Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Чандра ( CXO ), ранее известный как Advanced рентгеновского Astrophysics Facility ( AXAF ), является флагманским классом космического телескопа запущен на борту космического челнока Колумбии во время STS-93 на NASA 23 июля 1999 г. Чандр чувствителен к источникам рентгеновского излучения в 100 раз слабее, чем любой предыдущий рентгеновский телескоп, благодаря высокому угловому разрешению его зеркал. Поскольку атмосфера Земли поглощает подавляющее большинство рентгеновских лучей , их невозможно обнаружить с помощью наземных телескопов.; поэтому для этих наблюдений необходимы космические телескопы. Чандра - спутник Земли на 64-часовой орбите, и его миссия продолжается с 2021 года .

Чандра - одна из великих обсерваторий , наряду с космическим телескопом Хаббла , обсерваторией гамма-излучения Комптона (1991-2000 гг.) И космическим телескопом Спитцера (2003-2020 гг.). Телескоп назван в честь лауреата Нобелевской премии индийско-американского астрофизика Субраманяна Чандрасекара . [7] Его миссия аналогична ESA «s XMM-Newton космических аппаратов, также начались в 1999 году , но два телескопы имеют различный дизайн фокусы; У Чандры гораздо более высокое угловое разрешение.

История [ править ]

В 1976 году Риккардо Джаккони и Харви Тананбаум предложили НАСА рентгеновскую обсерваторию Чандра (в то время называемую AXAF) . Предварительная работа началась в следующем году в Центре космических полетов Маршалла (MSFC) и Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO). Тем временем в 1978 году НАСА запустило первый рентгеновский телескоп Эйнштейна.(HEAO-2) на орбиту. Работа над проектом AXAF продолжалась на протяжении 1980-х и 1990-х годов. В 1992 году для снижения затрат была проведена реконструкция космического корабля. Четыре из двенадцати запланированных зеркал были ликвидированы, как и два из шести научных инструментов. Запланированная орбита AXAF была изменена на эллиптическую, достигнув одной трети пути до Луны в самой дальней точке. Это исключило возможность улучшения или ремонта космического челнока, но поместило обсерваторию над радиационными поясами Земли на большей части ее орбиты. AXAF был собран и испытан компанией TRW (ныне Northrop Grumman Aerospace Systems) в Редондо-Бич , Калифорния .

СТС-93 запущен в 1999 г.

AXAF был переименован в Chandra в рамках конкурса, проведенного НАСА в 1998 году, на который было подано более 6000 заявок по всему миру. [8] Победители конкурса, Джатила ван дер Вин и Тайрел Джонсон (в то время учитель средней школы и ученик старшей школы соответственно), предложили имя в честь лауреата Нобелевской премии индийско-американского астрофизика Субраманяна Чандрасекара . Он известен своей работой в определении максимальной массы из белых карликовых звезд, что приводит к более глубокому пониманию высоких энергий астрономических явлений , таких как нейтронные звезды и черные дыры. [7] Соответственно, имя Чандра на санскрите означает «луна» . [9]

Первоначально запланированный к запуску в декабре 1998 года [8] космический корабль был отложен на несколько месяцев, и в конечном итоге был запущен 23 июля 1999 года в 04:31 UTC космическим кораблем « Колумбия» во время STS-93 . Чандра была отправлена ​​из Колумбии в 11:47 UTC. Двигатель первой ступени инерционного верхнего каскада загорелся в 12:48 UTC, и после горения в течение 125 секунд и отделения вторая ступень загорелась в 12:51 UTC и горела 117 секунд. [10] При весе 22 753 кг (50 162 фунта) [1] это была самая тяжелая полезная нагрузка, когда-либо запущенная шаттлом, вследствие двухступенчатой инерционной верхней ступени. Ракетная система-носитель, необходимая для вывода космического корабля на высокую орбиту.

Chandra возвращает данные через месяц после запуска. Он управляется SAO в рентгеновском центре Chandra в Кембридже, штат Массачусетс , при содействии Массачусетского технологического института и Northrop Grumman Space Technology. ПЗС-матрицы ACIS пострадали от повреждений частицами во время прохождения радиационного пояса. Чтобы предотвратить дальнейшее повреждение, инструмент теперь вынимается из фокальной плоскости телескопа во время проходов.

