Международная рентгеновская обсерватория
 Международная рентгеновская обсерватория | |
| Имена | ИКСО |
|---|---|
| Тип миссии | Космический телескоп |
| Оператор | НАСА / ЕКА / ДЖАКСА |
| Веб-сайт | https://ixo.gsfc.nasa.gov/ |
| Продолжительность миссии | 5 лет (планируется) 10 лет (возможно) |
| Свойства космического корабля | |
| Стартовая масса | 4375 кг (9645 фунтов) |
| Власть | 3,7 кВт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 2021 (отменено) |
| Ракета | Atlas V or Ariane V |
| Запуск сайта | Мыс Канаверал или Центральная Пространственная Гайана |
| Подрядчик | United Launch Alliance или Arianespace |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Л 2 точка |
| Режим | 800 км |
| Главный телескоп | |
| Тип | рентген |
| Фокусное расстояние | 20 метров |
| Инструменты | |
| Аппарат для жесткого рентгеновского излучения (HXI) Спектрометр высокого временного разрешения (HTRS) Спектрометр с рентгеновской решеткой (XGS) Рентгеновский микрокаломитровый спектрометр (XMS) Рентгеновский поляриметр (XPOL) | |
Международная рентгеновская обсерватория ( IXO ) — отмененный рентгеновский телескоп, который должен был быть запущен в 2021 году совместными усилиями НАСА , Европейского космического агентства (ЕКА) и Японского агентства аэрокосмических исследований ( JAXA ). В мае 2008 года ЕКА и НАСА создали координационную группу, в которую вошли все три агентства, с намерением изучить возможность совместной миссии, объединяющей текущие проекты XEUS и Constellation-X Observatory (Con-X). Это предложило начать совместное исследование для IXO. [1] [2] [3] [4] [5] НАСА было вынуждено закрыть обсерваторию из-за бюджетных ограничений в 2012 финансовом году. Однако ЕКА решило перезагрузить миссию, самостоятельно разрабатывая усовершенствованный телескоп для астрофизики высоких энергий в рамках программы Cosmic Vision . [5] [6]
Наука с IXO
[ редактировать ]Рентгеновские наблюдения имеют решающее значение для понимания строения и эволюции звезд , галактик и Вселенной в целом. Рентгеновские изображения показывают горячие точки во Вселенной – области, где частицы были возбуждены или подняты до очень высоких температур из-за сильных магнитных полей , сильных взрывов и сильных гравитационных сил . Источники рентгеновского излучения в небе также связаны с различными фазами звездной эволюции, такими как остатки сверхновых , нейтронные звезды и черные дыры . [7]
IXO исследовал бы рентгеновскую Вселенную и решил бы следующие фундаментальные и актуальные вопросы астрофизики :
- Что происходит вблизи черной дыры?
- Как выросли сверхмассивные черные дыры?
- Как образуются крупномасштабные структуры?
- Какая связь между этими процессами?
Чтобы ответить на эти научные вопросы, IXO должна была бы проследить орбиты вблизи горизонта событий черных дыр , измерить вращение черных дыр для нескольких сотен активных галактических ядер (АЯГ), использовать спектроскопию для характеристики потоков и окружающей среды АЯГ во время их пиковой активности, поиска для сверхмассивных черных дыр до красного смещения z = 10, составлять карты объемных движений и турбулентности в скоплениях галактик , находить недостающие барионы в космической паутине с помощью фоновых квазаров и наблюдать процесс космической обратной связи, когда черные дыры вводят энергию в галактических и межгалактических масштабах. [8] [9] [10] [11]
Это позволит астрономам лучше понять историю и эволюцию материи и энергии, видимой и темной материи , а также их взаимодействие при формировании крупнейших структур.
