NuSTAR - Википедия - NuSTAR

NuSTAR
Модель космического корабля NuSTAR.png
Художественная концепция NuSTAR на орбите
ИменаСМИКС-11, Эксплорер-93
Тип миссииРентгеновская астрономия
ОператорНАСА  / JPL
COSPAR ID2012-031A
SATCAT нет.38358
Интернет сайтhttp://www.nustar.caltech.edu/
Продолжительность миссииПланируется: 2 года
Прошло: 8 лет, 6 месяцев, 10 дней
Свойства космического корабля
АвтобусLEOStar-2
ПроизводительОрбитальные науки
Компоненты ATK Space
Стартовая масса350 кг (772 фунтов)[1]
Масса полезной нагрузки171 кг (377 фунтов)[1]
Габаритные размеры10,9 × 1,2 м (35,8 × 3,9 футов)[1]
Мощность729–750 Вт[1][2]
Начало миссии
Дата запуска13 июня 2012, 16:00:37 (2012-06-13UTC16: 00: 37) универсальное глобальное время[3]
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, 01:54:22универсальное глобальное время[4]
Главный телескоп
ТипВольтер типа I
Фокусное расстояние10,15 м (33,3 футов)[2]
Место сбора9 кэВ: 847 см2 (131 кв. Дюйм)
78 кэВ: 60 см2 (9 кв. Дюймов)
Длины волн3–79 кэВ[2]
разрешение9,5 угловой секунды[2]
Инструменты
Двойной рентгеновский телескоп
← IBEX
ИРИС  →
 

NuSTAR (Ядерно-спектроскопическая телескопическая решетка) является космическим Рентгеновский телескоп, который использует коническое приближение к Телескоп Вольтера для фокусировки рентгеновских лучей высоких энергий от астрофизический источники, особенно для ядерная спектроскопия, и работает в диапазоне от 3 до 79 кэВ.[5]

NuSTAR - одиннадцатая миссия НАСА с Маленький исследователь спутниковая программа (SMEX-11) и первый космический аппарат прямого построения изображений Рентгеновский телескоп при энергиях за пределами энергии Рентгеновская обсерватория Чандра и XMM-Ньютон. 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 черные дыры в миллиард раз массивнее Солнца, чтобы исследовать, как частицы ускоряются до очень высоких энергий в активные галактики, и понять, как элементы создаются при взрывах массивных звезд, визуализируя останки, которые называются остатки сверхновой.

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

История

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 реализации.

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 возобновлена ​​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 Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт). Другие основные партнеры включают Лаборатория реактивного движения (JPL), Калифорнийский университет в Беркли, Технический университет Дании (ДТУ), Колумбийский университет, Центр космических полетов Годдарда, Стэндфордский Университет, Калифорнийский университет в Санта-Крус, Государственный университет Сономы, Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора, а Итальянское космическое агентство (КАК И Я). Среди основных промышленных партнеров NuSTAR: Корпорация орбитальных наук и Компоненты ATK Space.

Запуск

НАСА заключило контракт с Корпорация орбитальных наук для запуска NuSTAR (масса 772 фунта (350 кг))[14] на Пегас XL ракета на 21 марта 2012 года.[7] Ранее это было запланировано на 15 августа 2011 г., 3 февраля 2012 г., 16 марта 2012 г. и 14 марта 2012 г.[15] После запуска 15 марта 2012 года запуск был перенесен на более поздний срок, чтобы дать время для обзора полетного программного обеспечения, используемого бортовым компьютером ракеты-носителя.[16] Запуск прошел успешно 13 июня 2012 г. в 16:00:37 UTC.[3] примерно в 117 морских милях к югу от Атолл Кваджалейн.[17] Ракета Пегас была сброшена с Самолет L-1011 'Stargazer'.[14][18]

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

Оптика

Вложенные рентгеновские зеркала NuSTAR
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 двухконического приближения Телескоп Вольтера дизайнерская оптика с фокусным расстоянием 10,15 м (33,3 фута) удерживается на конце длинного развертываемый мачта. Лазер метрология Система 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 перемещаются относительно друг друга во время разоблачение.

