NuSTAR

Nustar
NuSTAR spacecraft model.png
Nustar (Explorer 93) satelliet
Namen Explorer 93
Nucleaire spectroscopische telescooparray
Smex-11
Missietype Röntgenstralen astronomie
Operator NASA/ JPL
COSPAR ID 2012-031A Edit this at Wikidata
Satcat nee. 38358
Website http://www.nustar.caltech.edu/
Missieduur 2 jaar (gepland)
10 jaar, 4 maanden, 14 dagen (bezig)
Ruimtevaartuigen
Ruimtevaartuig Explorer xciii
Ruimtevaartuigtype Nucleaire spectroscopische telescooparray
Bus Leostar-2
Fabrikant Orbital Sciences Corporation
ATK Space -componenten
Lanceer massa 350 kg (770 lb) [1]
Lading massa 171 kg (377 lb)
Dimensies 1,2 × 10,9 m (3 ft 11 in × 35 ft 9 in)
Stroom 750 watt [2]
Start van missie
Lanceerdatum 13 juni 2012, 16:00:37 UTC[3]
Raket Pegasus XL (F41)
Lanceringssite Kwajalein Atoll, Stargazer
Aannemer Orbital Sciences Corporation
Orbitale parameters
Referentie systeem Geocentrische baan
Regime Bijna equatoriale baan
Perigee hoogte 596,6 km (370,7 km)
Apogee hoogte 612,6 km (380,7 km)
Helling 6.027 °
Periode 96,8 minuten
Hoofdtelescoop
Type Wolter type I
Brandpuntsafstand 10.15 m (33,3 ft) [2]
Verzamelruimte 9 Kev: 847 cm2 (131,3 m² in)
78 Kev: 60 cm2 (9,3 m² in)
Golflengten 3–79 Kev
Oplossing 9,5 boogseconden
Instrumenten
Dubbele röntgentelescoop
Explorer -programma
←STEENBOK (Explorer 92)
IRIS (Explorer 94) →
 

Nustar (Nucleaire spectroscopische telescooparray, ook genoemd Explorer 93 en Smex-11) is een NASA op ruimte gebaseerd Röntgenfoto telescoop die een conische benadering naar een Wolter -telescoop om röntgenfoto's van hoge energie te concentreren op astrofysisch bronnen, vooral voor nucleaire spectroscopieen werkt in het bereik van 3 tot 79 Kev.[4]

Nustar is de elfde missie van NASA's Kleine ontdekkingsreiziger (Smex-11) Satellietprogramma en het eerste op de ruimte gebaseerde direct-imaging Röntgentelescoop bij energieën voorbij die van de Chandra X-Ray Observatory en XMM-Newton. Het werd met succes gelanceerd op 13 juni 2012, na eerder vertraagd vanaf 21 maart 2012 vanwege softwareproblemen met het lanceervoertuig.[5][6]

De primaire wetenschappelijke doelen van de missie zijn om een ​​diep onderzoek uit te voeren voor zwarte gaten Een miljard keer massiever dan de zon, om te onderzoeken hoe deeltjes worden versneld tot zeer hoge energie in Actieve sterrenstelselsen om te begrijpen hoe de elementen worden gemaakt in de explosies van massieve sterren door beeldvorming Supernova -overblijfselen.

Na een tweejarige primaire missie te hebben voltooid,[7] Nustar zit in zijn tiende jaar van operatie.

Geschiedenis

De voorganger van Nustar, de hoge energie-focusserende telescoop (Heft), was een ballon-overgedragen versie die telescopen en detectoren droeg die werden geconstrueerd met behulp van vergelijkbare technologieën. In februari 2003 heeft NASA een Explorer -programma -aankondiging van Opportunity (AOO) uitgegeven. In reactie daarop werd Nustar in mei 2003 aan NASA voorgelegd, omdat een van de 36 missievoorstellen die strijden om de tiende en elfde kleine ontdekkingsmissies te zijn.[5] In november 2003 selecteerde NASA Nustar en vier andere voorstellen voor een haalbaarheidsstudie van vijf maanden.

