Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Международная рентгеновская обсерватория
IXOFlyby1Large.jpg
Международная рентгеновская обсерватория
ИменаIXO
Тип миссииКосмическая обсерватория
ОператорНАСА / ЕКА / ДЖАКСА
Веб-сайтhttps://ixo.gsfc.nasa.gov/
Продолжительность миссии5 лет (планируется)
10 лет (возможно)
Свойства космического корабля
Стартовая масса4375 кг (9645 фунтов)
Мощность3,7 кВт
Начало миссии
Дата запуска2021 (аннулировано)
РакетаАтлас V или Ариана V
Запустить сайтМыс Канаверал или Центр Пространственной Гайаны
ПодрядчикUnited Launch Alliance или Arianespace
Параметры орбиты
Справочная системаL 2  балла
Режим800 км
Главный телескоп
ТипРентгеновский
Фокусное расстояние20 метров
Инструменты
Жесткий рентгеновский формирователь изображения (HXI)
Спектрометр с высоким временным разрешением (HTRS)
Рентгеновский решетчатый спектрометр (XGS)
Рентгеновский микрокаломитровый спектрометр (XMS)
Рентгеновский поляриметр (XPOL)
 

Международная рентгеновская обсерватория ( IXO ) - это закрытый рентгеновский телескоп, который должен был быть запущен в 2021 году совместными усилиями НАСА , Европейского космического агентства (ESA) 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 совместную миссию, объединяющую текущие проекты XEUS и Constellation-X Observatory (Con-X). Это предложило начало совместного исследования 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 [ править ]

Рентгеновские наблюдения имеют решающее значение для понимания структуры и эволюции звезд , галактик и Вселенной в целом. Рентгеновские изображения показывают горячие точки во Вселенной - области, где частицы были возбуждены или поднялись до очень высоких температур из-за сильных магнитных полей , сильных взрывов и интенсивных 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 могла бы исследовать рентгеновскую Вселенную и ответить на следующие фундаментальные и своевременные вопросы астрофизики :

  • Что происходит рядом с черной дырой?
  • Как выросли сверхмассивные черные дыры?
  • Как образуются крупномасштабные структуры?
  • Какая связь между этими процессами?

Чтобы ответить на эти научные вопросы, IXO проследила бы орбиты вблизи горизонта событий черных дыр, измерила бы спин черных дыр для нескольких сотен активных ядер галактики (AGN), использовала бы спектроскопию для характеристики оттоков и окружающей среды AGN во время их пиковой активности, поиск для сверхмассивных черных дыр, выходящих на красное смещение z = 10, отображать объемные движения и турбулентность в скоплениях галактик , находить недостающие барионы в космической сети с помощью фоновых квазаров и наблюдать процесс космической обратной связи, когда черные дыры выделяют 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 во время формирования крупнейших структур.

Ближе к дому наблюдения IXO могли бы ограничить уравнение состояния нейтронных звезд, демографию вращения черных дыр , время и способы создания и распространения элементов в космическом пространстве и многое другое. [12] [13] [14]

Для достижения этих научных целей IXO требуется чрезвычайно большая зона сбора в сочетании с хорошим угловым разрешением , чтобы обеспечить непревзойденную чувствительность для исследования Вселенной с высоким z и для высокоточной спектроскопии ярких источников рентгеновского излучения. [15]

Требуется большая площадь сбора, 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 лучший спектр , и, следовательно, предлагает лучшие возможности для понимания космических процессов. [7]

Конфигурация IXO [ править ]

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 скамьи с фокусным расстоянием 20 м. [3] [16]

Оптика [ править ]

IXO - вид в разрезе. Рентгеновские лучи достигают детекторов, которые будут предоставлять дополнительные данные спектроскопии , визуализации , синхронизации и поляриметрии космических источников рентгеновского излучения .

Ключевой особенностью конструкции зеркала IXO является сборка одного зеркала (Flight Mirror Assembly, FMA), которая оптимизирована для минимизации массы при максимальном увеличении площади сбора, а также выдвижной оптический стол. [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 скользящие падения, рассеивающие 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 сборку рентгеновских телескопов, если требуется фокусировка фотонов с энергией выше нескольких кэВ. По этой причине IXO имеет выдвижную оптическую скамью 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 диапазонах энергий и техническими ограничениями. Поскольку нет обтекателя полезной нагрузки достаточно большой, чтобы вместить обсерваторию длиной 20 метров, поэтому IXO имеет развертываемую измерительную структуру между шиной космического корабля и приборным модулем.

