Рентгеновская обсерватория Чандра - Chandra X-ray Observatory
Имена | Комплекс передовой рентгеновской астрофизики (AXAF) | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Тип миссии | Рентгеновская астрономия | ||||||||||
Оператор | НАСА / SAO / CXC | ||||||||||
COSPAR ID | 1999-040B | ||||||||||
SATCAT нет. | 25867 | ||||||||||
Веб-сайт | http://chandra.harvard.edu/ | ||||||||||
Продолжительность миссии | Планируется: 5 лет Прошло: 22 года, 1 месяц, 1 день |
||||||||||
Свойства космического корабля | |||||||||||
Производитель | TRW Inc. | ||||||||||
Стартовая масса | 5860 кг (12930 фунтов) | ||||||||||
Сухая масса | 4,790 кг (10,560 фунтов) | ||||||||||
Габаритные размеры | В развернутом состоянии: 13,8 × 19,5 м (45,3 × 64,0 футов) В походном состоянии: 11,8 × 4,3 м (38,7 × 14,0 футов) |
||||||||||
Власть | 2350 Вт | ||||||||||
Начало миссии | |||||||||||
Дата запуска | 23 июля 1999 г., 04:30: 59.984 UTC | ||||||||||
Ракета | Спейс шаттл Колумбия ( STS-93 ) | ||||||||||
Запустить сайт | Кеннеди LC-39B | ||||||||||
Параметры орбиты | |||||||||||
Справочная система | Геоцентрический | ||||||||||
Режим | Сильно эллиптический | ||||||||||
Большая полуось | 80795,9 км (50204,2 миль) | ||||||||||
Эксцентриситет | 0,743972 | ||||||||||
Высота перигея | 14307,9 км (8,890,5 миль) | ||||||||||
Высота апогея | 134,527,6 км (83,591,6 миль) | ||||||||||
Наклон | 76.7156 ° | ||||||||||
Период | 3809,3 мин. | ||||||||||
РААН | 305,3107 ° | ||||||||||
Аргумент перигея | 267,2574 ° | ||||||||||
Средняя аномалия | 0,3010 ° | ||||||||||
Среднее движение | 0,3780 об / сутки | ||||||||||
Эпоха | 4 сентября 2015 г., 04:37:54 UTC | ||||||||||
Революции нет. | 1358 | ||||||||||
Главный телескоп | |||||||||||
Тип | Вольтер тип 1 | ||||||||||
Диаметр | 1,2 м (3,9 футов) | ||||||||||
Фокусное расстояние | 10,0 м (32,8 футов) | ||||||||||
Зона сбора | 0,04 м 2 (0,43 кв. Футов) | ||||||||||
Длины волн | Рентгеновское излучение : 0,12–12 нм (0,1–10 кэВ ) | ||||||||||
разрешение | 0,5 угловой секунды | ||||||||||
| |||||||||||
|
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 нельзя обнаружить с помощью земных телескопов ; поэтому для этих наблюдений необходимы космические телескопы. Чандра - спутник Земли, находящийся 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 . Его миссия аналогична ESA «s XMM-Newton космических аппаратов, также началась в 1999 году , но два телескопы имеют различный дизайн фокусы; У Чандры гораздо более высокое угловое разрешение.
История
В 1976 году Риккардо Джаккони и Харви Тананбаум предложили НАСА рентгеновскую обсерваторию Чандра (в то время называемую AXAF) . Предварительные работы начались в следующем году в Центре космических полетов им. Маршалла (MSFC) и Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO). Тем временем, в 1978 году НАСА запустило на орбиту первый рентгеновский телескоп Эйнштейна (HEAO-2). Работа над проектом AXAF продолжалась на протяжении 1980-х и 1990-х годов. В 1992 году для снижения затрат космический корабль был модернизирован. 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 усовершенствования 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 .
AXAF был переименован в Chandra в рамках конкурса, проведенного НАСА в 1998 году, на который было подано более 6000 заявок по всему миру. 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. Соответственно, имя Чандра на санскрите означает «луна» .
