Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

NuSTAR
Модель космического корабля NuSTAR.png
Художественная концепция NuSTAR на орбите
ИменаСМИКС-11, Эксплорер-93
Тип миссииРентгеновская астрономия
ОператорНАСА  / Лаборатория реактивного движения
COSPAR ID2012-031A
SATCAT нет.38358
Интернет сайтhttp://www.nustar.caltech.edu/
Продолжительность миссииПланируется: 2 года
Прошло: 8 лет, 7 месяцев, 28 дней
Свойства космического корабля
АвтобусLEOStar-2
ПроизводительOrbital Sciences
ATK Space Components
Стартовая масса350 кг (772 фунта) [1]
Масса полезной нагрузки171 кг (377 фунтов) [1]
Размеры10,9 × 1,2 м (35,8 × 3,9 футов) [1]
Мощность729–750 Вт [1] [2]
Начало миссии
Дата запуска13 июня 2012 г., 16:00:37 UTC [3] ( 2012-06-13UTC16: 00: 37 ) 
РакетаПегас XL
Запустить сайтЗвездочет
Атолл Кваджалейн , Маршалловы Острова
ПодрядчикОрбитальные науки
Параметры орбиты
Справочная системаГеоцентрический
РежимПриэкваториальный
Большая полуось6.982,7 км (4338,8 миль)
Эксцентриситет0,0011491
Высота перигея596,6 км (370,7 миль)
Высота апогея612,6 км (380,7 миль)
Наклон6.027 градусов
Период96,8 мин.
Эпоха3 ноября 2017 г., 01:54:22  UTC [4]
Главный телескоп
ТипВольтер типа I
Фокусное расстояние10,15 м (33,3 фута) [2]
Место сбора9 кэВ: 847 см 2 (131 кв. Дюйм)
78 кэВ: 60 см 2 (9 кв. Дюймов)
Длины волн3–79 кэВ [2]
Разрешение9,5 угловой секунды [2]
Инструменты
Двойной рентгеновский телескоп
←  IBEX
ИРИС  →
 

NuSTAR ( Ядерный спектроскопический телескоп массив ) представляет собой пространство на основе рентгеновского телескопа , который использует коническое приближение к Wolter телескопа сосредоточиться высокой энергией рентгеновского излучения от астрофизических источников, особенно для ядерной спектроскопии , и работает в диапазоне от 3 до 79 кэВ . [5]

NuSTAR является одиннадцатым миссия НАСА «s Small Explorer , спутниковых программ ( SMEX-11 ) и первой космической прямой визуализации рентгеновского телескопа в области энергий , помимо тех , о Чандра и XMM-Newton . Он был успешно запущен 13 июня 2012 года, ранее он был отложен с 21 марта из-за проблем с программным обеспечением ракеты-носителя. [6] [7]

Основные научные цели миссии - провести глубокое исследование черных дыр, в миллиард раз более массивных, чем Солнце, изучить, как частицы ускоряются до очень высоких энергий в активных галактиках , и понять, как элементы образуются при взрывах массивных звезд путем изображения останков, которые называются остатками сверхновых .

Завершив двухлетнюю первичную миссию [8], NuSTAR работает восьмой год.

История [ править ]

Предшественник NuSTAR, высокоэнергетический фокусирующий телескоп (HEFT), представлял собой аэростатную версию с телескопами и детекторами, созданными с использованием аналогичных технологий. В феврале 2003 года НАСА выпустило Объявление о возможностях программы Explorer. В ответ NuSTAR был представлен в НАСА в мае как одно из 36 предложений миссии, претендующих на то, чтобы стать десятой и одиннадцатой миссиями Small Explorer. [9] В ноябре НАСА выбрало NuSTAR и четыре других предложения для пятимесячного технико-экономического обоснования.

