Наши любимые дети

В заметке дается краткий обзор двух рентгеновских обсерваторий, разрабатываемых в настоящее время: NuSTAR, чей старт намечен на начало 2012 года и LOFT, которая находится на начальной стадии разработки. В обоих проектах используются пионерские решения, которые могут позволить добиться новых интересных результатов в астрофизике.

NuSTAR – фокусирующая оптика в жестком рентгене

Американский проект NuSTAR (The Nuclear Spectroscopic Telescope Array) – это космическая обсерватория, разрабатываемая в рамках программы НАСА «малые космические спутники» [1]. Рабочий диапазон прибора приходится на жёсткое рентгеновское излучение - 5-80 кэВ, в котором из действующих обсерваторий работают INTEGRAL и SWIFT, но NuSTAR будет обладать угловым разрешением всего в 9,5 угловых секунд, что в 75 раз лучше, чем у INTEGRAL.
 

Кроме того, использование нового метода фокусировки изображения – принципа скользящего отражения – вместо применявшегося ранее на этих энергиях принципа кодирующей апертуры позволило повысить чувствительность телескопа в 50-100 раз.

 Рис. 1 Сравнительный график уменьшения эффективной площади телескопа с ростом энергии для обсерваторий NuSTAR, Chandra и XMM-Newton [фото из статьи arXiv: 1008.1362]. 

 

Конструктивно обсерватория состоит из двух соосных телескопов, сфокусированных на двух детекторах. Фокусное расстояние в 10,15 метров достигается за счёт использования фермы, изначально находящейся в сложенном состоянии, и разворачивающейся до нужных размеров после вывода спутника на орбиту. 

Рис.2 Обсерватория NuSTAR после развёртывания на орбите. Слева видны два рентгеновских телескопа и звездный датчик. Справа – блок детекторов [фото с сайта NASA http://www.jpl.nasa.gov/missions/missiondetails.cfm?mission=NuSTAR].

После запуска, намеченного на 2012 год, NuSTAR будет в течение двух лет работать над четырьмя ключевыми задачами:

• изучением физических процессов, которые управляют эволюцией массивных чёрных дыр. В рамках программ GOODS, COSMOS и X-Bootes спутник NuSTAR будет отвечать за наблюдение за изменением состояния скрытых ядер активных галактик, чтобы подтвердить, что процессы, происходящие в них, согласуются с современными представлениями о процессах в открытых ядрах галактик;

• изучением популяций галактических компактных объектов и природы массивной чёрной дыры в центре Млечного пути;

• изучением сверхновых типа Ia;

• исследованием ускорения частиц в релятивистских джетах в активных ядрах галактик на примере блазаров (вместе с телескопами Fermi, Veritas, HESS и наземными радио и оптическими телескопами).

Выведенной на орбиту обсерватории понадобится месяц на проверку и настройку бортовых систем. После того как телескоп начнёт работать на полную мощность, ему потребуется ещё примерно 18 месяцев на выполнение основной программы. Оставшееся время он сможет выполнять дополнительные задачи, список которых уточняется, а также перенастраиваться на новые объекты, обнаруженные уже после запуска миссии. Телескоп будет обращаться вокруг Земли на низкой орбите с малым наклонением, чтобы не попадать в область действия Южно-Атлантической аномалии. Орбита рассчитана таким образом, что через 5 лет спутник сгорит в плотных слоях атмосферы.

Вся собранная спутником информация будет доступна на сайте научного архива высоких энергий исследовательского центра NASA (HEASARC) после первичной обработки.

LOFT – детекторы LHC в космосе

По другому пути решила пойти группа итальянских ученых [2]. Проект LOFT (Large Observatory For x-ray Timing) – это попытка создать космическую обсерваторию для изучения рентгеновского излучения энергией 2-30 кэВ с большой эффективной площадью детектора (10-15 кв. метров) за счёт использования уже готовых технических решений.

В качестве приёмника излучения будет выступать внутренний трекинговый детектор (ITS), используемый в эксперименте ALICE в Большом адронном коллайдере. Основа ITS – это силиконовые детекторы смещения (SDD), которые позволяют определить траекторию и энергию кванта рентгеновского излучения по накапливанию заряда на аноде (познакомиться с анимированным объяснением принципа SDD можно по адресу www.ketek.net/index.php?id=207). Коллиматором излучения будут капиллярные пластины, выполненные из свинцового стекла. Такие пластины производятся различными компаниями в массовом порядке и не являются уникальным оборудованием – то есть прекрасно вписываются в концепцию LOFT. В основу механизма, который отвечает за развёртывание системы на орбите и её ориентацию, легла платформа, использующаяся для крепления солнечных батарей на спутниках.

 Рис. 3 Возможное расположение панелей детекторов обсерватории LOFT на орбите и во время запуска с помощью ракеты-носителя ВЕГА [фото из статьи arXiv: 1008.1009].
 
 

Обсерватория LOFT, несмотря на не самые выдающиеся технические характеристики (диапазон доступных для изучения энергий, чувствительность и частота дискретизации), имеет некоторые преимущества перед существующими или планируемыми рентгеновскими телескопами. Во-первых, большая эффективная площадь прекрасно подходит для изучения быстрых когерентных пульсаций и квазипериодических колебаний при аккреции на нейтронную звезду или чёрную дыру, а также при изучении магнитаров. Во-вторых, отсутствие телескопов (фокусирующей оптики, кодирующих масок и т.п.) позволяет уделять каждому событию необходимое время, не отвлекаясь на другие эксперименты (как это происходит, например, с обсерваторией RXTE).

В целом, нужно отметить, что и сами разработчики осторожно относятся к своему проекту, признавая, что многие узлы и элементы требуют доработки и улучшения характеристик. В то же время, проведённые эксперименты показали, что если всё пойдёт по плану, и запуск обсерватории, намеченный на вторую половину десятилетия, состоится, то LOFT сможет существенно расширить наши представления о физике сколлапсировавших объектов, сильных нейтронных полей, структуре нейтронных звёзд, а также получить более точные значения уравнения состояния сверхплотной материи.

[1] (http://arxiv.org/abs/1008.1362)

[2] http://arxiv.org/abs/1008.1009).

Читайте также

Последние новости