In januari 2005 selecteerde NASA Nustar voor vlucht in afwachting van een haalbaarheidsstudie van een jaar.[8] Het programma werd in februari 2006 geannuleerd als gevolg van bezuinigingen op de wetenschap in het budget van NASA 2007. Op 21 september 2007 werd aangekondigd dat het programma opnieuw was gestart, met een verwachte lancering in augustus 2011, hoewel dit later werd uitgesteld tot juni 2012.[6][9][10][11]

De hoofdonderzoeker is Fiona A. Harrison van de California Institute of Technology (Caltech). Andere belangrijke partners zijn de Jet Propulsion Laboratory (JPL), Universiteit van California, Berkeley, Technische Universiteit van Denemarken (DTU), Columbia University, Goddard Space Flight Center (GSFC), Stanford universiteit, Universiteit van Californië, Santa Cruz, Sonoma State University, Lawrence Livermore National Laboratory, en de Italiaans ruimteagentschap (ASI). De belangrijkste industriële partners van Nustar zijn onder meer Orbital Sciences Corporation en ATK Space -componenten.

Launch

NASA heeft een contract gesloten met Orbital Sciences Corporation om Nustar (Mass 350 kg (770 lb)) te lanceren)[12] op een Pegasus XL Lanceer voertuig op 21 maart 2012.[6] Het was eerder gepland voor 15 augustus 2011, 3 februari 2012, 16 maart 2012 en 14 maart 2012.[13] Na een lanceringsvergadering op 15 maart 2012 werd de lancering verder teruggeduwd om tijd te geven om vluchtsoftware te beoordelen die door de vluchtcomputer van het lanceringsvoertuig wordt gebruikt.[14] De lancering werd met succes uitgevoerd om 16:00:37 UTC op 13 juni 2012[3] ongeveer 117 km (188 km) ten zuiden van Kwajalein Atoll.[15] Het lanceervoertuig van Pegasus werd uit de L-1011 'Stargazer' vliegtuig.[12][16]

Op 22 juni 2012 werd bevestigd dat de mast van 10 m (33 ft) volledig werd ingezet.[17]

Optiek

Nustar's geneste röntgenspiegels
Röntgenfoto's met een optisch systeem met Wolter Type-1 focussen

In tegenstelling tot zichtbare lichttelescopen-die spiegels of lenzen gebruiken die werken met normale incidentie-moet Nustar de optica van grazende incidentie gebruiken om röntgenfoto's te kunnen concentreren. Voor deze twee conische benadering Wolter -telescoop Ontwerpoptiek met een brandpuntsafstand van 10,15 m (33,3 ft) wordt aan het einde van een lang gehouden inzetbaar mast. Een laser metrologie Systeem wordt gebruikt om de exacte relatieve posities van de optica en het brandvlak te allen tijde te bepalen, zodat elk gedetecteerd foton kan worden toegewezen aan het juiste punt aan de hemel, zelfs als de optiek en het brandpuntsvlak verslaan ten opzichte van elkaar tijdens een belichting.

Elke focussische optiek bestaat uit 133 concentrische schelpen. Een bepaalde innovatie die Nustar mogelijk maakt, is dat deze schelpen zijn bedekt met Diepte-grad-meerlagige lagen (afwisselend atomisch dunne lagen van een materiaal met hoge dichtheid en lage dichtheid); Met de keuze van Nustar voor PT/SIC en W/SI Meerlagen, maakt dit reflectiviteit mogelijk tot 79 keV (de platina Kenrand energie).[18][19]

De optica werden geproduceerd, bij Goddard Space Flight Center, door dunne (210 μm (0,0083 in)) vellen flexibel glas in een oven te verwarmen, zodat ze over precisie-gepolijste cilindrische kwarts zakten doornacht van de juiste straal. De coatings werden toegepast door een groep op de Deense technische universiteit.