Хотя изначально предполагаемый срок службы Чандры составлял 5 лет, 4 сентября 2001 года НАСА продлило срок его службы до 10 лет «на основе выдающихся результатов обсерватории». [11] Физически Чандра могла протянуть намного дольше. Исследование 2004 года, проведенное в рентгеновском центре Чандра, показало, что обсерватория может прослужить не менее 15 лет. [12]

В июле 2008 года Международная рентгеновская обсерватория , совместный проект ЕКА , НАСА и JAXA , была предложена в качестве следующей крупной рентгеновской обсерватории, но позже была отменена. [13] ЕКА позже возродило уменьшенную версию проекта под названием Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA) с предполагаемым запуском в 2028 году. [14]

10 октября 2018 года Чандра перешла в безопасный режим из-за сбоя гироскопа. НАСА сообщило, что все научные инструменты безопасны. [15] [16] В течение нескольких дней была обнаружена 3-секундная ошибка в данных одного гироскопа, и были составлены планы по возвращению Чандры к полноценному обслуживанию. Гироскоп, в котором произошел сбой, был переведен в резерв и в остальном исправен. [17]

Примеры открытий [ править ]

Экипаж СТС-93 с макетом

Данные, собранные Чандрой, значительно продвинули область рентгеновской астрономии . Вот несколько примеров открытий, подтвержденных наблюдениями Чандры:

  • Первый свет изображения, из остатка сверхновой Кассиопея А , дал астрономам их первый взгляд на компактный объект в центре остатка, вероятно, нейтронную звезду или черную дыру . (Павлов и др. , 2000)
  • В Крабовидной туманности , еще одном остатке сверхновой, Чандра показала невиданное ранее кольцо вокруг центрального пульсара и джетов, которые только частично были видны более ранними телескопами. (Вайскопф и др. , 2000)
  • Первое рентгеновское излучение было видно из сверхмассивной черной дыры , Стрелец А * , в центре части Галактики . (Баганофф и др. , 2001)
  • Чандра обнаружила, что в центре галактики Андромеды по спирали движется гораздо больше холодного газа, чем ожидалось .
  • Впервые в деталях фронты давления наблюдались в Abell 2142 , где скопления галактик сливаются.
  • Самые ранние изображения в рентгеновских лучах ударной волны о наличии сверхновой были взяты SN 1987A .
  • Chandra показали впервые тень маленькой галактики как это уже разобраны более крупной один, в образе Персея А .
  • Новый тип черной дыры был обнаружен в галактике M82 , объектах средней массы, которые считаются недостающим звеном между черными дырами звездных размеров и сверхмассивными черными дырами . (Гриффитс и др. , 2000)
  • Рентгеновские эмиссионные линии были впервые связаны с гамма-всплеском , Beethoven Burst GRB 991216. (Piro, et al. , 2000)
  • Старшеклассники, используя данные Chandra, обнаружили нейтронную звезду в остатке сверхновой IC 443 . [18]
  • Наблюдения Chandra и BeppoSAX предполагают, что гамма-всплески происходят в областях звездообразования .
  • Данные Chandra предполагают, что RX J1856.5-3754 и 3C58 , которые ранее считались пульсарами, могут быть еще более плотными объектами: кварковыми звездами . Эти результаты все еще обсуждаются.
  • Звуковые волны от бурной активности вокруг сверхмассивной черной дыры наблюдались в скоплении Персей (2003).
CXO изображение коричневого карлика TWA 5B
  • TWA 5B, коричневый карлик , был замечен на орбите двойной системы звезд, подобных Солнцу .
  • Практически все звезды главной последовательности являются источниками рентгеновского излучения. (Шмитт и Лифке, 2004 г.)
  • Рентгеновская тень Титана была замечена, когда он прошел через Крабовидную туманность.
  • Рентгеновское излучение материалов, падающих с протопланетного диска на звезду. (Кастнер и др. , 2004)
  • Постоянная Хаббла, измеренная с использованием эффекта Сюняева-Зельдовича, составила 76,9 км / с / Мпк .
  • 2006 Чандра обнаружила убедительные доказательства существования темной материи, наблюдая столкновение суперкластеров.
  • 2006 г. петли, кольца и волокна, излучающие рентгеновские лучи, обнаруженные вокруг сверхмассивной черной дыры в Мессье 87, подразумевают наличие волн давления, ударных и звуковых волн. Возможно, это сильно повлияло на эволюцию Messier 87 . [19]
  • Наблюдения за скоплением Пули ограничивают сечение самовоздействия темной материи . [20]
  • Фотография PSR B1509-58 "Рука Бога" .
  • Рентгеновские лучи Юпитера исходят от полюсов, а не от кольца полярных сияний. [21]
  • Большой ореол горячего газа был обнаружен вокруг Млечного Пути. [22]
  • Наблюдалась чрезвычайно плотная и светящаяся карликовая галактика M60-UCD1 . [23]
  • 5 января 2015 года НАСА сообщило, что CXO наблюдала рентгеновскую вспышку в 400 раз ярче, чем обычно, рекордную для Стрельца A * , сверхмассивной черной дыры в центре галактики Млечный Путь . По словам астрономов, необычное событие могло быть вызвано разрушением астероида, падающего в черную дыру, или запутыванием силовых линий магнитного поля в газе, текущем в Стрельца A *. [24]
  • В сентябре 2016 года было объявлено, что Чандра обнаружила рентгеновское излучение Плутона , первое обнаружение рентгеновских лучей от объекта пояса Койпера . Чандра проводила наблюдения в 2014 и 2015 годах, поддерживая космический корабль New Horizons во время его встречи в июле 2015 года. [25]