В январе 2005 года НАСА выбрало NuSTAR для полета в ожидании годичного технико-экономического обоснования. [10] Программа была отменена в феврале 2006 года из-за сокращения бюджета НАСА на 2007 год. 21 сентября 2007 года было объявлено, что программа была перезапущена с ожидаемым запуском в августе 2011 года, хотя позже это было отложено до июня 2012 года. [7] [11] [12] [13]

Главный исследователь - Фиона А. Харрисон из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт). Другие крупные партнеры включают Лабораторию реактивного движения (JPL), Калифорнийский университет в Беркли , Технический университет Дании (DTU), Колумбийский университет , Центр космических полетов Годдарда , Стэнфордский университет , Калифорнийский университет, Санта-Крус , Государственный университет Сономы , Лоуренс Ливермор. Национальная лаборатория и Итальянское космическое агентство (ASI). Среди основных промышленных партнеров NuSTAR:Orbital Sciences Corporation и ATK Space Components .

Запустить [ редактировать ]

НАСА заключило контракт с Orbital Sciences Corporation на запуск NuSTAR (масса 772 фунта (350 кг)) [14] на ракете Pegasus XL 21 марта 2012 года. [7] Ранее это планировалось на 15 августа 2011 года, 3 февраля 2012 года, 16 марта. 2012 г. и 14 марта 2012 г. [15] После запуска 15 марта 2012 г. запуск был перенесен на более поздний срок, чтобы дать время для ознакомления с полетным программным обеспечением, используемым бортовым компьютером ракеты-носителя. [16] Запуск был успешно осуществлен в 16:00:37 UTC 13 июня 2012 г. [3] примерно в 117 морских милях к югу от атолла Кваджалейн . [17] Ракета «Пегас» была сброшена сСамолет L-1011 "Звездочет" . [14] [18]

22 июня 2012 года было подтверждено, что 10-метровая мачта полностью развернута. [19]

Оптика [ править ]

Фокусировка рентгеновских лучей с помощью оптической системы Wolter Type-1

В отличие от телескопов видимого света, в которых используются зеркала или линзы, работающие с нормальным падением, NuSTAR должен использовать оптику скользящего падения, чтобы иметь возможность фокусировать рентгеновские лучи. Для этого двухконусного приближения оптика телескопа Wolter с фокусным расстоянием 10,15 метра (33,3 фута) удерживается на конце длинной развертываемой мачты. Система лазерной метрологии используется для определения точных относительных положений оптики и фокальной плоскости в любое время, так что каждый обнаруженный фотон может быть отображен обратно в правильную точку на небе, даже если оптика и фокальная плоскость движутся относительно друг друга во время экспонирования.

Каждая фокусирующая оптика состоит из 133 концентрических оболочек. Одно конкретное нововведение, позволяющее NuSTAR, заключается в том, что эти оболочки покрыты многослойными слоями с градацией глубины (чередующиеся атомарно тонкие слои из материала высокой и низкой плотности); Благодаря выбору NuSTAR из многослойных слоев Pt / SiC и W / Si это обеспечивает коэффициент отражения до 79 кэВ ( энергия K-края платины ). [20] [21]

Оптика была произведена в Центре космических полетов Годдарда путем нагрева тонких (210 мкм) листов гибкого стекла в печи так, что они опускались на точно отполированные цилиндрические кварцевые оправки соответствующего радиуса. Эти покрытия были применены группой в Датском техническом университете .

Затем оболочки были собраны в лабораториях Невиса Колумбийского университета с использованием графитовых прокладок, обработанных для придания стеклу конической формы и скрепленных эпоксидной смолой. Всего имеется 4680 зеркальных сегментов (65 внутренних оболочек содержат по шесть сегментов, а 65 внешних - двенадцать; у каждой оболочки есть верхний и нижний сегменты, и есть два телескопа); на каждый сегмент приходится пять прокладок. Поскольку для отверждения эпоксидной смолы требуется 24 часа, в день собирается одна оболочка - на создание одной оптики ушло четыре месяца.

Ожидаемая функция рассеяния точки для полетных зеркал составляет 43 угловых секунды, что дает размер пятна около двух миллиметров в фокальной плоскости; это беспрецедентно хорошее разрешение для фокусировки оптики жесткого рентгеновского излучения, хотя оно примерно в сто раз хуже, чем лучшее разрешение, достигнутое на более длинных волнах рентгеновской обсерваторией Чандра .