Инструменты [ править ]

Концепция НАСА IXO, зеркальное отображение, впечатление художника.

Научные цели IXO требуют сбора большого количества информации с использованием различных методов, таких как спектроскопия , синхронизация, визуализация и поляриметрия . Следовательно, IXO должен был иметь ряд детекторов, которые предоставили бы дополнительные данные спектроскопии, визуализации , времени и поляриметрии источников космического рентгеновского излучения, чтобы помочь разобраться в физических процессах, происходящих в них. [3]

Два спектрометра высокого разрешения, микрокалориметр (XMS или криогенный спектрограф для визуализации изображений ( CIS ) и набор дисперсионных решеток (XGS)) обеспечили бы высококачественные спектры в полосе пропускания 0,1–10 кэВ, где большинство астрофизически обильных ионов имеют рентгеновские линии. . [18]

Подробная спектроскопия с помощью этих инструментов позволила бы астрономам, занимающимся высокими энергиями, узнать о температуре, составе и скорости плазмы во Вселенной. Более того, изучение конкретных спектральных характеристик рентгеновского излучения позволяет исследовать состояние вещества в экстремальном гравитационном поле, например, вокруг сверхмассивных черных дыр . Изменчивость потока добавляет еще одно измерение, связывая излучение с размером излучающей области и его эволюцией во времени; Спектрометр с высоким временным разрешением (HTRS) на IXO позволил бы проводить такие исследования в широком диапазоне энергий и с высокой чувствительностью. [19]

Чтобы расширить наш взгляд на высокоэнергетическую Вселенную до жесткого рентгеновского излучения и найти наиболее затемненные черные дыры, детекторы изображения широкого поля и жесткого рентгеновского излучения (WFI / HXI) вместе позволили бы получить изображение неба с точностью 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 стал бы 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 располагались бы на двух инструментальных платформах - подвижной инструментальной платформе (MIP) и стационарной инструментальной платформе (FIP). Подвижная платформа для инструментов необходима, потому что рентгеновские телескопы нельзя складывать, как это можно сделать с телескопами видимого спектра. Следовательно, IXO использовала бы MIP, который содержит следующие детекторы - детектор изображения с широким полем и детектора жесткого рентгеновского изображения, спектрометр формирования изображений с высоким спектральным разрешением, спектрометр с высоким временным разрешением и поляриметр - и вращал бы их в фокус по очереди. [22]

Спектрометр с рентгеновской решеткой должен был быть расположен на стационарной платформе для приборов. Это спектрометр с дисперсией по длине волны, который обеспечил бы высокое спектральное разрешение в мягком рентгеновском диапазоне. Его можно использовать для определения свойств теплой-горячей-межгалактической среды, истечения из активных ядер галактик и плазменных выбросов из звездных корон. [23]

Часть луча от зеркала могла бы рассеиваться на камеру устройства с зарядовой связью (CCD), которая работала бы одновременно с наблюдательным прибором MIP и собирала данные инструментального фона, что может происходить, когда прибор не находится в фокусе. должность. Чтобы не мешать очень слабым астрономическим сигналам излучению телескопа, сам телескоп и все его инструменты должны храниться в холодном состоянии. Таким образом, инструментальная платформа IXO должна была иметь большой щит, блокирующий свет Солнца , Земли и Луны , который в противном случае нагрел бы телескоп и мешал наблюдениям.

Оптика и приборы IXO обеспечат до 100-кратное увеличение эффективной площади для спектроскопии высокого разрешения, глубокой спектральной и микросекундной спектроскопии с возможностью высокой скорости счета. [7] Улучшение IXO по сравнению с текущими рентгеновскими миссиями эквивалентно переходу от 200-дюймового телескопа Palomar к 22-метровому телескопу с одновременным переходом от изображения спектрального диапазона к интегральному полевому спектрографу.

Запустить [ редактировать ]

Планируемая дата запуска для IXO был 2021, отправляясь в орбиту L2 либо на Ariane V или Atlas V . [3]

Научные операции [ править ]

IXO был спроектирован для работы минимум 5 лет, а цель - 10 лет, поэтому предполагалось, что научные операции IXO продлятся с 2021 по 2030 год [3].