Техническое описание [ править ]

Сборка телескопа
Главное зеркало AXAF (Чандра)
Полетный блок HRC Chandra

В отличие от оптических телескопов, которые имеют простые алюминизированные параболические поверхности (зеркала), в рентгеновских телескопах обычно используется телескоп Вольтера, состоящий из вложенных цилиндрических параболоидов и гиперболоидных поверхностей, покрытых иридием или золотом . Рентгеновские фотоны будут поглощаться нормальными поверхностями зеркал, поэтому для их отражения необходимы зеркала с малым углом скольжения. Chandra использует четыре пару вложенных зеркал, вместе с их несущей конструкцией, называемой высоким разрешение Зеркала Ассамблеи(HRMA); Подложка зеркала представляет собой стекло толщиной 2 см, с отражающей поверхностью иридиевым покрытием размером 33 нм, а диаметры составляют 65 см, 87 см, 99 см и 123 см. [26] Толстая подложка и особенно тщательная полировка позволили получить очень точную оптическую поверхность, которая обеспечивает непревзойденное разрешение Chandra: от 80% до 95% приходящей энергии рентгеновского излучения фокусируется в круг длиной в одну угловую секунду . Однако толщина подложки ограничивает долю заполненной апертуры, что приводит к низкой собирающей площади по сравнению с XMM-Newton .

Сильно эллиптическая орбита Чандры позволяет ей вести непрерывные наблюдения в течение 55 часов из 65-часового периода обращения . На своей самой удаленной от Земли точке орбиты Чандра является одним из самых далеких спутников на орбите Земли. Эта орбита выводит его за пределы геостационарных спутников и за пределы внешнего пояса Ван Аллена . [27]

Обладая угловым разрешением 0,5 угловой секунды (2,4 мкрад), Chandra обладает разрешением более чем в 1000 раз лучше, чем у первого орбитального рентгеновского телескопа.

CXO использует механические гироскопы , [28] , которые являются датчиками , которые помогают определить , в каком направлении телескоп направлен. [29] Другие системы навигации и ориентации на борту CXO включают камеру обзора, датчики Земли и Солнца и колеса реакции . Он также имеет два набора подруливающих устройств: один для движения, а другой для уменьшения количества движения. [29]

Инструменты [ править ]

Модуль научных инструментов (SIM) содержит два инструмента в фокальной плоскости, Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) и камеру высокого разрешения (HRC), которые перемещаются в нужное положение во время наблюдения.