Детекторы [ править ]

Один из двух детекторов NuSTAR
Мачта NuSTAR развернута на Земле; вставка смотрит вниз на структуру

Каждая фокусирующая оптика имеет свой собственный модуль фокальной плоскости, состоящий из пиксельного детектора из твердотельного теллурида кадмия и цинка (CdZnTe) [22], окруженного экраном, предотвращающим совпадения из CsI . Один детекторный блок - или фокальная плоскость - включает четыре (два на два) детектора, производимых компанией eV Products . Каждый детектор представляет собой прямоугольный кристалл размером 20 мм x 20 мм и толщиной ~ 2 мм, который разбит на 32 × 32 пикселя размером 0,6 мм (каждый пиксель занимает 12,3 угловых секунды) и обеспечивает в общей сложности поле обзора 12 угловых минут для каждой фокальной плоскости. модуль.

Детекторы CZT - это современные полупроводники , работающие при комнатной температуре , которые очень эффективно превращают фотоны высокой энергии в электроны. Электроны записываются в цифровом виде с помощью специализированных интегральных схем (ASIC), разработанных командой NuSTAR Caltech Focal Plane Team. Каждый пиксель имеет независимый дискриминатор, и индивидуальные рентгеновские лучи запускают процесс считывания. Встроенные процессоры, по одному на каждый телескоп, определяют строку и столбец с наибольшей высотой импульса и считывают информацию о высоте импульса с этого пикселя, а также с его восьми соседей. Время события регистрируется с точностью до 2 мкс относительно бортовых часов. Местоположение события, энергия и глубина взаимодействия в детекторе вычисляются из девятипиксельных сигналов. [23][24]

Фокальные плоскости экранированы кристаллами иодида цезия (CsI), которые окружают корпуса детекторов. Кристаллические экраны, выращенные Saint-Gobain , регистрируют фотоны высокой энергии и космические лучи, которые пересекают фокальную плоскость с направлений, отличных от оптической оси NuSTAR. Такие события являются основным фоном для NuSTAR и должны быть должным образом идентифицированы и вычтены, чтобы идентифицировать фотоны высоких энергий от космических источников. Активное экранирование NuSTAR гарантирует, что любое событие детектора CZT, совпадающее с событием активного экранирования, игнорируется.

Основные научные результаты [ править ]

NuSTAR запечатлела эти первые сфокусированные изображения сверхмассивной черной дыры в сердце нашей галактики в высокоэнергетическом рентгеновском свете.

NuSTAR продемонстрировал свою универсальность, открыв путь ко многим новым открытиям в самых разных областях астрофизических исследований с момента своего запуска.

Измерение спина сверхмассивной черной дыры [ править ]

В феврале 2013 года НАСА сообщило, что NuSTAR вместе с космической обсерваторией XMM-Newton измерили скорость вращения сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 1365 . [25]

Черная дыра с короной, источник рентгеновского излучения
(концепция художника) [26]
Размытие рентгеновских лучей около черной дыры
(NuSTAR; 12 августа 2014 г.) [26]

Отслеживание радиоактивности в остатке сверхновой [ править ]

Одна из основных целей NuSTAR - охарактеризовать взрывы звезд путем картирования радиоактивного материала в остатке сверхновой . Карта NuSTAR Кассиопеи A показывает изотоп титана-44, сосредоточенный в сгустках в центре остатка, и указывает на возможное решение загадки того, как взорвалась звезда. Когда исследователи моделируют взрывы сверхновых с помощью компьютеров, когда массивная звезда умирает и коллапсирует, основная ударная волна часто останавливается, и звезда не может разбиться. Последние данные убедительно свидетельствуют о том, что взрывающаяся звезда буквально плескалась вокруг, возобновляя остановившуюся ударную волну и позволяя звезде, наконец, оторваться от внешних слоев. [27]

Сверхмассивные черные дыры поблизости [ править ]

Андромеда

В январе 2017 года исследователи из Даремского университета и Саутгемптонского университета , возглавляющие коалицию агентств, использующих данные NuSTAR, объявили об открытии сверхмассивных черных дыр в центре близлежащих галактик NGC 1448 и IC 3639 . [28] [29] [30]

См. Также [ править ]

