Продвинутый телескоп для астрофизики высоких энергий - Advanced Telescope for High Energy Astrophysics

Продвинутый телескоп для астрофизики высоких энергий
Тип миссииКосмический телескоп
ОператорЕвропейское космическое агентство
Интернет сайтwww.the-athena-рентгеновская обсерватория.Европа
Продолжительность миссии4 года плюс возможное продление
Начало миссии
Дата запуска2031[1]
РакетаАриана 64[1]
Параметры орбиты
Справочная системаL2 точка (исходный уровень)
Главный
ТипРентгеновский телескоп
Фокусное расстояние12 м (39 футов)
 

Продвинутый телескоп для астрофизики высоких энергий (АФИНА)[1][2] рентгеновская обсерватория, выбранная ЕКА в пределах своего Программа Cosmic Vision [3] обратиться к научной теме Горячая и Энергетическая Вселенная. Афина будет работать в диапазоне энергий 0,2–12 кэВ и будет предлагать спектроскопические возможности и возможности визуализации, превосходящие возможности действующих в настоящее время Рентгеновские астрономические спутники - например, в Рентгеновская обсерватория Чандра и XMM-Ньютон - не менее чем на один порядок одновременно в нескольких пространствах параметров.

Основные цели миссии - составить карту структур горячего газа, определить их физические свойства и найти сверхмассивные черные дыры.

История и развитие

Миссия берет свое начало в двух концепциях начала 2000-х годов: XEUS и НАСА Созвездие-X. Примерно в 2008 году эти два предложения были объединены в совместный проект NASA / ESA / JAXA. Международная рентгеновская обсерватория (IXO) предложение. В 2011 году IXO была снята с производства, а затем ESA решило приступить к разработке более дешевой модификации, которая стала известна как ATHENA.[4] Афина был выбран в 2014 году, чтобы стать второй (L2) миссией Cosmic Vision L-класса,[5] обращаясь к научной теме Горячей и Энергетической Вселенной.

Научный совет для Афина миссия обеспечивается Афина Научно-исследовательская группа (ASST) состоит из ученых-экспертов из сообщества. ASST был назначен ESA 16 июля 2014 года. Ученый и руководитель исследования ESA - д-р Маттео Гуайнацци и д-р Марк Эйр соответственно.

Афина 12 ноября 2019 года успешно завершил свою фазу А с обзором формулировки миссии. Принятие миссии в 2021 году будет готово к запуску в 2031 году.

Орбита

В начале 2030-х гг. Ариана 6.4 ракета-носитель поднимет Афина в большую амплитуду гало-орбита вокруг Точка L2 системы Солнце-Земля (хотя альтернативная гало-орбита L1 также рассматривается). Орбита вокруг L2 была выбрана из-за ее стабильной тепловой среды, хорошей видимости неба и высокой эффективности наблюдений. Афина будет выполнять заранее запланированные плановые наблюдения до 300 небесных точек в год. Специальный режим Target of Opportunity позволит в течение 4 часов выполнить маневр перенаправления для 50% любых случайно происходящих событий в небе.

Оптика и инструменты

В Афина Рентгеновская обсерватория состоит из единственного рентгеновского телескопа.[6][7] с 12 м фокусное расстояние, с полезной площадью ок. 1,4 м2 (при 1 кэВ) и пространственном разрешении 5 угловые секунды по оси, плавно снижается до менее 10 угловых секунд при 30 угловых минутах вне оси. В основе зеркала лежит технология Silicon Pore Optics (SPO) от ESA.[8][9] SPO обеспечивает отличное соотношение площади сбора и массы, при этом обеспечивая хорошее угловое разрешение. Кроме того, он отличается высоким уровнем технологической готовности и модульной конструкцией, пригодной для массового производства, необходимой для достижения беспрецедентной площади сбора телескопов. Подвижное зеркало в сборе может фокусировать рентгеновские лучи на любом из Афина 's два инструмента (WFI и X-IFU, см. ниже) в любой момент времени.

И WFI, и X-IFU успешно прошли предварительные проверки требований 31 октября 2018 г. и 11 апреля 2019 г. соответственно.