Ближе к дому наблюдения IXO могли бы ограничить уравнение состояния нейтронных звезд, демографию вращения черных дыр , когда и как элементы были созданы и рассеяны в космическом пространстве и многое другое. [12] [13] [14]
Для достижения этих научных целей IXO требуется чрезвычайно большая собирающая площадь в сочетании с хорошим угловым разрешением , чтобы обеспечить непревзойденную чувствительность для изучения Вселенной с высоким z и для высокоточной спектроскопии ярких источников рентгеновского излучения. [15]
Большая площадь сбора необходима потому, что в астрономии телескопы собирают свет и создают изображения путем поиска и подсчета фотонов . Количество собранных фотонов ограничивает наши знания о размере, энергии или массе обнаруженного объекта. Больше собранных фотонов означает более качественные изображения и лучшие спектры и, следовательно, открывает лучшие возможности для понимания космических процессов. [7]
Конфигурация IXO
[ редактировать ]Сердцем миссии IXO было одно большое рентгеновское зеркало с площадью сбора до 3 квадратных метров и угловым разрешением 5 угловых секунд , которое достигается с помощью выдвижной оптической стойки с фокусным расстоянием 20 м. [3] [16]
Оптика
[ редактировать ]
Ключевой особенностью конструкции зеркала IXO является единый зеркальный блок (Flight Mirror Assembly, FMA), оптимизированный для минимизации массы при максимальном увеличении площади сбора, а также выдвижная оптическая скамья. [17]
В отличие от видимого света , рентгеновские лучи не могут быть сфокусированы при нормальном падении, поскольку рентгеновские лучи будут поглощаться зеркалом. Вместо этого зеркала IXO, как и все предыдущие рентгеновские телескопы , будут использовать скользящее падение, рассеиваясь под очень малым углом. В результате рентгеновские телескопы состоят из вложенных друг в друга цилиндрических оболочек, внутренняя поверхность которых является отражающей поверхностью. Однако, поскольку цель состоит в том, чтобы собрать как можно больше фотонов, IXO будет иметь зеркало диаметром более 3 м.
Поскольку угол скольжения является функцией, обратно пропорциональной энергии фотонов, рентгеновские лучи с более высокой энергией требуют меньших (менее 2 °) углов скольжения для фокусировки. Это подразумевает увеличение фокусных расстояний по мере увеличения энергии фотонов, что затрудняет создание рентгеновских телескопов, если требуется фокусировка фотонов с энергией выше нескольких кэВ. По этой причине IXO оснащен выдвижной оптической скамьей с фокусным расстоянием 20 м. Фокусное расстояние 20 метров было выбрано для IXO как разумный баланс между научными потребностями в расширенных возможностях сбора фотонов в более высоких энергетических диапазонах и инженерными ограничениями. Поскольку ни один обтекатель полезной нагрузки не может вместить 20-метровую обсерваторию, IXO имеет развертываемую измерительную конструкцию между шиной космического корабля и приборным модулем.
