Ein NASA-Astronomiesatellit, der am 9. Dezember vom Kennedy Space Center auf einer SpaceX-Rakete gestartet wurde, hat mit der Röntgenbeobachtung des Universums begonnen und sich auf eine Mission begeben, um die Natur von Schwarzen Löchern und den superdichten Skeletten zu untersuchen, die von explodierten Sternen zurückgelassen wurden.
Die Mission Imaging X-ray Polarimetry Explorer oder IXPE startete am 9. Dezember an Bord einer SpaceX Falcon 9-Rakete, die den Satelliten in eine einzige äquatoriale Umlaufbahn in einer Höhe von etwa 373 Meilen (600 Kilometer) beförderte.
Nach der Trennung von der Trägerrakete Falcon 9 entfaltete das 727 Pfund (330 Kilogramm) schwere IXPE-Raumschiff seine Solaranlagen und führte eine Reihe von Tests durch. Am 15. Dezember, weniger als eine Woche nach dem Start, verlängerte IXPE einen origamiförmigen Ausleger, der die drei Röntgenteleskope des Satelliten enthielt, wodurch der Satellit eine Länge von etwa 17 Fuß (5,2 Meter) von einem Ende zum anderen erhielt.
Der ausfahrbare Ausleger hat die richtige Länge, um es den Spiegeln der Teleskope zu ermöglichen, Röntgenlicht auf Detektoren im Hauptkörper des Raumfahrzeugs zu fokussieren, wodurch der IXPE-Satellit die von Schwarzen Löchern, Neutronensternen und unsichtbarem X ausgesandten hochenergetischen Wellen aufzeichnen kann -Strahlenquellen für Teleskope, die darauf abgestimmt sind, in anderen Wellenlängen zu beobachten.
„Die Inbetriebnahme ist abgeschlossen“, sagte Martin Weisskopf, IXPE-Hauptforscher am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama. „Die beiden nervenaufreibendsten Elemente der Inbetriebnahme waren das Aufstellen der Solarmodule und das Aufstellen des Auslegers.“
Nach Abschluss der Auslegerverlängerung verbrachten die Bodenmannschaften laut NASA etwa drei Wochen damit, die Manövrier- und Ausrichtungsfähigkeiten des Observatoriums zu überprüfen und die Teleskope auszurichten.
„Alle Funktionen des Raumfahrzeugs wurden während der Inbetriebnahme aktiviert und überprüft“, sagte Weisskopf während einer Pressekonferenz am 10. Januar bei einem Treffen der American Astronomical Society.
IXPE ist eine von vielen Röntgenastronomie-Missionen im Portfolio der NASA, aber es ist die erste, die darauf abgestimmt ist, das Polarisationssignal von Röntgenlicht zu messen. Strahlenquellen in hoher Winkelauflösung, maßen deren Spektroskopie oder chemische Fingerabdrücke und untersuchten die zeitliche Variation von Röntgensignalen.
„Durch diese Mission fügen wir der Astrophysik-Toolbox zwei Variablen hinzu, um diese Quellen zu verstehen“, sagte Weisskopf vor dem IXPE-Start. „Es ist der Grad der Polarisation und die mit der Polarisation verbundene Richtung.“
Die Polarisation von Röntgenlicht ist ein Maß für die Richtung seines elektromagnetischen Felds, ein verräterisches Signal, das Astrophysiker über die extremen Umgebungen um Schwarze Löcher und supermassive Objekte, einschließlich des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie, informieren kann Milchstraße.
Weisskopf sagte am 10. Januar, dass die Detektoren von IXPE, die als erste zur Messung der Röntgenpolarisation aus dem Weltraum entwickelt wurden, Lichtkalibrierungsquellen mit bekannten Eigenschaften beobachteten, um den Bodenmannschaften zu helfen, die Ausrichtung von Missionsteleskopen zu verfeinern.