Каждая фокусирующая оптика состоит из 133 концентрических оболочек. Одно из нововведений, позволяющих NuSTAR, заключается в том, что эти оболочки покрыты многослойные слои с градуированной глубиной (чередование атомарно тонких слоев материала высокой и низкой плотности); Благодаря выбору NuSTAR многослойных слоев Pt / SiC и W / Si это обеспечивает коэффициент отражения до 79 кэВ (платиновый K-край энергия).[20][21]

Производство оптики на заводе Центр космических полетов Годдарда путем нагревания тонких (210 мкм) листов гибкого стекла в печи так, чтобы они опускались на точно отполированный цилиндрический кварц. оправки соответствующего радиуса. В покрытия были применены группой на Датский технический университет.

Затем снаряды были собраны на Nevis Laboratories 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 жесткой рентгеновской оптики, хотя оно примерно в сто раз хуже, чем лучшее разрешение, достигаемое на более длинных волнах с помощью Рентгеновская обсерватория Чандра.

Детекторы

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

Каждая фокусирующая оптика имеет собственный модуль фокальной плоскости, состоящий из твердотельного теллурид кадмия и цинка (CdZnTe) детектор пикселей[22] в окружении CsI защита от совпадений. Один детекторный блок - или фокальная плоскость - включает четыре (два на два) детектора, производства eV Продукты. 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 датчики комнатной температуры полупроводники которые очень эффективно превращают фотоны высоких энергий в электроны. Электроны записываются в цифровом виде с использованием специализированных интегральных схем (ASIC), разработанных NuSTAR. Калтех Команда фокальной плоскости. 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 йодид цезия (CsI) кристаллы, окружающие корпус детектора. Кристаллические экраны, выращенные Сен-Гобен, 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

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

В феврале 2013 года НАСА сообщило, что NuSTAR вместе с XMM-Ньютон космическая обсерватория, измерила скорость вращения сверхмассивная черная дыра в центре галактики NGC 1365.[25]

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

Отслеживание радиоактивности в остатке сверхновой

Одна из основных целей NuSTAR - охарактеризовать взрывы звезд путем картирования радиоактивного материала в остаток сверхновой. Карта NuSTAR Кассиопея А показывает изотоп титана-44, сосредоточенный в сгустках в центре остатка, и указывает на возможное решение загадки взрыва звезды. 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