Инструменты
[ редактировать ]
Научные цели IXO требуют сбора большого количества информации с использованием различных методов, таких как спектроскопия , хронометраж, визуализация и поляриметрия . Таким образом, IXO должен был иметь ряд детекторов, которые предоставляли бы дополнительные данные спектроскопии, визуализации , времени и поляриметрии космических источников рентгеновского излучения, чтобы помочь разобраться в физических процессах, происходящих в них. [3]
Два спектрометра высокого разрешения, микрокалориметр (XMS или спектрограф криогенной визуализации ( CIS ) и набор дисперсионных решеток (XGS) могли бы обеспечить высококачественные спектры в полосе пропускания 0,1–10 кэВ, где большинство астрофизически распространенных ионов имеют рентгеновские линии. . [18]
Детальная спектроскопия с помощью этих инструментов позволила бы астрономам высоких энергий узнать о температуре, составе и скорости плазмы во Вселенной. Более того, изучение специфических особенностей рентгеновского спектра позволяет исследовать состояние материи в экстремальном гравитационном поле, например, вокруг сверхмассивных черных дыр . Изменчивость потока добавляет еще одно измерение, связывая выбросы с размером излучающей области и ее эволюцией с течением времени; Спектрометр высокого временного разрешения (HTRS) на IXO позволил бы проводить подобные исследования в широком диапазоне энергий и с высокой чувствительностью. [19]
Чтобы расширить наше представление о Вселенной высокой энергии до жесткого рентгеновского излучения и найти наиболее скрытые черные дыры, широкопольные детекторы изображений и детекторы изображений жесткого рентгеновского излучения (WFI/HXI) вместе могли бы получить изображение неба с радиусом до 18 угловых минут. поле зрения (FOV) с умеренным разрешением (<150 эВ до 6 кэВ и <1 кэВ (FWHM) при 40 кэВ). [20]
Рентгеновский поляриметр IXO мог бы стать мощным инструментом для исследования таких источников, как нейтронные звезды и черные дыры , измерения их свойств и того, как они влияют на окружающую среду. [21]
Детекторы должны были быть расположены на двух инструментальных платформах — подвижной инструментальной платформе (MIP) и фиксированной инструментальной платформе (FIP). Передвижная инструментальная платформа необходима, поскольку рентгеновские телескопы нельзя сложить, как это можно сделать с телескопами видимого спектра. Таким образом, IXO использовала бы MIP, который содержит следующие детекторы — детектор формирования изображения в широком поле и детектор жесткого рентгеновского излучения, спектрометр формирования изображений с высоким спектральным разрешением, спектрометр с высоким временным разрешением и поляриметр — и вращает их в сосредоточьтесь по очереди. [22]
Спектрометр с рентгеновской решеткой должен был быть расположен на фиксированной инструментальной платформе. Это спектрометр с дисперсией по длине волны, который обеспечивал бы высокое спектральное разрешение в диапазоне мягкого рентгеновского излучения. С его помощью можно определить свойства тепло-горячо-межгалактической среды, истечений из активных ядер галактик и выбросов плазмы из звездных корон. [23]
Часть луча от зеркала была бы рассеяна на камере устройства с зарядовой связью (CCD), которая работала бы одновременно с наблюдающим инструментом MIP и собирала бы инструментальные фоновые данные, что может произойти, когда инструмент не находится в фокусе. позиция. Чтобы избежать помех очень слабым астрономическим сигналам с излучением телескопа, сам телескоп и все его инструменты должны храниться в холоде. Поэтому инструментальная платформа IXO должна была иметь большой экран, блокирующий свет Солнца , Земли и Луны , который в противном случае нагревал бы телескоп и мешал наблюдениям.
Оптика и приборы IXO обеспечат увеличение эффективной площади до 100 раз для спектроскопии высокого разрешения, глубокого спектра и микросекундной спектроскопической синхронизации с возможностью высокой скорости счета. [7] Улучшение IXO по сравнению с текущими рентгеновскими миссиями эквивалентно переходу от 200-дюймового телескопа Паломар к 22-метровому телескопу с одновременным переходом от получения изображений в спектральных диапазонах к интегральному полевому спектрографу.