De schelpen werden vervolgens geassembleerd, bij de Nevis Laboratories van de Columbia University, met behulp van grafietafstanders die zijn bewerkt om het glas te beperken tot de conische vorm, en bij elkaar gehouden door epoxy. Er zijn in totaal 4680 spiegelsegmenten (de 65 binnenschalen omvatten elk zes segmenten en de 65 buitenste schalen twaalf; er zijn bovenste en onderste segmenten in elke schaal, en er zijn twee telescopen); Er zijn vijf spacers per segment. Omdat de epoxy 24 uur duurt om te genezen, wordt één schaal per dag geassembleerd - het heeft vier maanden geduurd om één optiek op te bouwen.

De verwachte puntspreadfunctie voor de vluchtspiegels is 43 boogseconden, het geven van een spotgrootte van ongeveer twee millimeter in het focale vlak; Dit is een ongekend goede resolutie voor het focussen van harde röntgenoptica, hoewel het ongeveer honderd keer erger is dan de beste resolutie die bij langere golflengten wordt bereikt door de Chandra X-Ray Observatory.

Detectoren

Een van de twee detectoren van Nustar
Nustar's mast ingezet op aarde; De inzet kijkt naar beneden naar de structuur

Elke focusserende optiek heeft zijn eigen focale vlakke module, bestaande uit een vaste toestand cadmium zink telluride (CDZNTE) Pixel -detector[20] omgeven door een cesiumjodide (CSI) anti-waaierschild. Eén detectoreenheid-of brandvlak-bestaat uit vier (twee-bij-twee) detectoren, vervaardigd door EV -producten. Elke detector is een rechthoekig kristal van afmeting van 20 x 20 mm (0,79 x 0,79 in) en dikte ~ 2 mm (0,079 in) die zijn geworden in 32 x 32 x 0,6 mm (1,260 x 1.260 × 0,024 in) pixels (elke pixel subtarisatie 12,3 arcseconden) en biedt in totaal 12 arcminutes gezichtsveld (FOV) voor elke focale vlakke module.

De cadmium zink telluride (CDZNTE) detectoren zijn het nieuwste van het nieuwste kamertemperatuur halfgeleiders die zeer efficiënt zijn in draaien Fotonen met veel energie naar binnen elektronen. De elektronen worden digitaal opgenomen met behulp van aangepast Toepassingsspecifieke geïntegreerde circuits (ASICS) Ontworpen door de Nustar California Institute of Technology (Caltech) Focal vliegtuigteam. Elke pixel heeft een onafhankelijke discriminator en individuele röntgeninteracties activeren het uitleesproces. Processors aan boord, één voor elke telescoop, identificeren de rij en kolom met de grootste pulshoogte en lees informatie van puls hoogte van deze pixel en de acht buren. De gebeurtenistijd wordt vastgelegd met een nauwkeurigheid van 2 μs ten opzichte van de klok aan boord. De locatie, energie en diepte van interactie in de detector worden berekend uit de negen-pixelsignalen.[21][22]

De focale vlakken worden afgeschermd door cesiumjodide (CSI) Kristallen die de detectorbehuizingen omringen. De kristalschilden, gekweekt door Heilige gobain, Registreer hoge energiefotonen en kosmische stralen die het focale vlak oversteken van andere richtingen dan de Nustar -optische as. Dergelijke gebeurtenissen zijn de primaire achtergrond voor Nustar en moeten correct worden geïdentificeerd en afgetrokken om fotonen met hoge energie uit kosmische bronnen te identificeren. De Nustar Active Shielding zorgt ervoor dat elke CZT -detectorgebeurtenis samenvalt met een actieve Shield -gebeurtenis wordt genegeerd.

Grote wetenschappelijke resultaten

Nustar heeft zijn veelzijdigheid aangetoond en de weg geopend voor veel nieuwe ontdekkingen in een breed scala aan gebieden van astrofysisch onderzoek sinds de lancering.

