Művész koncepciója a NuSTAR-ról a pályán. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL-Caltech
A röntgenobszervatórium tervezési furcsasága lehetővé tette, hogy a csillagászok a korábban nem kívánt fényt még több kozmikus objektum tanulmányozására használják fel, mint korábban.
Majdnem 10 éve, NASAA NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) röntgen-űrobszervatóriuma a világegyetem legnagyobb energiájú objektumai közül néhányat vizsgált, például az ütköző holt csillagokat és a forró gázon lakmározó hatalmas fekete lyukakat. Ezalatt a tudósoknak meg kellett küzdeniük az obszervatórium oldalain keresztül beszivárgó szórt fénnyel, amely ugyanúgy zavarhatja a megfigyeléseket, mint ahogy a külső zaj elnyomhatja a telefonhívást.
De most a csapat tagjai rájöttek, hogyan használhatják ezt a szórt röntgenfényt a NuSTAR perifériás látásában lévő objektumok megismerésére, miközben normál célzott megfigyeléseket is végeznek. Ez a fejlesztés megsokszorozhatja a NuSTAR által nyújtott betekintést. Új tudományos dolgozat a Asztrofizikai Journal leírja a NuSTAR szórt fény megfigyeléseinek első felhasználását egy kozmikus objektum megismerésére – ebben az esetben egy neutron csillag.
A csillag összeomlása után visszamaradt anyagrögök, a neutroncsillagok a világegyetem legsűrűbb objektumai közé tartoznak, csak a fekete lyukak után. Erőteljes mágneses mezőik befogják a gázrészecskéket, és a neutroncsillag felszíne felé vezetik őket. Ahogy a részecskék felgyorsulnak és energiát kapnak, nagy energiájú röntgensugárzást bocsátanak ki, amelyet a NuSTAR képes észlelni.
Ezen az ábrán a NASA NuSTAR röntgenteleszkópja látható az űrben. Két terjedelmes alkatrészt egy 33 láb (10 méter) szerkezet választ el egymástól, amelyet kihelyezhető árbocnak vagy gémnek neveznek. A fényt a gém egyik végén gyűjtik össze, és a hossza mentén fókuszálják, mielőtt a másik végén lévő detektorokat érintenék. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL-Caltech
Az új tanulmány az SMC X-1 nevű rendszert írja le, amely egy neutroncsillagból áll, amely egy élő csillag körül kering a két kis galaxis egyikében. Tejút (A Föld otthoni galaxisa). Az SMC X-1 röntgenkimenetének fényereje teleszkópokkal nézve vadul változik, de a NuSTAR és más teleszkópok több évtizedes közvetlen megfigyelése felfedte az ingadozások mintáját. A tudósok számos okot azonosítottak, amiért az SMC X-1 fényereje megváltozik, ha röntgenteleszkópokkal vizsgálják. Például a röntgensugarak fényereje csökken, amikor a neutroncsillag minden pályán az élő csillag mögé süllyed. A lap szerint a szórt fényadatok elég érzékenyek voltak ahhoz, hogy felismerjék ezeket a jól dokumentált változásokat.
„Úgy gondolom, hogy ez a cikk azt mutatja, hogy ez a szórt fényes megközelítés megbízható, mivel az SMC X-1 neutroncsillagának fényességének ingadozásait figyeltük meg, amelyeket közvetlen megfigyelésekkel már megerősítettünk” – mondta McKinley Brumback, a kaliforniai pasadenai Caltech asztrofizikusa. és az új tanulmány vezető szerzője. "Továbbra is jó lenne, ha a szórt fényadatokat felhasználhatnánk olyan objektumok megtekintésére, amikor még nem tudjuk, hogy rendszeresen változnak-e a fényességük, és esetleg ezt a megközelítést alkalmazhatnánk a változások észlelésére."
Forma és funkció
Az új megközelítés a NuSTAR súlyzóhoz vagy kutyacsonthoz hasonló alakja miatt lehetséges: két terjedelmes alkatrésze van egy keskeny, 33 láb hosszú (10 méter hosszú) szerkezet, az úgynevezett kivehető árboc mindkét végén, vagy bumm. Általában a kutatók az egyik terjedelmes végét – amely az optikát vagy a röntgensugarakat gyűjtő hardvert tartalmazza – a vizsgálni kívánt tárgyra irányítják. A fény a gém mentén eljut az űrhajó másik végén található detektorokhoz. A kettő közötti távolság szükséges a fény fókuszálásához.
De a szórt fény az optikát megkerülve a gém oldalain keresztül is eljut a detektorokhoz. Megjelenik a NuSTAR látómezejében a teleszkóp által közvetlenül megfigyelt bármely tárgyból származó fénnyel együtt, és gyakran meglehetősen könnyen azonosítható szemmel: a kép oldalain megjelenő halvány fény kört alkot. (Nem meglepő módon a szórt fény sok más űr- és földi teleszkóp problémája.)