Широкоугольный тепловизор

Широкоугольный тепловизор (WFI)[10][11][12] представляет собой камеру спектрального изображения с большим полем зрения, основанную на уникальной Кремниевая технология DEPFET разработан в лаборатории полупроводников Общество Макса Планка. DEPFET обеспечивают отличное разрешение по энергии (<170 эВ при 7 кэВ), низкий уровень шума, быстрое считывание и высокое временное разрешение, а также хорошую радиационную стойкость. Этот инструмент сочетает в себе большую решетку детекторов, которая оптимизирована для наблюдений с широким полем зрения на мгновенной области неба 40 x 40 футов, с отдельным быстрым детектором, предназначенным для наблюдения самых ярких точечных источников рентгеновского неба с высокой пропускной способностью. и низкий навал. Эти возможности в сочетании с беспрецедентной эффективной площадью и широким полем поля зрения Афина телескоп обеспечит прорыв в области спектроскопии рентгеновских изображений.

WFI разработан международным консорциумом, состоящим из стран-членов ESA. Его возглавляет Институт внеземной физики Макса Планка MPE (DEU) с партнерами в Германии (ECAP, IAA Tübingen), Австрии (Венский университет), Дании (DTU), Франции (CEA Saclay, Страсбург), Италии (INAF, Болонья, Палермо), Польше (SRC PAS, NCAC PAS ), Великобритании (Университет Лестера, Открытый университет), США (Пенсильванский университет, SLAC, MIT, SAO), Швейцарии (Женевский университет), Португалии (IA) и Греции (Афинская обсерватория, Университет Крита). Главный исследователь - профессор Кирпал Нандра, директор группы высоких энергий MPE.

Рентгеновский блок интегрального поля

Рентгеновский блок интегрального поля[13][14][15] криогенный рентгеновский спектрометр Афина. X-IFU будет обеспечивать рентгеновскую спектроскопию с пространственным разрешением с требованиями к спектральному разрешению от 2,5 эВ до 7 кэВ в гексагональном поле зрения 5 угловых минут (эквивалентный диаметр). Первичный детектор X-IFU изготовлен из крупноформатной матрицы Molybdenum Gold. датчики переходной кромки соединены с поглотителями из Au и Bi для обеспечения требуемой тормозной способности. Размер пикселя соответствует чуть меньше 5 угловых секунд на небе, что соответствует угловому разрешению рентгеновской оптики. Большая часть X-IFU связана Афина научные цели основаны на наблюдении слабых протяженных источников (например, горячего газа в скопление галактик для измерения объемных движений и турбулентности или ее химического состава) с минимально возможным инструментальным фоном. Это достигается добавлением второго криогенного детектора под решеткой первичной фокальной плоскости. Таким образом, на события, не связанные с рентгеновским излучением, такие как частицы, можно наложить вето, используя временное совпадение регистрации энергии в обоих детекторах одновременно. Матрица фокальной плоскости, датчики и электроника холодного интерфейса охлаждаются до стабильной температуры менее 100 мК с помощью многоступенчатой ​​криогенной цепи, состоящей из серии механических охладителей, с температурами интерфейса 15 К, 4 К и 2 К и 300 мК, предварительное охлаждение охладителя ниже Кельвина, состоящего из адсорбционного охладителя 3He, соединенного с Холодильник адиабатического размагничивания. Данные калибровки собираются вместе с каждым наблюдением от источников модулированного рентгеновского излучения, чтобы обеспечить калибровку энергии, необходимую для достижения заданного спектрального разрешения. Несмотря на то, что это интегрированный полевой блок, где каждый пиксель обеспечивает рентгеновский спектр высокого разрешения, способность дефокусировки Афина зеркало позволит распространить фокусный луч на сотни датчиков. Таким образом, X-IFU сможет наблюдать источники очень яркого рентгеновского излучения. Он будет делать это либо с номинальным разрешением, например. для обнаружения барионов, предположительно находящихся в Теплая горячая межгалактическая среда, используя яркие послесвечения гамма-всплесков, как источники фона, сияющие через космическую паутину, или со спектральным разрешением 3–10 эВ, например для измерения спинов и характеристики ветров и истоков ярких Рентгеновские двойные системы при энергиях, где их спектральные характеристики наиболее сильны (выше 5 кэВ).