Spin -meting van een supermassief zwart gat

In februari 2013 onthulde NASA dat Nustar, samen met de XMM-Newton ruimteobservatorium, heeft de spinsnelheid van de superzwaar zwart gat in het midden van de melkweg NGC 1365.[23]

Nustar heeft deze eerste, gerichte uitzichten van het supermassieve zwarte gat in het hart van onze sterrenstelsel vastgelegd in röntgenlicht met een hoge energie.
Zwart gat met Corona, een röntgenbron
(Concept van de kunstenaar)[24]
Bazte van röntgenfoto's in de buurt van zwart gat
(Nustar; 12 augustus 2014)[24]

Radioactiviteit traceren in een overblijfsel van Supernova

Andromeda

Een van de belangrijkste doelen van Nustar is het karakteriseren van de explosies van sterren door het radioactieve materiaal in een mapping in een mapping Supernova -overblijfselen. De Nustar -kaart van Cassiopeia a toont de titanium-44 Isotoop concentreerde zich in klonten in het centrum van het overblijfsel en wijst op een mogelijke oplossing voor het mysterie van hoe de ster explodeerde. Wanneer onderzoekers supernova -explosies simuleren met computers, terwijl een enorme ster sterft en instort, stelt de hoofdschokgolf vaak vast en slaagt de ster niet. De nieuwste bevindingen suggereren sterk dat de exploderende ster letterlijk rondliep, waardoor de vastgelopen schokgolf opnieuw wordt ingeschreven en de ster eindelijk de buitenste lagen kon laten schieten.[25]

Nabijgelegen supermassieve zwarte gaten

In januari 2017, onderzoekers van Durham University en de Universiteit van Southampton, het leiden van een coalitie van agentschappen met behulp van Nustar -gegevens, kondigde de ontdekking aan van supermassieve zwarte gaten in het centrum van nabijgelegen sterrenstelsels NGC 1448 en IC 3639.[26][27][28]

