El Observatorio Internacional de Rayos X ( IXO ) es un telescopio de rayos X cancelado que iba a ser lanzado en 2021 como un esfuerzo conjunto de la NASA , la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón ( JAXA ). En mayo de 2008, la ESA y la NASA establecieron un grupo de coordinación en el que participaron las tres agencias, con la intención de explorar una misión conjunta que fusionara los proyectos en curso XEUS y el Observatorio Constellation-X (Con-X). Esto propuso el inicio de un estudio conjunto para IXO. [1] [2] [3] [4] [5]La NASA se vio obligada a cancelar el observatorio debido a restricciones presupuestarias en el año fiscal 2012. Sin embargo, la ESA decidió reiniciar la misión por su cuenta desarrollando el Telescopio Avanzado para Astrofísica de Alta Energía como parte del programa Cosmic Vision . [5] [6]
Nombres | IXO |
---|---|
Tipo de misión | Observatorio espacial |
Operador | NASA / ESA / JAXA |
Sitio web | https://ixo.gsfc.nasa.gov/ |
Duración de la misión | 5 años (planeado) 10 años (posible) |
Propiedades de la nave espacial | |
Masa de lanzamiento | 4.375 kg (9645 libras) |
Energía | 3,7 kW |
Inicio de la misión | |
Fecha de lanzamiento | 2021 (cancelado) |
Cohete | Atlas V o Ariane V |
Sitio de lanzamiento | Cabo Cañaveral o Center Spatial Guyanais |
Contratista | United Launch Alliance o Arianespace |
Parámetros orbitales | |
Sistema de referencia | L 2 puntos |
Régimen | 800 kilometros |
Telescopio principal | |
Tipo | radiografía |
Longitud focal | 20 metros |
Instrumentos | |
Generador de imágenes de rayos X duros (HXI) Espectrómetro de resolución de alta temporización (HTRS) Espectrómetro de rejilla de rayos X (XGS) Espectrómetro de microcalomitros de rayos X (XMS) Polarímetro de rayos X (XPOL) | |
Ciencia con IXO
Las observaciones de rayos X son cruciales para comprender la estructura y evolución de las estrellas , las galaxias y el Universo en su conjunto. Las imágenes de rayos X revelan puntos calientes en el Universo, regiones donde las partículas han sido energizadas o elevadas a temperaturas muy altas por fuertes campos magnéticos , explosiones violentas e intensas fuerzas gravitacionales . Las fuentes de rayos X en el cielo también están asociadas con las diferentes fases de la evolución estelar , como los restos de supernovas , las estrellas de neutrones y los agujeros negros . [7]
IXO habría explorado el universo de rayos X y habría abordado las siguientes preguntas fundamentales y oportunas en astrofísica :
- ¿Qué sucede cerca de un agujero negro?
- ¿Cómo crecieron los agujeros negros supermasivos?
- ¿Cómo se forman las estructuras a gran escala?
- ¿Cuál es la conexión entre estos procesos?
Para abordar estas preguntas científicas, IXO habría rastreado órbitas cercanas al horizonte de sucesos de los agujeros negros , habría medido el giro del agujero negro para varios cientos de núcleos galácticos activos (AGN), habría utilizado la espectroscopia para caracterizar los flujos de salida y el entorno de AGN durante su actividad máxima, búsqueda para los agujeros negros supermasivos con un desplazamiento al rojo z = 10, mapee los movimientos masivos y la turbulencia en los cúmulos de galaxias , encuentre los bariones faltantes en la red cósmica utilizando cuásares de fondo y observe el proceso de retroalimentación cósmica donde los agujeros negros inyectan energía en escalas galácticas e intergalácticas. [8] [9] [10] [11]
Esto permitirá a los astrónomos comprender mejor la historia y evolución de la materia y la energía, la materia visible y oscura , así como su interacción durante la formación de las estructuras más grandes.
