مفهوم الفنان لنوستار في المدار. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
سمح تصميم غريب في مرصد الأشعة السينية لعلماء الفلك باستخدام ضوء غير مرغوب فيه سابقًا لدراسة المزيد من الأجسام الكونية أكثر من ذي قبل.
لمدة 10 تقريبًا ، وكالة ناساقام المرصد الفضائي NuSTAR (مصفوفة التلسكوب الطيفي النووي) بدراسة بعض الأجسام عالية الطاقة في الكون ، مثل اصطدام النجوم الميتة والثقوب السوداء الهائلة بالغاز الساخن. خلال ذلك الوقت ، كان على العلماء التعامل مع الضوء الشارد المتسرب عبر جوانب المرصد ، والذي يمكن أن يتداخل مع الملاحظات مثلما يمكن للضوضاء الخارجية أن تغرق مكالمة هاتفية.
لكن أعضاء الفريق اكتشفوا الآن كيفية استخدام ضوء الأشعة السينية الشارد للتعرف على الأشياء الموجودة في الرؤية المحيطية لنوستار أثناء إجراء الملاحظات المستهدفة العادية أيضًا. هذا التطور لديه القدرة على مضاعفة الأفكار التي توفرها NuSTAR. ورقة علمية جديدة في مجلة الفيزياء الفلكية يصف الاستخدام الأول لرصدات الضوء الشارد لنوستار للتعرف على جسم كوني - في هذه الحالة ، أ النجم النيوتروني.
شذرات من المواد المتبقية بعد انهيار نجم ، النجوم النيوترونية هي من أكثر الأجسام كثافة في الكون ، وتأتي في المرتبة الثانية بعد الثقوب السوداء. مجالاتها المغناطيسية القوية تحبس جزيئات الغاز وتوجهها نحو سطح النجم النيوتروني. عندما يتم تسريع الجسيمات وتنشيطها ، فإنها تطلق أشعة سينية عالية الطاقة يمكن لـ NuSTAR اكتشافها.
يُظهر هذا الرسم التوضيحي تلسكوب NuSTAR للأشعة السينية التابع لناسا في الفضاء. يتم فصل مكونين ضخمين عن طريق هيكل يبلغ ارتفاعه 33 قدمًا (10 أمتار) يسمى الصاري القابل للنشر ، أو ذراع الرافعة. يتم جمع الضوء في أحد طرفي ذراع الرافعة ويتم تركيزه على طوله قبل الاصطدام بأجهزة الكشف في الطرف الآخر. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
تصف الدراسة الجديدة نظامًا يسمى SMC X-1 ، والذي يتكون من نجم نيوتروني يدور حول نجم حي في واحدة من مجرتين صغيرتين تدوران حول درب التبانة (مجرة منزل الأرض). يبدو أن سطوع خرج الأشعة السينية الخاص بـ SMC X-1 يختلف اختلافًا كبيرًا عند مشاهدته بواسطة التلسكوبات ، لكن عقودًا من الملاحظات المباشرة بواسطة NuSTAR والتلسكوبات الأخرى كشفت عن نمط للتقلبات. حدد العلماء عدة أسباب لتغير SMC X-1 في السطوع عند دراستها بواسطة تلسكوبات الأشعة السينية. على سبيل المثال ، يخفت سطوع الأشعة السينية حيث ينخفض النجم النيوتروني خلف النجم الحي مع كل مدار. وفقًا للصحيفة ، كانت بيانات الضوء الشارد حساسة بدرجة كافية لالتقاط بعض تلك التغييرات الموثقة جيدًا.
قال ماكينلي برومباك ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا: "أعتقد أن هذه الورقة تُظهر أن نهج الضوء الشارد هذا موثوق ، لأننا لاحظنا تقلبات السطوع في النجم النيوتروني في SMC X-1 التي أكدناها بالفعل من خلال الملاحظات المباشرة". ، والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة. "من الآن فصاعدًا ، سيكون أمرًا رائعًا إذا تمكنا من استخدام بيانات الضوء الشارد للنظر إلى الأشياء عندما لا نعرف بالفعل ما إذا كانت تتغير بانتظام في السطوع ومن المحتمل أن نستخدم هذا الأسلوب لاكتشاف التغييرات."
الشكل والوظيفة
النهج الجديد ممكن بسبب شكل نوستار ، الذي يشبه الدمبل أو عظم الكلب: يحتوي على مكونين ضخمين في طرفي هيكل ضيق بطول 33 قدمًا (طوله 10 أمتار) يسمى الصاري القابل للنشر ، أو فقاعة. عادة ، يشير الباحثون إلى أحد الأطراف الضخمة - التي تحتوي على البصريات ، أو الأجهزة التي تجمع الأشعة السينية - في الكائن الذي يريدون دراسته. ينتقل الضوء على طول ذراع الرافعة إلى أجهزة الكشف الموجودة في الطرف الآخر من المركبة الفضائية. المسافة بين الاثنين ضرورية لتركيز الضوء.