ACIS состоит из 10 ПЗС- чипов и предоставляет изображения, а также спектральную информацию наблюдаемого объекта. Он работает в диапазоне энергий фотонов 0,2–10 кэВ . HRC состоит из двух микроканальных пластин и изображений в диапазоне 0,1–10 кэВ. Он также имеет временное разрешение 16 микросекунд . Оба этих инструмента можно использовать отдельно или вместе с одной из двух пропускающих решеток обсерватории .

Решетки пропускания, которые выходят на оптический путь за зеркалами, обеспечивают Chandra спектроскопию высокого разрешения. High Energy Transmission Решетки Спектрометр (HETGS) работает над 0,4-10 кэВ и имеет спектральное разрешение от 60-1000. Low Energy Transmission Решетка Спектрометр (LETGS) имеет диапазон 0.09-3 к и разрешение 40-2000.

Резюме: [30]

  • Камера высокого разрешения (HRC)
  • Усовершенствованный ПЗС-спектрометр (ACIS)
  • Спектрометр с просвечивающей решеткой высоких энергий (HETGS)
  • Спектрометр с низкоэнергетической прозрачной решеткой (LETGS)

Галерея [ править ]

Маркированная схема CXO
Анимация Чандра «s орбите вокруг Земли от 7 августа 1999 года по 8 марта 2019 года
  Чандра  ·   земной шар
  • Рентгеновские лучи от Плутона .

  • Юпитер в рентгеновском свете .

  • Остаток сверхновой Тихо в рентгеновском свете .

  • SN 2006gy (вверху справа) и родительская галактика NGC 1260 .

  • Орбита CXO по состоянию на 7 января 2014 г.

  • Сердечник M31 в рентгеновском свете .

  • PSR B1509-58 - красный, зеленый и синий / макс энергия.

  • Турбулентность может препятствовать охлаждению скоплений галактик .

  • Яркая рентгеновская вспышка от Стрельца A * , сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути . [24]

  • SNR 0519–69.0 - остатки взрывающейся звезды в Большом Магеллановом Облаке .

  • Изображения, выпущенные в честь Международного года света 2015 .

  • Кластер из вновь образованных звезд в туманности Ориона .

  • Г. К. Персей : Новая 1901 г.

  • Рентгеновские световые кольца нейтронной звезды в Circinus X-1 .

  • Cygnus X-1 , первая сильная черная дыра.

См. Также [ править ]

  • AGILE (спутник) , итальянский орбитальный рентгеновский телескоп
  • Программа Великих обсерваторий
  • Список космических телескопов
  • Список рентгеновских космических телескопов
  • Рентгеновская обсерватория Lynx , возможный преемник
  • NuSTAR
  • Сузаку , родственный спутник, происходящий из AXAF-S (спектрометр)
  • Рентгеновская астрономия