  • Gravity and Extreme Magnetism , жесткий рентгеновский телескоп для измерения поляризации (отменен в 2012 году)
  • Космический телескоп Джеймса Уэбба , инфракрасный телескоп должен быть запущен в 2021 году
  • XRISM , совместный японо-американский рентгеновский телескоп, запускаемый в 2021 году
  • Список рентгеновских космических телескопов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d "Ядерная спектроскопическая решетка телескопов, или NuSTAR" (PDF) . Июнь 2012 . Проверено 16 июня 2012 года .
  2. ^ a b c d "NuSTAR (Ядерная спектроскопическая решетка телескопов)" . eoPortal . Европейское космическое агентство . Дата обращения 2 июля 2015 .
  3. ^ а б Рэй, Джастин. «Центр статуса миссии» . Космический полет сейчас . Проверено 13 июня 2012 года .
  4. ^ "НУСТАР - Орбита" . Небеса выше . 3 ноября 2017 . Дата обращения 3 ноября 2017 .
  5. ^ "О" . NuSTAR. Калтех . Проверено 15 октября 2017 года .
  6. ^ Клавин, Уитни; Перротто, Трент Дж .; Диллер, Джордж (16 марта 2012 г.). «Запуск миссии NASA NuSTAR отложен» . НАСА . Проверено 15 октября 2017 года .
  7. ^ a b c «НАСА выбирает предложения исследовательской миссии для технико-экономического обоснования (03-353)» (пресс-релиз).
  8. ^ Gronstal, Аарон Л. (8 августа 2014). «Два года NuSTAR» . Журнал астробиологии . Дата обращения 5 января 2020 .
  9. ^ "НАСА выбирает предложения исследовательской миссии для технико-экономического обоснования (03-353)" (пресс-релиз). Дуэйн Браун, НАСА. 4 ноября 2003 . Проверено 20 июля 2011 года .
  10. ^ «НАСА выбирает небольшую миссию исследователя (05-026)» (пресс-релиз). Долорес Бизли / Гретхен Кук-Андерсон, НАСА. 26 января 2005 . Проверено 20 июля 2011 года .
  11. ^ «НАСА возобновляет миссию телескопа по обнаружению черных дыр (07-198)» (пресс-релиз). Серая Хауталуома, НАСА. 21 сентября 2007 . Проверено 20 июля 2011 года .
  12. ^ «НАСА возобновляет миссию телескопа для обнаружения черных дыр» . НАСА / Лаборатория реактивного движения. 21 сентября 2007 . Проверено 20 июля 2011 года .
  13. ↑ Штатные писатели (21 сентября 2007 г.). «НАСА планирует поиск черной дыры» . SPACE.com . Проверено 20 июля 2011 года .
  14. ^ a b "NuSTAR" . НАСА.
  15. ↑ Нельсон, Джон (4 сентября 2009 г.). «НАСА одобряет космическую миссию с рентгеновским излучением» . НАСА / Лаборатория реактивного движения . Проверено 20 июля 2011 года .
  16. ^ Клавин, Уитни; Перротто, Трент Дж; Диллер, Джордж (16 марта 2012 г.). «Запуск миссии NASA NuSTAR отложен» . NASA.gov . Проверено 31 мая 2012 года .
  17. ^ «НАСА выбирает ракету Pegasus Orbital для запуска космического научного спутника NuSTAR» . Орбитальный. 18 февраля 2009 . Проверено 20 июля 2011 года .
  18. ^ Московиц, Клара (13 июня 2012). «НАСА запускает телескоп NuSTAR на орбиту для поиска черных дыр» . NBC News . Проверено 15 июня 2012 года .
  19. ^ «NuSTAR успешно разворачивает огромную мачту» . 22 июня 2012 г.
  20. ^ "Оптика NuSTAR" . Архивировано из оригинального 20 мая 2012 года.
