慧眼-HXMT银道面X射线扫描巡天

Hard X-ray Modulation Telescope (Insight-HXMT), the first Chinese X-ray space telescope launched on June 15, 2017, has three telescopes with different energy bands, i.e., High Energy X-ray Telescope (HE: 20-250 keV), Medium Energy X-ray Telescope (ME: 5-30 keV), and Low Energy X-ray Telescope (LE: 1-15 keV). Galactic plane scanning survey is one of the most important missions of Insight-HXMT, which will take about 1/3 of the total observation time of Insight-HXMT. Thanks to the large efficient area and narrow field of view in hard X-ray band, Insight-HXMT has more capabilities than any other X-ray telescope to make the Galactic plane scanning survey of weak variable sources, and will give us the deepest and highest frequency census of the Galactic hard X-ray variable sources. With the Galactic plane scanning survey, Insight-HXMT can make long-term monitoring of many variable X-ray sources (e.g., accreting black holes and neutron stars), by obtaining their light-curves at different time scales, as well as finding some new X-ray sources. In addition, taking advantages of the good energy resolution of Insight-HXMT/LE and the high frequency of scanning, we can obtain the high-precision spectra of diffuse background in different regions of Galactic plane, and construct a sky map of the Galactic diffuse background.

硬X射线调制望远镜（慧眼-HXMT）是中国首颗X射线天文卫星，已经于2017年6月15日发射升空。其上搭载了三个不同探测能段的望远镜，分别是高能望远镜（HE:20-250keV），中能望远镜（ME:5-30keV），以及低能望远镜（LE:1-15keV）。银道面扫描巡天是慧眼-HXMT的重要任务之一，将用到大约三分之一的观测时间。慧眼-HXMT在X射线能段的大面积和窄视场的设计使其在暗弱变源巡天能力方面好于以往任何X射线望远镜，将给出河内硬X射线变源最深和最高频次的普查。慧眼-HXMT银道面扫描巡天将对银道面内吸积黑洞和中子星等X射线变源进行长期监测，获得一批X射线变源在不同时标的光变曲线，并且发现一批新的X射线源。除此之外，借助于慧眼-HXMT/LE良好的能量分辨率，以及慧眼-HXMT对银道面的高频次扫描，我们可以获得不同空间位置的高精度弥散背景谱，构建银道面弥散背景天图。

本项目主要关注于慧眼-HXMT对银道面的扫描巡天观测，构建慧眼-HXMT各个载荷的在轨本底模型并得到银道面X射线弥散背景（子课题一），通过扫描巡天寻找新的X射线变源（子课题二），通过扫描巡天对银道面上各种变化时标的已知X射线源进行长期监测以及多波段观测证认和后随观测（子课题三）。项目执行期间，三个子课题均完成了既定的研究目标。我们成功构建了慧眼卫星高中低能三个望远镜的在轨本底模型，本底估计精度达到了国际同类型望远镜的先进水平，是慧眼卫星科学成果的重要基础。为了提高高能望远镜本底估计的安全冗余度，基于慧眼卫星本底的产生原理，开发了高能望远镜参数化本底模型。我们得到了银道面X射线弥散背景，其不仅是低能望远镜本底模型的重要组成部分，而且为国际上银道面弥散辐射背景研究提供了高能量分辨的研究样本。项目执行期间，共进行了超过2700次银道面扫描观测，以及多次对爆发源的机会扫描观测（如，中微子，引力波电磁对应体的搜寻）。我们发展并构建了完整的慧眼卫星扫描巡天数据的分析流程，开发了相应的软件。利用每年度的Crab星云密集扫描观测，我们对各望远镜的PSF进行标定，成功的将PSF的平均精度控制在2%以内。基于精确标定的PSF以及优化的扫描观测策略，目前慧眼卫星的单次扫描灵敏度达到3 mCrab，4年累积灵敏度达到1.8×10^(-11) erg/s/cm^2（LE）。慧眼卫星已经成功实现对银道面上超800个已知X射线源的流量监测，并累积发现了超过十个的银道面X射线新源候选体信号。我们研究发展了包含时间演化的直接解调方法，成功实现了对中短时标变源的解调成像以及流量变化的测量。基于扫描数据分析方法，我们发展出慧眼卫星在定点观测模式下对视场内X射线信号源的精确定位方法，成功的实现了对磁星SGR 1935+2154的X射线暴的高精度定位，为慧眼的重要成果（快速射电暴源于磁星）提供了重要支持。