Zie ook

Referenties

  1. ^ "Nucleaire spectroscopische telescooparray (Nustar)" (PDF). Jet Propulsion Laboratory. Juni 2012. Opgehaald 16 juni 2012.
  2. ^ a b "Nustar (nucleaire spectroscopische telescooparray)". European Space Agency. Opgehaald 2 juli 2015.
  3. ^ a b Ray, Justin. "Missie Status Center". SpaceFlight nu. Opgehaald 13 juni 2012.
  4. ^ "Over". Nustar. Caltech. Opgehaald 15 oktober 2017.
  5. ^ a b "Lancering van NASA's Nustar -missie uitgesteld". NASA. 16 maart 2012. Opgehaald 15 oktober 2017. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  6. ^ a b c "NASA selecteert Explorer-missievoorstellen voor haalbaarheidsstudies (03-353)" (Persbericht). Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  7. ^ Gronstal, Aaron L. (8 augustus 2014). "Twee jaar nustar". Astrobiology Magazine. Opgehaald 5 januari 2020.
  8. ^ "NASA selecteert Small Explorer Mission (05-026)". NASA. 26 januari 2005. Opgehaald 20 juli 2011. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  9. ^ "NASA herstart de telescoopmissie om zwarte gaten te detecteren (07-198)". NASA. 21 september 2007. Opgehaald 20 juli 2011. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  10. ^ "NASA herstart de telescoopmissie om zwarte gaten te detecteren". NASA (JPL). 21 september 2007. Opgehaald 20 juli 2011. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  11. ^ "NASA plant Black Hole Finder". Space.com. 21 september 2007. Opgehaald 20 juli 2011.
  12. ^ a b "Nustar". NASA. 18 februari 2015. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  13. ^ Nelson, Jon (4 september 2009). "NASA keurt röntgenruimte-missie goed". NASA (JPL). Opgehaald 20 juli 2011. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  14. ^ "Lancering van NASA's Nustar -missie uitgesteld". NASA. 16 maart 2012. Opgehaald 31 mei 2012.
  15. ^ "NASA selecteert Pegasus Rocket van Orbital om Nustar Space Science Satellite te lanceren". Orbitaal. 18 februari 2009. Opgehaald 20 juli 2011.
  16. ^ Moskowitz, Clara (13 juni 2012). "NASA blaast nustar -telescoop in een baan om op zwarte gaten te jagen". NBC -nieuws. Opgehaald 15 juni 2012.
  17. ^ "Nustar implementeert met succes enorme mast". Universum vandaag. 22 juni 2012.
  18. ^ "Nustar Optics". Gearchiveerd van het origineel op 20 mei 2012.
  19. ^ Hailey, Charles J.; An, hongjun; Blaedel, Kenneth L.; Brejnholt, Nicolai F.; Christensen, Finn E.; et al. (29 juli 2010). Arnaud, Monique; Murray, Stephen S.; Takahashi, Tadayuki (eds.). "De nucleaire spectroscopische telescooparray (NUSTAR): Optics Overzicht en huidige status" (PDF). Proceedings of the Spie. Space Telescopes and Instrumentation 2010: Ultraviolet to Gamma Ray. 7732: 77320t. Bibcode:2010spie.7732e..0th. doen:10.1117/12.857654. S2CID 121831705. Gearchiveerd van het origineel (PDF) op 19 juli 2011.
  20. ^ Harrison, Fiona (21 mei 2010). Halfgeleider stralingsdetectiesystemen. Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 9781439803851.
  21. ^ Rana, Vikram (2009). Siegmund, Oswald H. (ed.). "Ontwikkeling van focale vlakke detectoren voor de nucleaire spectroscopische telescooparray (NUSTAR) missie" (PDF). Proc. Spie. UV-, röntgenfoto- en gamma-röntgenruimte-instrumentatie voor astronomie XVI. 7435: 743503. Bibcode:2009Spie.7435E..03R. doen:10.1117/12.825418. S2CID 122500874.
  22. ^ Kitaguchi, Takao (2011). Siegmund, Oswald H. (ed.). "Spectrale kalibratie en modellering van de Nustar CDZNTE pixeldetectoren". Proc. Spie. UV-, röntgenfoto- en gamma-röntgenruimte-instrumentatie voor astronomie xvii. 8145: 814507. arxiv:1109.0378. Bibcode:2011spie.8145e..07k. doen:10.1117/12.896972. S2CID 12785111.
  23. ^ "NASA's Nustar helpt Ciddle of Black Hole Spin op te lossen". NASA. 27 februari 2013. Opgehaald 3 maart 2013. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  24. ^ a b "NASA's nustar ziet zeldzaam vervagen van zwart gatlicht". NASA (JPL). 12 augustus 2014. Opgehaald 12 augustus 2014. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  25. ^ "NASA's nustar maakt het mysterie van hoe sterren exploderen". JPL. 19 februari 2014. Opgehaald 24 april 2015. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  26. ^ "Zwarte gaten verbergen zich in onze kosmische achtertuin". NASA. 7 januari 2017. Opgehaald 7 januari 2017. Public Domain Dit artikel bevat tekst uit deze bron, die zich in de publiek domein.
  27. ^ Annuar, A.; Alexander, D. M.; Gandhi, P.; Lansbury, G. B.; Asmus, D.; et al. (Januari 2017). "Een nieuwe Compton-dikke AGN in onze kosmische achtertuin: de begraven kern onthullen in NGC 1448 met Nustar". The Astrophysical Journal. 836 (2): 165. arxiv:1701.00497. Bibcode:2017apj ... 836..165a. doen:10.3847/1538-4357/836/2/165. S2CID 11258638.
  28. ^ Boorman, Peter G.; Gandhi, P.; Alexander, D. M.; Annuar, A.; Ballantyne, D. R.; et al. (December 2016). "IC 3639-Een nieuwe bonafide Compton-Thick AGN onthuld door Nustar". The Astrophysical Journal. 833 (2). 245. arxiv:1610.08997. Bibcode:2016apj ... 833..245B. doen:10.3847/1538-4357/833/2/245. S2CID 36679784.

Externe links

Verder lezen