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d "Краткие факты о рентгеновской обсерватории Чандра" . Центр космических полетов Маршалла . Проверено 16 сентября 2017 года .
  2. ^ a b c d e f «Технические характеристики Chandra» . НАСА / Гарвард . Проверено 3 сентября 2015 года .
  3. ^ "Международный рейс № 210: STS-93" . Spacefacts.de . Проверено 29 апреля 2018 года .
  4. ^ "Рентгеновская обсерватория Чандра - Орбита" . Небеса выше . 3 сентября 2015 года . Проверено 3 сентября 2015 года .
  5. ^ "Рентгеновская обсерватория Чандра: Обзор" . Рентгенологический центр Чандра . Проверено 3 сентября 2015 года .
  6. ^ Ридпат, Ян (2012). Словарь астрономии (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 82. ISBN 978-0-19-960905-5.
  7. ^ a b «И со-победителями стали ...» Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики. 1998 . Проверено 12 января 2014 года .
  8. ^ a b Такер, Уоллес (31 октября 2013 г.). «Тайрел Джонсон и Джатила ван дер Вин - победители конкурса Chandra-Naming - где они сейчас?» . Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 12 января 2014 года .
  9. ^ Кэмпбелл, Майк. «Значение, происхождение и история имени Чандра» . За именем .
  10. ^ Drachlis, Дэйв (23 июля 1999). «Отчет о состоянии рентгеновской обсерватории Чандра: 23 июля 1999 г., 18:00 по восточному времени» . Отчеты о состоянии Центра космических полетов им. Маршалла. НАСА. Архивировано из оригинального 26 февраля 2000 года . Проверено 9 сентября 2018 года .
  11. ^ «Миссия Чандры продлена до 2009 года» . Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики. 28 сентября 2001 г.
  12. ^ Шварц, Дэниел А. (август 2004 г.). «Развитие и научное влияние рентгеновской обсерватории Чандра». Международный журнал современной физики D . 13 (7): 1239–1248. arXiv : astro-ph / 0402275 . Bibcode : 2004IJMPD..13.1239S . DOI : 10.1142 / S0218271804005377 . S2CID 858689 . 
  13. ^ "Международная рентгеновская обсерватория" . NASA.gov . Архивировано из оригинала 3 марта 2008 года . Проверено 28 марта 2014 года .
  14. Хауэлл, Элизабет (1 ноября 2013 г.). «Рентгеновский космический телескоп будущего может быть запущен в 2028 году» . Space.com . Проверено 1 января 2014 года .
  15. ^ Kooser, Аманда (12 октября 2018). «Другой космический телескоп НАСА только что перешел в безопасный режим» . CNET . Проверено 14 октября 2018 года .
  16. ^ Данбар, Брайан, изд. (12 октября 2018 г.). «Чандра переходит в безопасный режим; расследование продолжается» . НАСА . Проверено 14 октября 2018 года .
  17. ^ Чоу, Фелиция; Портер, Молли; Ватцке, Меган (24 октября 2018 г.). «Операции Chandra возобновляются после определения причины безопасного режима» . НАСА / Смитсоновский институт .
  18. ^ «Студенты, использующие данные НАСА и NSF, совершают звездное открытие; выиграть конкурс научных команд» (пресс-релиз). НАСА. 12 декабря 2000 г. Выпуск 00-195. Архивировано из оригинального 10 мая 2013 года . Проверено 15 апреля 2013 года .
  19. ^ Рой, Стив; Ватцке, Меган (октябрь 2006 г.). "Чандра рассматривает мюзикл о черной дыре: эпос, но не в тему" (пресс-релиз). Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики.
  20. ^ Мадейски, Грег (2005). Недавние и будущие наблюдения в рентгеновском и гамма-диапазонах: Chandra, Suzaku, GLAST и NuSTAR . Астрофизические источники частиц высоких энергий и излучения. 20–24 июня 2005 г. Торунь, Польша. Материалы конференции AIP. 801 . п. 21. arXiv : astro-ph / 0512012 . DOI : 10.1063 / 1.2141828 .
  21. ^ "Загадочные рентгеновские лучи от Юпитера" . NASA.gov . 7 марта 2002 г.
  22. ^ Харрингтон, JD; Андерсон, Джанет; Эдмондс, Питер (24 сентября 2012 г.). "Чандра НАСА показывает, что Млечный Путь окружен ореолом горячего газа" . NASA.gov .
  23. ^ "M60-UCD1: сверхкомпактная карликовая галактика" . NASA.gov . 24 сентября 2013 г.
