,200 磅。它预定的轨道需要绕月球一圈才能建立，最远点距离地球约310,000英里 – 比我们的星球更靠近月球。这使它能够避免与每天多次进入和离开地球阴影相关的热应力，这是低地球轨道静止卫星的典型特征。

虽然克雷格在接下来的六年里专注于将卫星的许多部分整合在一起，但科学家们也有自己紧张的准备工作。

“我们有很多工作要做，因为这是一个为期两年的任务，我们应该在主要任务结束后的六个月内交付所有东西，”Weisz说。“如果我们的工作是去寻找1亿个星系，我们基本上必须在发射之前知道如何做到这一点。以前从来没有人试图在整个天空中找到1亿个星系，因为我们从来没有做到过。因此，一旦我们启动并经过校准，我们就会直接进入科学模式。

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