По состоянию на декабрь 2018 года, когда консорциум X-IFU был официально одобрен ESA в качестве ответственного за закупку прибора для Афинав консорциум X-IFU вошли 11 европейских стран (Бельгия, Чехия, Финляндия, Франция, Германия, Ирландия, Италия, Нидерланды, Польша, Испания, Швейцария), а также Япония и США. В консорциум X-IFU вовлечено более 50 научно-исследовательских институтов. Главным исследователем X-IFU является доктор Дидье Баррет, директор по исследованиям научно-исследовательского института астрофизики и планетологии Тулузы (IRAP -OMP, CNRS UT3-Поль Сабатье / CNES, Франция). Д-р Ян-Виллем ден Хердер (СРОН, Нидерланды) и д-р Луиджи Пиро (INAF -IAPS, Италия) являются соучредителями X-IFU. CNES управляет проектом и от имени консорциума X-IFU отвечает за доставку прибора в ESA.

Афина научные цели

Научная тема «Горячая и энергичная Вселенная»[16] вращается вокруг двух фундаментальных вопросов в астрофизика: Как обычная материя собирается в крупномасштабные структуры, которые мы видим сегодня? И как сделать черные дыры расти и формировать Вселенная ? На оба вопроса можно ответить только с помощью чувствительной рентгеновской космической обсерватории. Его сочетание научных характеристик превосходит любые существующие или запланированные рентгеновские миссии более чем на порядок по нескольким параметрам: эффективная площадь, слабая чувствительность линии, скорость съемки, и это лишь некоторые из них. Афина будет выполнять очень чувствительные измерения на широком диапазоне небесных объектов. Он будет исследовать химическую эволюцию горячей плазмы, пронизывающей межгалактическое пространство в скоплениях галактик, искать неуловимые наблюдательные особенности Тепло-горячая межгалактическая среда, исследовать мощные истечения, выбрасываемые аккрецирующими черными дырами по всему спектру их масс, и изучать их влияние на родительскую галактику, а также идентифицировать большие выборки сравнительно редких популяций Активные ядра галактик (AGN) это ключ к пониманию одновременной космологической эволюции аккреции черных дыр и галактик. Среди них есть сильно затемненные и с большим красным смещением (z≥6) AGN. Более того, Афина будет рентгеновской обсерваторией, открытой для всего астрономического сообщества, готовой предоставить широкий спектр открытий почти во всех областях современной астрофизики с большим потенциалом открытия еще неизвестных и неожиданных явлений. Он представляет собой вклад рентгеновских лучей в парк крупномасштабных объектов наблюдения, которые будут введены в эксплуатацию в 2030-х годах (в т.ч. СКА, ELT, АЛМА, ЛИЗА...)

В Афина Общественный офис

В Афина Группа научных исследований (ASST) создала Афина Общественный офис (ACO)[17] для получения поддержки в выполнении задач, поставленных ESA, и особенно в роли ASST как «координационного центра интересов широкого научного сообщества». В настоящее время это сообщество состоит из более чем 800 участников по всему миру.

ACO призван стать координационным центром для облегчения научного обмена между Афина деятельности и научного сообщества в целом, а также для распространения Афина научные цели для широкой публики. Основные задачи ACO можно разделить на три категории:

  • Организационные аспекты и оптимизация усилий сообщества, помогающих ASST в нескольких аспектах, как, например, помощь в продвижении Афина научные возможности в мире исследований, посредством конференций и семинаров или поддержки производства документов ASST, включая Белые книги, определяющие научную синергию Афина с другими объектами наблюдений в начале 2030-х гг.
  • Держать Афина сообщество проинформировало о статусе проекта с очередным выпуском Новостная рассылка, краткие новости, еженедельные новости на Афина на веб-портале и в социальных сетях.
  • Развивать коммуникационные и информационные мероприятия, представляющие особый интерес, являются Афина самородки.