Запуск
[ редактировать ]Запланированной датой запуска IXO был 2021 год, он должен был выйти на орбиту L2 либо на Ariane V , либо на Atlas V. [3]
Научные операции
[ редактировать ]IXO был рассчитан на работу минимум на 5 лет, а план на 10 лет, поэтому предполагалось, что научная деятельность IXO продлится с 2021 по 2030 год. [3]
См. также
[ редактировать ]
- Усовершенствованный телескоп для астрофизики высоких энергий
- Арка
- За пределами программы Эйнштейна
- Рентгеновская обсерватория Чандра
- Обсерватория Созвездие-X
- Программа Великих обсерваторий
- Космическая антенна лазерного интерферометра
- Рысь Рентгеновская обсерватория
- КСЕУС
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Анонсируем: Международная рентгеновская обсерватория (IXO)» . ixo.gsfc.nasa.gov . НАСА. 24 июля 2008 года . Проверено 13 марта 2021 г.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . - ^ «Анонсируем создание Международной рентгеновской обсерватории (IXO)» . sci.esa.int . ЕКА. 24 июля 2008 года . Проверено 13 марта 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Представление о деятельности Международной рентгеновской обсерватории в ответ на RFI Группы по определению приоритетов программы Astro2010» (PDF) . НАСА. 2010 . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Наука и технологии ЕКА: Документы» . ЕКА. 12 декабря 2012 г. Архивировано из оригинала 12 декабря 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б «ИКСО» . ixo.gsfc.nasa.gov . НАСА. 12 мая 2011 года . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Наука и технологии ЕКА: Афина для изучения горячей и энергичной Вселенной» . ЕКА. 27 июня 2014 года . Проверено 13 марта 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Требования к производительности IXO» . ixo.gsfc.nasa.gov . НАСА. 2011 . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Дж. Миллер (2011). «Черные дыры звездной массы и их прародители» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ М. Арно (2010). «Эволюция скоплений галактик в космическом времени» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Джоэл Н. Брегман (2010). «Пропавшие барионы в Млечном Пути и местная группа» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Эндрю К. Фабиан (2010). «Космическая обратная связь от сверхмассивных черных дыр» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Ф. Паэрелс (2010). «Поведение материи в экстремальных условиях» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Л. Бреннеман (2010). «Спин и релятивистские явления вокруг черных дыр» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Джон П. Хьюз (2010). «Формирование элементов» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Представление о деятельности Международной рентгеновской обсерватории в ответ на RFI Группы по определению приоритетов программы Astro2010, требования к характеристикам IXO, стр. 7, 2010 г.» (PDF) . НАСА. 2010 . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Дэвид В. Робинсон; Райан С. Макклелланд (2009). «Механический обзор Международной рентгеновской обсерватории» (PDF) . Аэрокосмическая конференция IEEE, с. 3, 2009 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Райан С. Макклелланд; Дэвид В. Робинсон (2009). «Концепция проекта сборки летного зеркала Международной рентгеновской обсерватории» (PDF) . Аэрокосмическая конференция IEEE 2009 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Кэролайн Килбурн (2007). «Равномерное высокое спектральное разрешение, продемонстрированное в матрицах рентгеновских микрокалориметров TES» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Д. Баррет (2008). «Наука со спектрометром высокого временного разрешения XEUS» (PDF) . Учеб. ШПАЙ, Том. 7011, 70110Э, 2008 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Трейс, Дж. (2008). «Пиксельные детекторы для рентгеновской спектроскопии в космосе» (PDF) . Учеб. ШПАЙ, Том. 7021, 70210Z, 2008 г. Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .]
- ^ Энрико Коста (2008). «XPOL: фотоэлектрический поляриметр на борту XEUS» (PDF) . Материалы конференции SPIE Astronomical Instrumentation 2008, 23–28 июня 2008 г., Марсель, Франция, Vol. 7011–15 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Дэвид В. Робинсон, Райан С. Макклелланд (2009). «Механический обзор Международной рентгеновской обсерватории» (PDF) . Аэрокосмическая конференция IEEE, 2009 г. НАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Ральф К. Хайльманн (2009). «Разработка спектрометра пропускания с решеткой критического угла для Международной рентгеновской обсерватории» (PDF) . Учеб. ШПАЙ, Том. 7437 74370Г-8, 2009 г.в. БАСА . Проверено 13 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Место миссии Международной рентгеновской обсерватории НАСА
- Сайт миссии Международной рентгеновской обсерватории ЕКА
- Екатерина Цезарская, Международный год астрономии 2009. Вселенная: вам предстоит открыть
- ЕКА – обзор XEUS
- ЕКА – Наблюдения: видение в рентгеновских лучах
- Десятилетний обзор Astro2010
- Десятилетний обзор 2000-2010 гг.
