NASA lancerer røntgenteleskop på raket, der lyder, for at undersøge stjernevrag

NASA lancerede et prototype teleskop og instrument til at observere røntgenstrålerne udsendt af Cassiopeia A, det ekspanderende affald af en eksploderet stjerne. High-Resolution Microcalorimeter X-ray Imaging Rocket (Micro-X) blev opsendt den 22. juli ombord på en sub-orbital løfteraket kaldet en sonderende raket og testede dens detektorteknologi med succes.

"Flyvetiden for en sonderende raket er kort sammenlignet med satellitter i kredsløb, så du skal have så meget lys som du kan for at lave den videnskab du ønsker, " sagde hovedefterforsker Enectali Figueroa-Feliciano, lektor i fysik ved Northwestern University i Evanston, Illinois. "Der er kun et par røntgenkilder på himlen, der er lyse nok til de få minutters observationstid, som sådanne flyvninger giver os, og Cassiopeia A er en af ​​de lyseste. Vores undersøgelse vil bygge på den nuværende viden om supernova -rester, hvordan de eksploderede og udviklede sig, og vi vil få ny indsigt i historien om Cassiopeia A."

Lanceret fra den amerikanske hærs White Sands Missile Range i New Mexico, Micro-X steg til 160 meters højde-krævet for at detektere røntgenstråler, der absorberes af Jordens atmosfære-og observerede resterne i de næste fem minutter. På sit højdepunkt nåede Micro-X en højde på 270 kilometer.

Missionen inkorporerer det første array af overgangs-sensor-røntgenmikrokalorimetre, der flyver ud i rummet. Disse sensorer fungerer som meget følsomme termometre og gør ideelle detektorer til et røntgenteleskop.

Mikrokalorimeteret består af tre hoveddele:en absorber, der optager lys og omdanner det til varme, en termistor, der ændrer sin egen modstand på grund af skiftende temperatur og en køleplade, der køler mikrokalorimeteret ned igen.

For Micro-X, et køleskab køler detektoren til omkring 459 grader under nul Fahrenheit (0,075 grader Celsius over det absolutte nulpunkt), eller næsten den mindst mulige temperatur. Når instrumentet registrerer røntgenstråler, lysets energi omdannes til varme. Dette medfører en let temperaturstigning, får køleskabet til at afkøle detektoren tilbage til sin oprindelige temperatur. Energien for hver røntgenstråle kan bestemmes ud fra temperaturændringen.

Et af de mange spørgsmål, som videnskabsmænd er interesserede i at bruge dataene til at besvare, er, hvorvidt temperaturerne på de gasser, der udstødes fra stjernens eksplosion, er de samme for jern og silicium, to elementer, som tidligere blev målt af NASAs Chandra X-ray Observatory. En sådan analyse var ikke mulig med Chandras spektrometre.

"Med Chandra, forskellige områder af supernova-resten overlapper hinanden i spektrometeret, "sagde F. Scott Porter, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, der deltager i missionen. "Micro-X er anderledes, fordi den kan tage hver eneste foton i sit synsfelt, fortæl den nøjagtige energi og lav et spektrum."

Oplysningerne indsamlet af Micro-X vil også blive brugt til at hjælpe med at besvare spørgsmålet om, hvor meget ilt der er i Cassiopeia A, lav en undersøgelse af de forskellige andre elementer i resterne og mål hastigheden af ​​den ringlignende udstødning fra den eksploderede stjerne.

Et aspekt af forskning, der ikke var muligt før Micro-X, var måling af svage spektrallinjer. Disse observationer vil nu fortælle forskerne, hvilke gasser der er til stede samt deres hastighed og retning. Dette er muligt, fordi lys fra kilder, der bevæger sig mod eller væk fra os, forårsager et skift i bølgelængde afhængigt af deres hastighed, et fænomen kendt som Doppler -skiftet.

Både Micro-X's mission og udnyttelsen af ​​overgangssensorer vil fortsætte i fremtiden. Micro-X-teamet planlægger at rette deres opmærksomhed mod andre kosmiske objekter. "I fremtidige flyvninger kan vi se på andre kilder som andre supernova -rester eller klynger af galakser, " sagde Figueroa-Feliciano. "Vi har endda tænkt på at bruge denne type raket til at lede efter mørkt stof."

Transition-edge sensorer vil også blive indarbejdet i kommende orbitale missioner. ESA's (European Space Agency) Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA), planlagt til lancering i begyndelsen af ​​2030'erne, vil have en række på omkring 5, 000 pixels, næsten 40 gange størrelsen på Micro-Xs 128-pixel detektor. ATHENA vil studere varme gasstrukturer - såsom grupper af galakser - og foretage en optælling af sorte huller.