ACO возглавляет Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC). Другими участниками ACO являются Женевский университет, MPE и IRAP.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c "Афина: Краткое изложение миссии". ЕКА. 4 октября 2018 г.. Получено 19 декабря 2018.
  2. ^ "Рентгеновская обсерватория Афины: Портал общественной поддержки".
  3. ^ «Новое видение ЕКА по изучению невидимой вселенной». ЕКА. Получено 29 ноября 2013.
  4. ^ "О АФИНА". ЕКА. 2 апреля 2012 г.. Получено 19 октября 2014.
  5. ^ "ESA Science & Technology: Афина изучает горячую и энергичную Вселенную". ЕКА. 27 июня 2014 г.. Получено 23 августа 2014.
  6. ^ Бавдаз М., Вилле Э., Эйр М. и др. (6 июля 2018 г.). Никзад С., Накадзава К., Ден Хердер Дж. А. (ред.). «Разработка зеркала ATHENA». Proc. SPIE 10699, Космические телескопы и приборы 2018: от ультрафиолета до гамма-излучения. 106990X: 32. Дои:10.1117/12.2313296. ISBN  9781510619517.
  7. ^ "Бавдаз, М." Статус разработки зеркала "PDF-доклад на 2-й конференции Афины, Палермо (Италия)" (PDF). Октябрь 2018 г.
  8. ^ Коллон MJ, Vacanti G, Barrière NM и др. (12 июля 2019 г.). Карафолас Н., Содник З., Кугни Б. (ред.). «Изготовление и испытание модулей зеркал с кремниевой оптикой пор». Труды Том 11180, Международная конференция по космической оптике - ICSO 2018; 1118023 (2019): 74. Дои:10.1117/12.2535994. ISBN  9781510630772.
  9. ^ Бавдаз, Маркос (октябрь 2018 г.). "СПО девелопмент" PDF. Доклад на 2-й Афинской конференции, Палермо (Италия) » (PDF).
  10. ^ "Широкоугольный тепловизор для рентгеновской обсерватории Афина".
  11. ^ Мейдингер, Норберт; Нандра, Кирпал; Платтнер, Маркус (6 июля 2018 г.). Никзад, Шулех; Накадзава, Кадзухиро; Ден Хердер, Ян-Виллем А (ред.). «Разработка прибора Wide Field Imager для ATHENA». Том 10699, Космические телескопы и приборы, 2018: от ультрафиолета до гамма-лучей; 106991F (2018): 50. Дои:10.1117/12.2310141. ISBN  9781510619517.
  12. ^ Рау, Арне (октябрь 2018 г.). «Широкоугольный тепловизор. Выступление на 2-й конференции Athena, Палермо (Италия)» (PDF).
  13. ^ "Рентгеновский интегральный полевой прибор Athena (X-IFU)".
  14. ^ Баррет Д., Тронг Т.Л., ден Хердер Дж. В. и др. (31 июля 2018 г.). Никзад С., Накадзава К., Ден Хердер Дж. А. (ред.). «Рентгеновский интегральный полевой прибор Athena (X-IFU)». Proc. SPIE 10699, Космические телескопы и приборы 2018: от ультрафиолета до гамма-лучей, 106991G: 51. arXiv:1807.06092. Дои:10.1117/12.2312409. ISBN  9781510619517.
  15. ^ Баррет, Дидье (октябрь 2018 г.). «Доклад о рентгеновском интегральном поле Athena (X-IFU) на 2-й конференции Athena, Палермо (Италия)» (PDF).
  16. ^ Barcons X, Barret D, Decourchelle A, den Herder JW, Fabian AC, Matsumoto H, Lumb D, Nandra K, Piro L, Smith RK, Willingale R (21 марта 2017 г.). «Афина: рентгеновская обсерватория ЕКА на конец 2020-х годов». Astronomische Nachrichten. 338 (2–3): 153–158. Дои:10.1002 / asna.201713323.
  17. ^ "Обсуждение офиса общины Афины на 2-й конференции Афины, Палермо (Италия)" (PDF). Октябрь 2018 г.

внешняя ссылка