См. Также [ править ]

  • Продвинутый телескоп для астрофизики высоких энергий
  • Аркус
  • Помимо программы Эйнштейна
  • Рентгеновская обсерватория Чандра
  • Обсерватория Constellation-X
  • Программа Великих обсерваторий
  • Космическая антенна лазерного интерферометра
  • Рентгеновская обсерватория Lynx
  • XEUS

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Объявление: Международная рентгеновская обсерватория (IXO)" . ixo.gsfc.nasa.gov . НАСА. 24 июля 2008 . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  2. ^ "Объявление Международной рентгеновской обсерватории (IXO)" . sci.esa.int . ЕКА. 24 июля 2008 . Проверено 13 марта 2021 года .
  3. ^ a b c d e "Представление деятельности Международной рентгеновской обсерватории в ответ на RFI группы по приоритизации программы Astro2010" (PDF) . НАСА. 2010 . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  4. ^ "ESA Science & Technology: Documents" . ЕКА. 12 декабря 2012 года Архивировано из оригинала 13 марта 2021 года .
  5. ^ а б "IXO" . ixo.gsfc.nasa.gov . НАСА. 12 мая 2011 . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  6. ^ "ESA Science & Technology: Афина для изучения горячей и энергичной Вселенной" . ЕКА. 27 июня 2014 . Проверено 13 марта 2021 года .
  7. ^ a b c «Требования к производительности IXO» . ixo.gsfc.nasa.gov . НАСА. 2011 . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  8. ^ Дж. Миллер (2011). "Черные дыры звездной массы и их предшественники" (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  9. Перейти ↑ M. Arnaud (2010). "Эволюция скоплений галактик в космическом времени" (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  10. ↑ Джоэл Н. Брегман (2010). «Недостающие барионы в Млечном Пути и локальная группа» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  11. ^ Эндрю С. Фабиан (2010). «Космическая обратная связь от сверхмассивных черных дыр» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  12. ^ F. Paerels (2010). «Поведение материи в экстремальных условиях» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  13. ^ Л. Бреннеман (2010). "Спиновые и релятивистские явления вокруг черных дыр" (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  14. ^ Джон П. Хьюз (2010). «Формирование элементов» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  15. ^ «Представление деятельности Международной рентгеновской обсерватории в ответ на RFI группы по приоритизации программы Astro2010, требования к производительности IXO, стр. 7, 2010» (PDF) . НАСА. 2010 . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  16. ^ Дэвид В. Робинсон, Райан С. Макклелланд (2009). "Механический обзор Международной рентгеновской обсерватории" (PDF) . IEEE Aerospace Conference, стр. 3, 2009 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка ) Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  17. ^ Райан С. МакКлелланд, Дэвид В. Робинсон (2009). "Концепция проекта сборки полетного зеркала Международной рентгеновской обсерватории" (PDF) . IEEE Aerospace Conference 2009 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка ) Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  18. ^ Кэролайн Килбурн (2007). «Равномерное высокое спектральное разрешение, продемонстрированное в массивах рентгеновских микрокалориметров TES» (PDF) . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  19. ^ Д. Баррет (2008). "Наука с помощью спектрометра высокого разрешения XEUS" (PDF) . Proc. SPIE, Vol. 7011, 70110E, 2008 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  20. ^ Treis, J. (2008). «Пиксельные детекторы для рентгеновской спектроскопии в космосе» (PDF) . Proc. SPIE, Vol. 7021, 70210Z, 2008 . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии . ]
  21. ^ 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 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  22. ^ Дэвид В. Робинсон, Райан С. Макклелланд (2009). "Механический обзор Международной рентгеновской обсерватории" (PDF) . IEEE Aerospace Conference, 2009 . НАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  23. ↑ Ральф К. Хейльманн (2009). "Разработка решетчатого спектрометра с критическим углом пропускания для Международной рентгеновской обсерватории" (PDF) . Proc. SPIE, Vol. 7437 74370G-8, 2009 . БАСА . Проверено 13 марта 2021 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .

Внешние ссылки [ править ]

  • Место миссии Международной рентгеновской обсерватории НАСА
  • Место миссии Международной рентгеновской обсерватории ЕКА
  • Екатерина Цезарская, Международный год астрономии, 2009 г. Вселенная: ваши открытия
  • ESA - обзор XEUS
  • ESA - Наблюдения: видение в рентгеновских лучах
  • Десятилетний обзор Astro2010
  • Десятилетний обзор 2000-2010 гг.