Professor leder videnskabeligt studie for nyt rumbaseret observatoriekoncept

Efter to års intensivt arbejde, ledet af U.S. Naval Research Laboratory's (NRL) Space Science Division, designet til et konceptuelt rumbaseret observatorium er på vej til National Academies of Science, Engineering and Medicine's Decadal Survey on Astronomi and Astrophysics, som fastlægger astronomisamfundets prioriteter for det næste årti.

For Texas Tech Universitys Tom Maccarone, som har spillet en integreret rolle i observatoriets udvikling i løbet af de sidste to år, nu begynder et lige så vigtigt kapitel – at sikre, at centrale beslutningstagere forstår dets betydning.

Spectroscopic Time-Resolving Observatory for Broadband Energy X-rays (STROBE-X) er et missionskoncept for et røntgenobservatorium, der vil specialisere sig i hurtig tidsvariabilitet. Satellitten ville indsamle information fra sorte huller, neutronstjerner, forbigående begivenheder og kosmiske eksplosioner såsom voldsom ødelæggelse af stjerner i sorte hullers greb og binære neutronstjernekollisioner. De anslåede omkostninger til at bygge observatoriet er $880 millioner.

"Vi håber, at Decadal Survey specifikt vil sige, at STROBE-X bør udføres, " sagde Maccarone, en Presidential Research Excellence Professor i Texas Tech Department of Physics &Astronomy. "Men selvom de bare siger, at røntgen-timing og spektroskopi med højt samleområde er vigtigt, vi burde have en god chance for at få vores mission til at flyve."

Paul Ray, en astronom med NRL's High Energy Astrophysics and Applications sektion, ledet undersøgelsen til STROBE-X missionskonceptet.

"De fysiske forhold i eksotiske systemer som sorte huller og neutronstjerner er umulige at genskabe i noget jordbundet laboratorium, " sagde Ray. "Så, en mission som denne er den bedste måde at udvide vores forståelse på."

STROBE-X missionskonceptet kræver en smidig 5, 000-kilogram satellit med bredfeltmonitor til at detektere og lokalisere forbigående hændelser og overvåge tilstanden af ​​variable kilder. Disse observationer ville få satellitten til at træne sin enorme, primære instrumenter på et objekt af interesse. Den ville også reagere på meddelelser fra jordbaserede observatorier.

De primære instrumenter ville have mere end 10 gange så stort opsamlingsareal som tidligere røntgeninstrumenter – teknologi muliggjort af de seneste fremskridt inden for faststof røntgendetektorer og letvægts røntgenkoncentrerende optik. Målinger med disse instrumenter kan bestemme spindet af sorte huller, radius af neutronstjerner og grundstofferne skabt i eksplosive begivenheder.

Maccarone ledede udviklingen af ​​STROBE-X science casen under missionsstudiet. Han forudser, at mange nye faciliteter i 2020'erne vil undersøge himlen rutinemæssigt ved forskellige bølgelængder, leder efter forbigående og variable kilder.

Han sagde, at dette repræsenterer et skift fra traditionel astronomi, med vægt på meget dybe observationer af individuelle objekter, til big data science.

"STROBE-X, med sin bredfelts røntgenovervågning og hurtige reaktion, vil være en kritisk evne i tidsdomæneastronomiens æra, " sagde Maccarone.

Teknologien til det primære instrument på STROBE-X bliver allerede demonstreret af Neutron Star Interior Composition Explorer, en nyttelast knyttet til den internationale rumstation siden 2017.

Ifølge Colleen Wilson-Hodge, et medlem af studieholdet på NASAs Marshall Space Flight Center, STROBE-X ville være et vigtigt værktøj i astrofysikkens tidsalder.

"Gennem historien har vi lært om stjernerne ved at se på lyset fra dem – først visuelt, derefter med bølgelængder lige fra radiobølger til gammastråler, " sagde hun. "Den nylige udvikling af gravitationsbølge- og neutrino-detektorer har udvidet astronomi ud over kun elektromagnetiske bølger. STROBE-X ville give den elektromagnetiske kontekst for disse fænomener."

STROBE-X-undersøgelsen blev finansieret af NASA og udført af videnskabsmænd og ingeniører ved NRL, Texas Tech, Massachusetts Tekniske Institut, NASAs Marshall Space Flight Center og NASAs Goddard Space Flight Center.

De finansierede deltagere blev støttet af et samarbejde mellem mere end 130 videnskabsmænd fra adskillige amerikanske og internationale institutioner, som hjalp med at udvikle og forfine den videnskabelige case for missionen.

STROBE-X-undersøgelsen nød også godt af det igangværende samarbejde med europæiske forskere fra Italien, Spanien, Danmark og Storbritannien, der udviklede detektorteknologien og designerne til to af instrumenterne som en del af en European Space Agency-undersøgelse af en mission kaldet Large Observatory For X-ray Timing, eller LOFT.