Más cerca de casa, las observaciones de IXO habrían restringido la ecuación de estado en las estrellas de neutrones, la demografía de giro de los agujeros negros , cuándo y cómo se crearon y dispersaron los elementos en el espacio exterior , y mucho más. [12] [13] [14]
Para lograr estos objetivos científicos, IXO requiere un área de recolección extremadamente grande combinada con una buena resolución angular para ofrecer sensibilidades inigualables para el estudio del Universo de alta z y para la espectroscopia de alta precisión de fuentes de rayos X brillantes. [15]
La gran área de recolección requerida porque, en astronomía , los telescopios recolectan luz y producen imágenes cazando y contando fotones . La cantidad de fotones recolectados pone el límite a nuestro conocimiento sobre el tamaño, la energía o la masa de un objeto detectado. Más fotones recolectados significa mejores imágenes y mejores espectros y, por lo tanto, ofrece mejores posibilidades para comprender los procesos cósmicos. [7]
Configuración de IXO
El corazón de la misión IXO era un gran espejo de rayos X con hasta 3 metros cuadrados de área de recolección y una resolución angular de 5 segundos de arco , que se logra con un banco óptico extensible con una distancia focal de 20 m. [3] [16]
Óptica
Una característica clave del diseño del espejo IXO es un conjunto de espejo único (Flight Mirror Assembly, FMA), que está optimizado para minimizar la masa mientras se maximiza el área de recolección, y un banco óptico extensible. [17]
A diferencia de la luz visible , los rayos X no se pueden enfocar con una incidencia normal, ya que los rayos X serían absorbidos en el espejo. En cambio, los espejos de IXO, como todos los telescopios de rayos X anteriores , usarán incidencias rasantes, dispersándose en un ángulo muy poco profundo. Como resultado, los telescopios de rayos X consisten en carcasas cilíndricas anidadas, con su superficie interior como superficie reflectante. Sin embargo, como el objetivo es recolectar tantos fotones como sea posible, IXO tendrá un espejo de más de 3 m de diámetro.
Como el ángulo rasante es una función inversamente proporcional a la energía de los fotones, los rayos X de mayor energía requieren ángulos rasantes más pequeños (menos de 2 °) para enfocarse. Esto implica distancias focales más largas a medida que aumenta la energía del fotón, lo que dificulta la construcción de telescopios de rayos X si se desea enfocar fotones con energías superiores a unos pocos keV. Por esa razón, IXO cuenta con un banco óptico extensible que ofrece una distancia focal de 20 m. Se seleccionó una distancia focal de 20 metros para IXO como un equilibrio razonable entre las necesidades científicas para la capacidad avanzada de recolección de fotones en los rangos de energía más altos y las limitaciones de ingeniería. Dado que ningún carenado de carga útil es lo suficientemente grande como para caber en un observatorio de 20 metros de largo, IXO tiene una estructura de medición desplegable entre el bus de la nave espacial y el módulo de instrumentos.
Instrumentos
Los objetivos científicos de IXO requieren recopilar muchas piezas de información utilizando diferentes técnicas como espectroscopia , sincronización, imágenes y polarimetría . Por lo tanto, IXO habría llevado una gama de detectores, que habrían proporcionado datos complementarios de espectroscopía, imágenes , temporización y polarimetría en fuentes de rayos X cósmicos para ayudar a desenredar los procesos físicos que ocurren en ellos. [3]
Dos espectrómetros de alta resolución, un microcalorímetro (XMS o espectrógrafo de imágenes criogénicas ( CIS ) y un conjunto de rejillas dispersivas (XGS) habrían proporcionado espectros de alta calidad sobre el paso de banda de 0,1 a 10 keV, donde la mayoría de los iones astrofísicamente abundantes tienen líneas de rayos X . [18]
La espectroscopía detallada de estos instrumentos habría permitido a los astrónomos de alta energía aprender sobre la temperatura, composición y velocidad de los plasmas en el Universo. Además, el estudio de características espectrales de rayos X específicas sondea las condiciones de la materia en un campo de gravedad extrema, como alrededor de los agujeros negros supermasivos . La variabilidad del flujo agrega una dimensión adicional al vincular la emisión con el tamaño de la región emisora y su evolución en el tiempo; el espectrómetro de alta resolución temporal (HTRS) en IXO habría permitido este tipo de estudios en un amplio rango de energía y con alta sensibilidad. [19]
