探寻宇宙缺失重子论坛

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2023年7月20-21日在国际空间科学研究所-北京(ISSI-BJ)成功举办了以探寻宇宙中的重子物质为主题的ISSI-BJ论坛。由清华大学联合国内多家科研院所提出的独立卫星项目宇宙热重子探寻(Hot Universe Baryon Surveyor,HUBS)计划和中国空间站项目银河系热重子探寻(DIffuse X-ray Explorer, DIXE)计划将以自主研发尖端技术为依托在国际层面上首次实现超导转变边沿传感器(TES)X射线微量能器的在轨天文观测,拟解决宇宙生态系统相关重大科学问题。来自国内外10多个高校院所的20余位科学家齐聚一堂,从天文观测、技术研发和理论研究三方面探讨了国际前沿发展和未来规划。

在天文观测方面,德国马普天文所的Marat Gilfanov教授介绍了2019年新近发射的德俄联合卫星SRG/eROSITA巡天观测结果(核心载荷为传统的CCD探测器)。尽管SRG/eROSITA卫星有较高的成像分辨率,其(CCD探测器)能量分辨率不足使得对热重子的物理性质探究有诸多不确定性。因此他们非常期待我国空间站项目DIXE能够顺利立项并提供高度互补的X射线高分辨能谱巡天观测数据。日本国立天文台的Kazuhisa Mistuda教授综述了过去20年美航局(NASA)和欧空局(ESA)的X射线望远镜对宇宙纤维网络结构中热重子的搜寻情况。Kazuhisa Mistuda教授则指出包括预期于2023年8月底发射的日美联合卫星XRISM在内的卫星项目对宇宙热重子探测的效率远不如我国正在立项中的HUBS卫星。清华大学李成教授等还介绍了星系周围较冷的重子物质的新近天文观测情况。

在技术研发方面,美国威斯康星州立大学的Dan McCammon教授则回顾了从上世纪90年代开始的第一代硅基X射线微量能器探空火箭实验到2022年最新一代的超导转变边沿传感器(TES)X射线微量能器探空火箭实验的技术研发及天文观测成果。由于探空火箭并不入轨,天文观测时间非常短(一般仅有3-5分钟)。JAXA的Noriko Yamasaki教授介绍了即将(预计2023年8月底)发射的搭载硅基微量能器的XRISM卫星的状况。清华大学的崔伟教授介绍了由我国自主研发的独立卫星项目宇宙热重子探寻(Hot Universe Baryon Surveyor,HUBS)计划和中国空间站项目银河系热重子探寻(DIffuse X-ray Explorer, DIXE)计划的研发情况。二者均将搭载超导转变边沿传感器(TES)X射线微量能器,其配套核心技术还包括超导复用读出电子学、空间极低温制冷。以上三大核心技术均由清华大学和国内多家科研院所主导研发。

在理论研究方面,中国科学院上海天文台的袁峰教授、美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的Houjun Mo教授等展示了星系和宇宙尺度的数值模拟新近成果并指出由于现阶段的主要发展瓶颈是观测数据的缺乏。其中,针对星系周围和宇宙纤维网络结构中的热重子的X射线高分辨能谱观测是极其重要但又缺失的部分。