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 качестве часть программы Cosmic Vision . [5] [6]
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 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 :
Чтобы ответить на эти научные вопросы, IXO должна была бы проследить орбиты черных дыр вблизи горизонта событий , 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 требует чрезвычайно большой площади сбора 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]
Сердцем миссии IXO было одно большое рентгеновское зеркало с площадью сбора до 3 квадратных метров и угловым разрешением 5 угловых секунд , что достигается с помощью выдвижной оптической стойки с фокусным расстоянием 20 м. [3] [16]
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 обсерваторию длиной 20 метров, IXO имеет развертываемую измерительную конструкцию между шиной космического корабля и приборным модулем.
Научные цели IXO требуют сбора множества фрагментов 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. Таким образом, инструментальная платформа IXO должна была иметь большой экран, блокирующий свет от Солнца , Земли и Луны , который в противном случае нагревал бы телескоп и мешал бы 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 спектральном диапазоне к интегральному полевому спектрографу.
Запланированной датой запуска IXO был 2021 год, он должен был выйти на орбиту L2 либо на Ariane V , либо на Atlas V. [3]
IXO была рассчитана на работу минимум на 5 лет, а цель - на 10 лет, поэтому предполагалось, что научная деятельность IXO продлится с 2021 по 2030 год. [3]
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .]В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