Первоначально запланированный к запуску в декабре 1998 года космический корабль был отложен на несколько месяцев, и в конечном итоге он был запущен 23 июля 1999 года в 04:31 UTC космическим шаттлом Columbia во время STS-93 . Чандра была отправлена из Колумбии в 11:47 UTC. Двигатель первой ступени инерционной верхней ступени 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. При весе 22 753 кг (50 162 фунта) это была самая тяжелая полезная нагрузка, когда-либо запущенная шаттлом, что является следствием двухступенчатой инерционной разгонной ракетной системы, необходимой для транспортировки космического корабля на его 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 раннего 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». Физически Чандра могла продержаться намного дольше. Исследование 2004 года, проведенное в рентгеновском центре Чандра, показало, что обсерватория может прослужить не менее 15 лет.
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. Позже ЕКА возродило уменьшенную версию проекта под названием Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA) с предполагаемым запуском в 2028 году.
10 октября 2018 года Чандра перешла в безопасный режим из-за сбоя гироскопа. НАСА сообщило, что все научные инструменты безопасны. 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.
Примеры открытий
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 сливаются скопления галактик.
- Самые ранние изображения в рентгеновских лучах ударной волны о наличии сверхновой были взяты SN 1987A .
- На изображении Персея А Чандра впервые показала тень маленькой галактики , которую поглощает более крупная галактика .
- 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 .
- 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).
- TWA 5B, коричневый карлик , был замечен на орбите двойной системы звезд, похожих на Солнце .
- Почти все звезды на 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 волн и звуковых волн. Возможно, это сильно повлияло на эволюцию Messier 87 .
- Наблюдения за скоплением Пули ограничивают сечение самовоздействия темной материи .
- Фотография PSR B1509-58 "Рука Бога" .
- Рентгеновские лучи Юпитера исходят от полюсов, а не от кольца полярных сияний.
- Большой ореол горячего газа был обнаружен вокруг Млечного Пути.
- Наблюдалась чрезвычайно плотная и светящаяся карликовая галактика M60-UCD1 .
- 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 *.
- 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.
- В апреле 2021 года НАСА объявило о результатах легендарной обсерватории в твите, в котором говорилось, что «Уран излучает рентгеновские лучи, как выяснили астрономы». Открытие будет иметь «интригующие последствия для понимания Урана», если будет подтверждено, что рентгеновские лучи исходят от планеты, а не излучаются Солнцем. [21]
Техническое описание
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 пары вложенных зеркал вместе с их опорной структурой, называемой сборкой зеркал высокого разрешения (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. 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 заполняемой апертуры, что приводит к низкой собирающей площади по сравнению с XMM-Newton .
Высоко Чандры эллиптическая орбита позволяет непрерывно наблюдать до 55 часов его 65-часового периода обращения . На своей самой удаленной от Земли точке орбиты Чандра является одним из самых далеких спутников, вращающихся вокруг Земли. Эта орбита выводит его за пределы геостационарных спутников и за пределы внешнего пояса Ван Аллена .
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 , датчики, которые помогают определить, в каком направлении направлен телескоп. 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.
Инструменты
Модуль научных инструментов (SIM) содержит два инструмента в фокальной плоскости, усовершенствованный спектрометр визуализации ПЗС (ACIS) и камеру высокого разрешения (HRC), которые перемещаются в нужное положение во время наблюдения.
ACIS состоит из 10 чипов CCD 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:
- Камера высокого разрешения (HRC)
- Усовершенствованный ПЗС-спектрометр (ACIS)
- Спектрометр с просвечивающей решеткой высоких энергий (HETGS)
- Спектрометр с низкоэнергетической трансмиссионной решеткой (LETGS)
Галерея
Рентгеновские лучи от Плутона .
Остаток сверхновой Тихо в рентгеновском свете .
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 .
SNR 0519–69.0 - остатки взрывающейся звезды в Большом Магеллановом Облаке .
Изображения выпущены в честь Международного года света 2015 .
Г.К. Персей : Новая 1901 г.
Рентгеновские световые кольца нейтронной звезды в Circinus X-1 .
Cygnus X-1 , первая сильная черная дыра.
Смотрите также
- 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
использованная литература
дальнейшее чтение
- 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 рентгеновского излучения Крабовидной туманности». Астрофизический журнал . 536 (2): L81 – L84. arXiv : astro-ph / 0003216 . Bibcode : 2000ApJ ... 536L..81W . DOI : 10.1086 / 312733 . PMID 10859123 . S2CID 14879330 .
- Баганов, 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 .; Фрусчоне, 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
- Рентгеновская обсерватория Чандра на NASA.gov
- Рентгеновская обсерватория Чандра в Harvard.edu
- Рентгеновская обсерватория Чандра на YouTube
- Подкаст Chandra (2010) от Astronomy Cast