  21. ^ Хейли, Чарльз Дж .; Ань, Хунцзюнь; Blaedel, Kenneth L .; Brejnholt, Nicolai F .; Christensen, Finn E .; и другие. (29 июля 2010 г.). Арно, Моник; Мюррей, Стивен С; Такахаши, Тадаюки (ред.). «Ядерно-спектроскопический телескоп (NuSTAR): обзор оптики и текущее состояние» (PDF) . Труды ШПИ . Космические телескопы и приборы 2010: от ультрафиолета до гамма-лучей. 7732 : 77320T. Bibcode : 2010SPIE.7732E..0TH . DOI : 10.1117 / 12.857654 . S2CID 121831705 . Архивировано из оригинального (PDF) 19 июля 2011 года.  
  22. ↑ Харрисон, Фиона (21 мая 2010 г.). Системы обнаружения полупроводникового излучения . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 9781439803851.
  23. ^ Рана, Викрам (2009). Зигмунд, Освальд H (ред.). "Разработка детекторов фокальной плоскости для миссии NuSTAR" (PDF) . Proc. ШПИОН . УФ, рентгеновское и гамма космическое оборудование для астрономии XVI. 7435 : 743503. Bibcode : 2009SPIE.7435E..03R . DOI : 10.1117 / 12.825418 . S2CID 122500874 .  
  24. ^ Kitaguchi, Такао (2011). Зигмунд, Освальд H (ред.). «Спектральная калибровка и моделирование пиксельных детекторов NuSTAR CdZnTe». Proc. ШПИОН . УФ, рентгеновское и гамма космическое оборудование для астрономии XVII. 8145 : 814507. arXiv : 1109.0378 . Bibcode : 2011SPIE.8145E..07K . DOI : 10.1117 / 12.896972 . S2CID 12785111 . 
  25. ^ "NuSTAR НАСА помогает разгадать загадку вращения черной дыры" . НАСА. 27 февраля 2013 . Проверено 3 марта 2013 года .
  26. ^ a b Клавин, Уитни; Харрингтон, JD (12 августа 2014 г.). «NuSTAR НАСА видит редкое размытие света черной дыры» . НАСА . Проверено 12 августа 2014 .
  27. ^ "NuSTAR НАСА раскрывает тайну взрыва звезд" . JPL. 19 февраля 2014 . Проверено 24 апреля 2015 года .
  28. ↑ Ландау, Элизабет (7 января 2017 г.). «Черные дыры прячутся на нашем космическом заднем дворе» . НАСА . Проверено 7 января 2017 года .
  29. ^ Annuar, A .; Александр, DM; Gandhi, P .; Лэнсбери, Великобритания; Asmus, D .; и другие. (Январь 2017 г.). «Новое AGN толщиной в Комптона на нашем космическом заднем дворе: открытие скрытого ядра в NGC 1448 с помощью NuSTAR». Астрофизический журнал . 836 (2): 165. arXiv : 1701.00497 . Bibcode : 2017ApJ ... 836..165A . DOI : 10.3847 / 1538-4357 / 836/2/165 . S2CID 11258638 . 
  30. ^ Бурман, Питер G .; Gandhi, P .; Александр, DM; Annuar, A .; Ballantyne, DR; и другие. (Декабрь 2016 г.). «IC 3639 - новый добросовестный комптоновский AGN, представленный NuSTAR». Астрофизический журнал . 833 (2). 245. arXiv : 1610.08997 . Bibcode : 2016ApJ ... 833..245B . DOI : 10.3847 / 1538-4357 / 833/2/245 . S2CID 36679784 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб-сайт NuSTAR на NASA.gov
  • Сайт NuSTAR на Caltech.edu
дальнейшее чтение
  • Крейг, Дэвид Дж. (Весна 2010 г.). «Рентгеновские снимки» (PDF) . Колумбия : 24–27.
  • Харрисон, Фиона А .; Боггс, Стив; Кристенсен, Финн; Крейг, Уильям; Хейли, Чарльз; и другие. (29 июля 2010 г.). Арно, Моник; Мюррей, Стивен С; Такахаши, Тадаюки (ред.). "Ядерная спектроскопическая матрица телескопов (NuSTAR)" (PDF) . Труды ШПИ . Космические телескопы и приборы 2010: от ультрафиолета до гамма-лучей. 7732 : 77320S. arXiv : 1008,1362 . Bibcode : 2010SPIE.7732E..0SH . DOI : 10.1117 / 12.858065 . S2CID  121923451 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 июля 2011 года.