  24. ^ а б Чжоу, Фелиция; Андерсон, Джанет; Вацке, Меган (5 января 2015 г.). "ВЫПУСК 15-001 - Чандра НАСА обнаружила рекордную вспышку из черной дыры Млечного Пути" . НАСА . Проверено 6 января 2015 года .
  25. ^ "Обнаружение рентгеновских лучей проливает новый свет на Плутон" . Лаборатория прикладной физики . 14 сентября 2016 года Архивировано из оригинального 17 октября 2016 года . Проверено 17 ноября, 2016 .
  26. ^ Gaetz, TJ; Иериус, Диаб (28 января 2005 г.). «Руководство пользователя HRMA» (PDF) . Рентгенологический центр Чандра. Архивировано из оригинального (PDF) 10 февраля 2006 года.
  27. ^ Готт, Дж. Ричард; Юрич, Марио (2006). «Логарифмическая карта Вселенной» . Университет Принстона.
  28. ^ «Технические часто задаваемые вопросы (FAQ)» . Космический телескоп Джеймса Уэбба. НАСА . Проверено 14 декабря 2016 года .
  29. ^ а б «Космический корабль: движение, тепло и энергия» . Рентгеновская обсерватория Чандра. НАСА. 17 марта 2014 . Проверено 14 декабря 2016 года .
  30. ^ "Инструменты науки" . Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 17 ноября, 2016 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гриффитс, RE; Птак, А .; Feigelson, ED; Garmire, G .; Townsley, L .; Брандт, Вашингтон; Sambruna, R .; Брегман, Дж. Н. (2000). «Горячая плазма и двойные черные дыры в галактике M82 со вспышкой звездообразования». Наука . 290 (5495): 1325–1328. Bibcode : 2000Sci ... 290.1325G . DOI : 10.1126 / science.290.5495.1325 . PMID  11082054 .
  • Павлов, Г.Г .; Завлин, В.Е .; Aschenbach, B .; Trumper, J .; Санвал, Д. (2000). «Компактный центральный объект в Кассиопее A: нейтронная звезда с горячими полярными шапками или черная дыра?». Астрофизический журнал . 531 (1): L53 – L56. arXiv : astro-ph / 9912024 . Bibcode : 2000ApJ ... 531L..53P . DOI : 10.1086 / 312521 . PMID  10673413 . S2CID  16849221 .
  • Piro, L .; Garmire, G .; Гарсия, М .; Stratta, G .; Costa, E .; Feroci, M .; Meszaros, P .; Vietri, M .; Bradt, H .; и другие. (2000). «Наблюдение рентгеновских линий от гамма-всплеска (GRB991216): свидетельство движущегося выброса от прародителя». Наука . 290 (5493): 955–958. arXiv : astro-ph / 0011337 . Bibcode : 2000Sci ... 290..955P . DOI : 10.1126 / science.290.5493.955 . PMID  11062121 . S2CID  35190896 .
  • Weisskopf, MC; Hester, JJ; Теннант, AF; Эльснер, РФ; Шульц, Н.С.; Marshall, HL; Каровская, М .; Николс, Дж. С.; Swartz, DA; и другие. (2000). «Открытие пространственной и спектральной структуры в рентгеновском излучении Крабовидной туманности». Астрофизический журнал . 536 (2): L81 – L84. arXiv : astro-ph / 0003216 . Bibcode : 2000ApJ ... 536L..81W . DOI : 10.1086 / 312733 . PMID  10859123 . S2CID  14879330 .
  • Баганофф, Ф.К .; Бауц, МВт; Брандт, Вашингтон; Chartas, G .; Feigelson, ED; Гармир, ВП; Maeda, Y .; Morris, M .; Рикер, GR; и другие. (2001). «Быстрая вспышка рентгеновского излучения со стороны сверхмассивной черной дыры в Центре Галактики». Природа . 413 (6851): 45–48. arXiv : astro-ph / 0109367 . Bibcode : 2001Natur.413 ... 45В . DOI : 10.1038 / 35092510 . PMID  11544519 . S2CID  2298716 .
  • Кастнер, JH; Richmond, M .; Grosso, N .; Weintraub, DA; Саймон, Т .; Франк, А .; Hamaguchi, K .; Ozawa, H .; Хенден, А. (2004). «Рентгеновская вспышка быстро аккрецирующей молодой звезды, освещающая туманность МакНила». Природа . 430 (6998): 429–431. arXiv : astro-ph / 0408332 . Bibcode : 2004Natur.430..429K . DOI : 10,1038 / природа02747 . PMID  15269761 . S2CID  1186552 .
  • Swartz, Douglas A .; Волк, Скотт Дж .; Фрушчоне, Антонелла (20 апреля 2010 г.). «Первое десятилетие открытий Чандры» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (16): 7127–7134. Bibcode : 2010PNAS..107.7127S . DOI : 10.1073 / pnas.0914464107 . PMC  2867717 . PMID  20406906 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Рентгеновская обсерватория Чандра на NASA.gov
  • Рентгеновская обсерватория Чандра в Harvard.edu
  • Рентгеновская обсерватория Чандра на YouTube
  • Подкаст Chandra (2010) от Astronomy Cast