Para ampliar nuestra vista del Universo de alta energía a los rayos X duros y encontrar los agujeros negros más ocultos, los detectores de imágenes de campo amplio y de rayos X duros (WFI / HXI) juntos habrían obtenido imágenes del cielo hasta 18 minutos de arco. campo de visión (FOV) con una resolución moderada (<150 eV hasta 6 keV y <1 keV (FWHM) a 40 keV). [20]
El polarímetro de rayos X de imágenes de IXO habría sido una herramienta poderosa para explorar fuentes como estrellas de neutrones y agujeros negros , midiendo sus propiedades y cómo impactan en su entorno. [21]
Los detectores se habrían ubicado en dos plataformas de instrumentos: la plataforma de instrumentos móviles (MIP) y la plataforma de instrumentos fijos (FIP). La plataforma móvil de instrumentos es necesaria porque los telescopios de rayos X no se pueden plegar como se puede hacer con los telescopios de espectro visible. Por lo tanto, IXO habría utilizado el MIP que contiene los siguientes detectores: un detector de imágenes de campo amplio y de imágenes de rayos X duros, un espectrómetro de imágenes de alta resolución espectral, un espectrómetro de alta resolución de tiempo y un polarímetro, y los gira en el enfoque a su vez. [22]
El espectrómetro de rejilla de rayos X se habría ubicado en la plataforma de instrumentos fijos. Este es un espectrómetro de dispersión de longitud de onda que habría proporcionado una alta resolución espectral en la banda de rayos X suaves. Se puede utilizar para determinar las propiedades del medio intergaláctico cálido-caliente, las salidas de los núcleos galácticos activos y las emisiones de plasma de las coronas estelares. [23]
Una fracción del haz del espejo se habría dispersado a una cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD), que habría operado simultáneamente con el instrumento MIP de observación y habría recopilado datos de fondo instrumentales, lo que puede ocurrir cuando un instrumento no está en el foco. posición. Para evitar interferir las señales astronómicas muy débiles con la radiación del telescopio, el telescopio en sí y todos sus instrumentos deben mantenerse fríos. Por lo tanto, la plataforma de instrumentos IXO habría presentado un gran escudo que bloquea la luz del Sol , la Tierra y la Luna , que de otro modo calentarían el telescopio e interferirían con las observaciones.
La óptica y la instrumentación de IXO proporcionarán un aumento de hasta 100 veces en el área efectiva para espectroscopía de alta resolución, espectroscopia profunda y sincronización espectroscópica de microsegundos con capacidad de alta tasa de conteo. [7] La mejora de IXO en relación con las misiones de rayos X actuales es equivalente a una transición del telescopio Palomar de 200 pulgadas a un telescopio de 22 m, mientras que al mismo tiempo se cambia de imágenes de banda espectral a un espectrógrafo de campo integral.
Lanzamiento
La fecha de lanzamiento prevista para IXO fue 2021, de entrar en una órbita L2 ya sea en el Ariane V o Atlas V . [3]
Operaciones científicas
IXO fue diseñado para operar durante un mínimo de 5 años, con una meta de 10 años, por lo que se anticipó que las operaciones científicas de IXO durarían de 2021 a 2030. [3]
Ver también
- Telescopio avanzado para astrofísica de alta energía
- Arcus
- Más allá del programa Einstein
- Observatorio de rayos X Chandra
- Observatorio Constellation-X
- Programa Grandes Observatorios
- Antena espacial de interferómetro láser
- Observatorio de rayos X Lynx
- XEUS
Referencias
- ^ "Anuncio: el Observatorio Internacional de rayos X (IXO)" . ixo.gsfc.nasa.gov . NASA. 24 de julio de 2008 . Consultado el 13 de marzo de 2021 . Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
- ^ "Anuncio del Observatorio Internacional de Rayos X (IXO)" . sci.esa.int . ESA. 24 de julio de 2008 . Consultado el 13 de marzo de 2021 .
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- ^ "Ciencia y Tecnología de la ESA: Documentos" . ESA. 12 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 13 de marzo de 2021.
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- ^ Ralf K. Heilmann (2009). "Desarrollo de un espectrómetro de rejilla de transmisión de ángulo crítico para el Observatorio Internacional de Rayos X" (PDF) . Proc. SPIE, vol. 7437 74370G-8, 2009 . BASA . Consultado el 13 de marzo de 2021 . Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
enlaces externos
- Sitio de la misión del Observatorio Internacional de Rayos X de la NASA
- Sitio de la misión del Observatorio Internacional de Rayos X de la ESA
- Catherine Cesarsky, Año Internacional de la Astronomía 2009 El Universo: Tuyo para descubrir
- ESA - descripción general de XEUS
- ESA - Observations: Ver en longitudes de onda de rayos X
- Encuesta Decadal Astro2010
- Encuesta Decenal 2000-2010