A NuSTAR csapattagok egy csoportja az elmúlt néhány évet azzal töltötte, hogy elkülönítse a szórt fényt a különböző NuSTAR megfigyelésektől. Miután azonosították a fényes, ismert röntgenforrásokat az egyes megfigyelések perifériáján, számítógépes modellek segítségével megjósolták, mennyi szórt fény jelenjen meg az alapján, hogy melyik fényes objektum volt a közelben. Szinte minden NuSTAR megfigyelést is megvizsgáltak, hogy megerősítsék a szórt fény árulkodó jelét. A csapat körülbelül 80 objektumot tartalmazó katalógust készített, amelyekhez a NuSTAR kóborfény-megfigyeléseket gyűjtött, és a gyűjteményt „StrayCats”-nek nevezte el.
„Képzelje el, hogy egy csendes moziban ül, drámát néz, és hallja a robbanásokat a szomszédban játszódó akciófilmben” – mondta Brian Grefenstette, a Caltech vezető kutatója és a NuSTAR csapat tagja, aki a StrayCats munkáját vezeti. „A múltban ilyen volt a kósza fény – elvonja a figyelmet arról, amire összpontosítani próbáltunk. Most már rendelkezésünkre állnak az eszközök, amelyekkel ezt az extra zajt hasznos adatokká alakíthatjuk, és egy teljesen új módot nyitunk meg a NuSTAR használatában az univerzum tanulmányozására.”
Természetesen a szórt fényadatok nem helyettesíthetik a NuSTAR által végzett közvetlen megfigyeléseket. Azon kívül, hogy a szórt fény nem fókuszál, sok objektum, amelyet a NuSTAR közvetlenül képes megfigyelni, túl halvány ahhoz, hogy megjelenjen a szórt fény katalógusában. Grefenstette azonban azt mondta, hogy a Caltech több diákja átfésülte az adatokat, és olyan eseteket talált, amikor a perifériás objektumok gyors felfényesednek, ami bármilyen drámai esemény lehet, például termonukleáris robbanások a neutroncsillagok felületén. A neutroncsillagok fényességében bekövetkező változások gyakoriságának és intenzitásának megfigyelése segíthet a tudósoknak megfejteni, mi történik ezekkel az objektumokkal.
"Ha egy röntgenforrás hosszú távú viselkedésében vagy fényességében próbál mintát keresni, a szórt fény megfigyelései nagyszerű módja annak, hogy gyakrabban ellenőrizzenek, és meghatározzák az alapvonalat" - mondta Renee Ludlam. a NASA Hubble Ösztöndíjprogram Einstein-ösztöndíjasa a Caltech-nél és a StrayCats csapat tagja. „Azt is lehetővé tehetik, hogy furcsa viselkedéseket észleljünk ezekben az objektumokban, amikor nem számítunk rájuk, vagy amikor általában nem tudnánk közvetlenül rájuk irányítani a NuSTAR-t. A szórt fény megfigyelései nem helyettesítik a közvetlen megfigyeléseket, de a több adat mindig jó.
Hivatkozás: McKinley C. Brumback, Brian W. Grefenstette, Douglas JK Buisson, Matteo Bachetti, Riley Connors, Javier A. García, Amruta Jaodand, NuSTAR Stray Light segítségével „Az SMC X-1 forgási és orbitális viselkedésének alapvonalának kiterjesztése NuSTAR Stray Light segítségével” Krivonos, Renee Ludlam, Kristin K. Madsen, Guglielmo Mastroserio, John A. Tomsick és Daniel Wik, 24. február 2022., Az asztrofizikai folyóirat.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac4d24
Bővebben a küldetésről
A NuSTAR 13. június 2012-án indult. A Caltech által vezetett kis felfedező küldetés JPL a NASA Washingtoni Tudományos Küldetés Igazgatósága számára a Dán Műszaki Egyetemmel (DTU) és az Olasz Űrügynökséggel (ASI) együttműködve fejlesztették ki. A teleszkóp optikáját építette Columbia Egyetem, a NASA Goddard Űrrepülési Központja Greenbeltben, Maryland államban és a DTU-ban. Az űrrepülőgépet az Orbital Sciences Corp. építette Dulles-ben, Virginia államban. A NuSTAR missziós műveleti központja a University of California, Berkeley, a hivatalos adatarchívum pedig a NASA High Energy Astrophysics Science Archive Research Centerében található. Az ASI biztosítja a küldetés földi állomását és tüköradat-archívumát. A Caltech kezeli a NASA JPL-jét.