لكن الضوء الشارد يصل أيضًا إلى أجهزة الكشف عن طريق الدخول عبر جوانب ذراع التطويل ، متجاوزًا البصريات. يظهر في مجال رؤية NuSTAR جنبًا إلى جنب مع الضوء من أي كائن يرصده التلسكوب مباشرة ، وغالبًا ما يكون من السهل التعرف عليه بالعين: إنه يشكل دائرة من الضوء الخافت المنبثق من جوانب الصورة. (ليس من المستغرب أن الضوء الشارد يمثل مشكلة للعديد من التلسكوبات الفضائية والأرضية الأخرى.)
قضت مجموعة من أعضاء فريق NuSTAR السنوات القليلة الماضية في فصل الضوء الشارد عن ملاحظات NuSTAR المختلفة. بعد تحديد مصادر الأشعة السينية الساطعة والمعروفة في محيط كل ملاحظة ، استخدموا نماذج الكمبيوتر للتنبؤ بكمية الضوء الشارد الذي يجب أن يظهر بناءً على أي جسم ساطع كان في مكان قريب. لقد نظروا أيضًا في كل ملاحظة من نوستار تقريبًا لتأكيد العلامة الواضحة للضوء الشارد. أنشأ الفريق فهرسًا لحوالي 80 كائنًا جمعت نوستار من أجلها ملاحظات ضوئية شاردة ، وسمت المجموعة "StrayCats".
قال براين جريفينستيت ، كبير الباحثين في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وعضو فريق نوستار الذي يقود عمل StrayCats: "تخيل أنك تجلس في دار سينما هادئة ، وتشاهد الدراما ، وتسمع الانفجارات في فيلم الحركة الذي يتم عرضه في الجوار". "في الماضي ، هذا ما كان عليه الضوء الشارد - إلهاء عما كنا نحاول التركيز عليه. الآن لدينا الأدوات اللازمة لتحويل هذا التشويش الإضافي إلى بيانات مفيدة ، وفتح طريقة جديدة تمامًا لاستخدام NuSTAR لدراسة الكون ".
بالطبع ، لا يمكن لبيانات الضوء الشارد أن تحل محل الملاحظات المباشرة بواسطة NuSTAR. بصرف النظر عن عدم تركيز الضوء الشارد ، فإن العديد من الأشياء التي يمكن لنوستار رؤيتها مباشرة باهتة جدًا بحيث لا تظهر في كتالوج الضوء الشارد. لكن Grefenstette قال إن العديد من طلاب معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا قاموا بتمشيط البيانات ووجدوا حالات من السطوع السريع من الأجسام المحيطية ، والتي قد تكون أي عدد من الأحداث الدرامية ، مثل الانفجارات النووية الحرارية على أسطح النجوم النيوترونية. يمكن أن تساعد مراقبة تواتر وشدة تغيرات سطوع النجم النيوتروني العلماء في فك شفرة ما يحدث لتلك الأجسام.
قال رينيه لودلام: "إذا كنت تحاول البحث عن نمط في السلوك طويل المدى أو سطوع مصدر الأشعة السينية ، فقد تكون ملاحظات الضوء الشارد طريقة رائعة للتحقق في كثير من الأحيان وإنشاء خط أساس" ، زميل آينشتاين في برنامج زمالة ناسا هابل في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وعضو في فريق StrayCats. "يمكنهم أيضًا السماح لنا بمراقبة السلوكيات الغريبة في هذه الأشياء عندما لا نتوقعها أو عندما لا نكون قادرين عادةً على توجيه NuSTAR مباشرةً إليهم. لا تحل ملاحظات الضوء الشارد محل الملاحظات المباشرة ، ولكن دائمًا ما تكون المزيد من البيانات جيدة ".
المرجع: "تمديد خط الأساس لـ SMC X-1's Spin and Orbital Behavior مع NuSTAR Stray Light" بواسطة McKinley C. Brumback ، Brian W. Grefenstette ، Douglas JK Buisson ، Matteo Bachetti ، Riley Connors ، Javier A. García ، Amruta Jaodand ، Roman Krivonos و Renee Ludlam و Kristin K. Madsen و Guglielmo Mastroserio و John A. Tomsick و Daniel Wik ، 24 فبراير 2022 ، مجلة الفيزياء الفلكية.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac4d24
المزيد عن البعثة
تم إطلاق NuSTAR في 13 يونيو 2012. مهمة Small Explorer بقيادة معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وإدارتها JPL لمديرية المهام العلمية التابعة لوكالة ناسا في واشنطن ، تم تطويرها بالشراكة مع الجامعة التقنية الدنماركية (DTU) ووكالة الفضاء الإيطالية (ASI). تم بناء بصريات التلسكوب بواسطة جامعة كولومبياومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند و DTU. تم بناء المركبة الفضائية بواسطة Orbital Sciences Corp. في دالاس ، فيرجينيا. يقع مركز عمليات مهمة NuSTAR في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وأرشيف البيانات الرسمي موجود في مركز أبحاث أرشيف علوم الفيزياء الفلكية عالي الطاقة التابع لوكالة ناسا. يوفر ASI المحطة الأرضية للبعثة وأرشيف بيانات معكوس. يدير معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مختبر الدفع النفاث لناسا.