Андромеда

В январе 2017 года исследователи из Даремский университет и Саутгемптонский университет, возглавляющая коалицию агентств, использующих данные NuSTAR, объявила об открытии сверхмассивных черных дыр в центре близлежащих галактик. NGC 1448 и IC 3639.[28][29][30]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d "Ядерно-спектроскопическая решетка телескопов, или NuSTAR" (PDF). Июнь 2012 г.. Получено 16 июн 2012.
  2. ^ а б c d "NuSTAR (Ядерно-спектроскопическая телескопическая решетка)". eoPortal. Европейское космическое агентство. Получено 2 июля 2015.
  3. ^ а б Рэй, Джастин. «Центр статуса миссии». Космический полет сейчас. Получено 13 июн 2012.
  4. ^ «НУСТАР - Орбита». Небеса выше. 3 ноября 2017 г.. Получено 3 ноября 2017.
  5. ^ "Около". NuSTAR. Калтех. Получено 15 октября 2017.
  6. ^ Клавин, Уитни; Перротто, Трент Дж .; Диллер, Джордж (16 марта 2012 г.). «Запуск миссии NASA NuSTAR отложен». НАСА. Получено 15 октября 2017.
  7. ^ а б c «НАСА выбирает предложения исследовательской миссии для технико-экономического обоснования (03-353)» (Пресс-релиз).
  8. ^ Гронсталь, Аарон Л. (8 августа 2014 г.). «Два года NuSTAR». Журнал Astrobiology. Получено 5 января 2020.
  9. ^ «НАСА выбирает предложения исследовательской миссии для технико-экономического обоснования (03-353)» (Пресс-релиз). Дуэйн Браун, НАСА. 4 ноября 2003 г.. Получено 20 июля 2011.
  10. ^ «НАСА выбирает небольшой полет исследователя (05-026)» (Пресс-релиз). Долорес Бизли / Гретхен Кук-Андерсон, НАСА. 26 января 2005 г.. Получено 20 июля 2011.
  11. ^ "НАСА возобновляет миссию телескопа по обнаружению черных дыр (07-198)" (Пресс-релиз). Серая Хауталуома, НАСА. 21 сентября 2007 г.. Получено 20 июля 2011.
  12. ^ «НАСА возобновляет миссию телескопа по обнаружению черных дыр». НАСА / Лаборатория реактивного движения. 21 сентября 2007 г.. Получено 20 июля 2011.
  13. ^ Штатные писатели (21 сентября 2007 г.). «НАСА планирует поиск черной дыры». SPACE.com. Получено 20 июля 2011.
  14. ^ а б "NuSTAR". НАСА.
  15. ^ Нельсон, Джон (4 сентября 2009 г.). «НАСА одобряет космическую миссию с использованием рентгеновских лучей». НАСА / Лаборатория реактивного движения. Получено 20 июля 2011.
  16. ^ Клавин, Уитни; Перротто, Трент Дж; Диллер, Джордж (16 марта 2012 г.). «Запуск миссии NASA NuSTAR отложен». NASA.gov. Получено 31 мая 2012.
  17. ^ «НАСА выбирает ракету Pegasus Orbital для запуска космического научного спутника NuSTAR». Орбитальный. 18 февраля 2009 г.. Получено 20 июля 2011.
  18. ^ Московиц, Клара (13 июня 2012 г.). «НАСА запускает телескоп NuSTAR на орбиту для поиска черных дыр». Новости NBC. Получено 15 июн 2012.
  19. ^ «NuSTAR успешно разворачивает огромную мачту». 22 июня 2012 г.
  20. ^ «Оптика NuSTAR». Архивировано из оригинал 20 мая 2012 г.
  21. ^ Хейли, Чарльз Дж .; Ань, Хунцзюнь; Blaedel, Kenneth L .; Brejnholt, Nicolai F .; Christensen, Finn E .; и другие. (29 июля 2010 г.). «Ядерно-спектроскопический телескоп (NuSTAR): обзор оптики и текущее состояние» (PDF). Труды SPIE. Космические телескопы и приборы 2010: от ультрафиолета до гамма-лучей. 7732: 77320Т. Bibcode:2010SPIE.7732E..0TH. Дои:10.1117/12.857654. Архивировано из оригинал (PDF) 19 июля 2011 г.
  22. ^ Харрисон, Фиона (21 мая 2010 г.). Системы обнаружения полупроводникового излучения. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN  9781439803851.
  23. ^ Рана, Викрам (2009). «Разработка детекторов фокальной плоскости для миссии NuSTAR». (PDF). Proc. SPIE. УФ, рентгеновское и гамма космическое оборудование для астрономии XVI. 7435: 743503. Bibcode:2009SPIE.7435E..03R. Дои:10.1117/12.825418.
  24. ^ Китагучи, Такао (2011). «Спектральная калибровка и моделирование пиксельных детекторов NuSTAR CdZnTe». Proc. SPIE. УФ, рентгеновское и гамма космическое оборудование для астрономии XVII. 8145: 814507. arXiv:1109.0378. Bibcode:2011SPIE.8145E..07K. Дои:10.1117/12.896972.
  25. ^ «NuSTAR НАСА помогает разгадать загадку вращения черной дыры». НАСА. 27 февраля 2013 г.. Получено 3 марта 2013.
  26. ^ а б Клавин, Уитни; Харрингтон, Дж. Д. (12 августа 2014 г.). "NuSTAR НАСА видит редкое размытие света черной дыры". НАСА. Получено 12 августа 2014.
  27. ^ "NuSTAR НАСА раскрывает тайну взрыва звезд". JPL. 19 февраля 2014 г.. Получено 24 апреля 2015.
  28. ^ Ландау, Элизабет (7 января 2017 г.). «Черные дыры прячутся на нашем космическом заднем дворе». НАСА. Получено 7 января 2017.
  29. ^ Annuar, A .; Александр, Д. М .; Gandhi, P .; Lansbury, G.B .; 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. Дои:10.3847/1538-4357/836/2/165.
  30. ^ Бурман, Питер Дж .; Gandhi, P .; Александр, Д. М .; Annuar, A .; Ballantyne, D. R .; 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. Дои:10.3847/1538-4357/833/2/245.

внешние ссылки

дальнейшее чтение