X線天文台の設計上の癖により、天文学者は以前は不要だった光を使用して、以前よりもさらに多くの宇宙物体を研究することが可能になりました。
ほぼ10年間、 米航空宇宙局(NASA)のNuSTAR(核分光望遠鏡アレイ)X線宇宙天文台は、衝突する死んだ星や高温ガスを楽しむ巨大なブラックホールなど、宇宙で最もエネルギーの高い天体のいくつかを研究してきました。 その間、科学者は天文台の側面から漏れる迷光に対処しなければなりませんでした。これは、外部ノイズが電話をかき消すのと同じように、観測を妨げる可能性があります。
しかし今、チームメンバーは、その迷光X線を使用して、NuSTARの周辺視野内のオブジェクトについて学習すると同時に、通常の対象を絞った観測を実行する方法を理解しました。 この開発は、NuSTARが提供する洞察を倍増させる可能性があります。 の新しい科学論文 天体物理学ジャーナル 宇宙の物体について学ぶためのNuSTARの迷光観測の最初の使用について説明します-この場合、 中性子星.
星が崩壊した後に残った物質の塊である中性子星は、ブラックホールに次ぐ、宇宙で最も密度の高い物体の一部です。 それらの強力な磁場はガス粒子をトラップし、それらを中性子星の表面に向けて漏斗状にします。 粒子が加速されてエネルギーを与えられると、NuSTARが検出できる高エネルギーX線を放出します。

この図は、NASAのNuSTARX線望遠鏡を宇宙で示しています。 33つのかさばるコンポーネントは、展開可能なマストまたはブームと呼ばれる10フィート(XNUMXメートル)の構造で分離されています。 光はブームの一方の端に集められ、もう一方の端の検出器に当たる前にその長さに沿って集束されます。 クレジット:NASA / JPL-Caltech
新しい研究では、SMC X-1と呼ばれるシステムについて説明しています。このシステムは、中性子星が、 天の川 (地球の故郷の銀河)。 SMC X-1のX線出力の明るさは、望遠鏡で見ると大きく変化しているように見えますが、NuSTARや他の望遠鏡による数十年にわたる直接観測により、変動のパターンが明らかになりました。 科学者たちは、X線望遠鏡で調べたときにSMCX-1の明るさが変化するいくつかの理由を特定しました。 たとえば、X線の明るさは、中性子星が各軌道で生きている星の後ろに沈むにつれて暗くなります。 論文によると、迷光データは、それらの十分に文書化された変更のいくつかを拾うのに十分な感度がありました。
カリフォルニア工科大学パサデナ校の天体物理学者であるマッキンリー・ブラムバックは、次のように述べています。 、および新しい研究の筆頭著者。 「将来的には、迷光データを使用して、オブジェクトの明るさが定期的に変化しているかどうかがわからないときにオブジェクトを確認し、このアプローチを使用して変化を検出できると便利です。」
形態と機能
ダンベルや犬の骨に似たNuSTARの形状により、新しいアプローチが可能になります。展開可能なマストと呼ばれる長さ33フィート(長さ10メートル)の狭い構造の両端にXNUMXつのかさばるコンポーネントがあります。ブーム。 通常、研究者は、研究したいオブジェクトに、かさばる端のXNUMXつ(光学系またはX線を収集するハードウェアを含む)を向けます。 光はブームに沿って宇宙船のもう一方の端にある検出器に移動します。 光の焦点を合わせるには、XNUMXつの間の距離が必要です。
しかし、迷光は、光学系をバイパスしてブームの側面から入ることによって検出器にも到達します。 それは、望遠鏡が直接観察するあらゆる物体からの光とともにNuSTARの視野に現れ、多くの場合、目でかなり簡単に識別できます。それは、画像の側面から現れるかすかな光の円を形成します。 (当然のことながら、迷光は他の多くの宇宙および地上望遠鏡にとって問題です。)
NuSTARチームメンバーのグループは、過去数年間、さまざまなNuSTAR観測から迷光を分離してきました。 各観測の周辺にある既知の明るいX線源を特定した後、彼らはコンピューターモデルを使用して、近くにある明るい物体に基づいてどのくらいの迷光が現れるかを予測しました。 彼らはまた、ほとんどすべてのNuSTAR観測を調べて、迷光の明らかな兆候を確認しました。 チームは、NuSTARが迷光観測を収集した約80個のオブジェクトのカタログを作成し、コレクションに「StrayCats」という名前を付けました。
「静かな映画館に座って、ドラマを見て、隣で上映されているアクション映画の爆発を聞いていると想像してみてください」と、カリフォルニア工科大学の上級研究科学者であり、StrayCatsの仕事を率いるNuSTARチームメンバーのブライアングレフェンステットは述べています。 「以前は、それが迷光のようなものでした。私たちが焦点を合わせようとしていたものから気をそらすものでした。 これで、その余分なノイズを有用なデータに変換するツールができ、NuSTARを使用して宇宙を研究するまったく新しい方法が開かれました。」
もちろん、迷光データは、NuSTARによる直接観測に取って代わることはできません。 迷光の焦点が合っていないことを除けば、NuSTARが直接観察できる多くのオブジェクトは、迷光カタログに表示するには薄すぎます。 しかし、Grefenstetteは、複数のカリフォルニア工科大学の学生がデータを調べて、周辺の物体からの急速な明るさの例を発見したと言いました。 中性子星の明るさの変化の周波数と強度を観察することは、科学者がそれらの物体に何が起こっているかを解読するのに役立ちます。
「X線源の長期的な振る舞いや明るさのパターンを探している場合、迷光観測は、より頻繁にチェックインしてベースラインを確立するための優れた方法になる可能性があります」とReneeLudlam氏は述べています。 NASAハッブルフェローシッププログラムカリフォルニア工科大学のアインシュタインフェローであり、StrayCatsチームのメンバーです。 「それらはまた、私たちがそれらを予期しないとき、または私たちが通常NuSTARをそれらに直接向けることができないときに、これらのオブジェクトの奇妙な振る舞いを捕らえることを可能にする可能性があります。 迷光観測は直接観測に取って代わるものではありませんが、より多くのデータが常に良好です。」
参考:マッキンリーC.ブラムバック、ブライアンW.グレフェンステット、ダグラスJKブイソン、マッテオバケッティ、ライリーコナーズ、ハビエルA.ガルシア、アムルタジャオダンド、ローマによる「NuSTAR迷光によるSMCX-1のスピンおよび軌道挙動のベースラインの拡張」 Krivonos、Renee Ludlam、Kristin K. Madsen、Guglielmo Mastroserio、John A. Tomsick、Daniel Wik、24年2022月XNUMX日、 アストロフィジカル·ジャーナル.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac4d24
ミッションの詳細
NuSTARは13年2012月XNUMX日に打ち上げられました。Caltechが主導し、管理する小さなエクスプローラーミッション JPL ワシントンにあるNASAの科学ミッション局のために、デンマーク工科大学(DTU)とイタリア宇宙機関(ASI)とのパートナーシップで開発されました。 望遠鏡の光学系は コロンビア大学、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダードスペースフライトセンター、およびDTU。 宇宙船は、バージニア州ダレスにあるOrbitalSciencesCorp.によって製造されました。 NuSTARのミッションオペレーションセンターは カリフォルニア大学バークレー校、および公式のデータアーカイブは、NASAの高エネルギー天体物理学科学アーカイブ研究センターにあります。 ASIは、ミッションの地上局とミラーデータアーカイブを提供します。 CaltechはNASAのJPLを管理しています。