Die drei identischen Teleskope von IXPE können die Energie, Position, Ankunftszeit und Polarisation jedes von ihnen gesammelten Röntgenphotons messen.
Zufrieden, dass die IXPE-Mission für ihre Wissenschaftskampagne bereit war, gaben die NASA-Beamten grünes Licht für den Beginn der ersten ihrer regelmäßigen astronomischen Beobachtungen am 11. Januar.
Das erste Ziel von IXPE heißt Cassiopeia A oder Cas A, eine riesige Trümmerwolke, die einen superdichten Neutronenstern in etwa 11.000 Lichtjahren Entfernung umgibt. Cassiopeia A entstand vor etwa 350 Jahren, als ein Stern, der schätzungsweise fünfmal massereicher ist als die Sonne, in einer gewaltigen Supernova explodierte.
Die Explosion schleuderte Material aus dem Inneren des Sterns mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen ins All und hinterließ den kollabierten Kern des Sterns, einen Neutronenstern. IXPE-Beobachtungen werden Einblicke in das Magnetfeld geben, das den Neutronenstern umgibt.
Das Observatorium wird Cassiopeia A etwa drei Wochen lang beobachten. Es ist das erste von 33 geplanten wissenschaftlichen Zielen, die für das erste Jahr der IXPE-Mission ausgewählt wurden, sagte Weisskopf.
Missionsplaner haben auch Beobachtungszeit für das IXPE vorgesehen, um seine Teleskope auf „Gelegenheitsziele“ auszurichten, wie Merkmale oder Objekte, die plötzlich am Himmel aufleuchten, sagte Weisskopf. „Wenn also etwas Interessantes auftaucht, können wir es uns ansehen.“
Der Flugplan hat Zeit, im ersten Betriebsjahr von IXPE insgesamt etwa 40 Ziele zu beobachten. IXPE wird seine Teleskope tage- oder wochenlang auf jedes Ziel ausrichten und dabei lange Röntgenaufnahmen sammeln, damit Wissenschaftler polarisierte Signale aus dem Hintergrundrauschen herausfiltern können.
Die NASA finanziert IXPE für eine zweijährige Kernmission, die nach Angaben der Agentur 214 Millionen US-Dollar wert ist, einschließlich Entwicklung, Start und Betrieb. Das Raumfahrzeug benötigt keinen Raketentreibstoff für Ziel- oder Umlaufmanöver.
IXPE ist eine Partnerschaft zwischen der NASA und der italienischen Weltraumbehörde, die die Röntgendetektoren der Mission und eine Bodenstation in Kenia bereitgestellt hat, um wissenschaftliche Daten vom Satelliten zu empfangen, während er über ihnen fliegt.
Laut Weisskopf kann die Polarisation von Röntgenstrahlen Wissenschaftlern Aufschluss über den Spin eines Schwarzen Lochs geben. Theoretische Berechnungen zeigen, dass der Polarisationsgrad eines Röntgensignals mit der Energie des Magnetfelds an seiner Quelle variiert.
„Schwarze Löcher haben nicht viele Eigenschaften, aber eine davon ist der Spin“, sagte er. „Dies ist also eine sehr faszinierende Verwendung der Polarimetrie, um etwas über die Natur ihrer Quelle zu bestimmen, und diese Geschichte ist in vielen anderen Fällen wahr.“
Andere Ziele für IXPE sind das supermassive Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, bekannt als Sagittarius A*. IXPE-Messungen können bestätigen, ob das Schwarze Loch vor einigen hundert Jahren viel heller war, als einige Wissenschaftler glauben.
IXPE wird auch weiter entfernte Ziele untersuchen, wie z. B. Blazer im Zentrum anderer Galaxien. Blazare haben starke Strahlungsstrahlen, die zufällig direkt auf die Erde gerichtet sind.
Die Mission wird auch die Polarisation von Röntgenstrahlen von Magnetaren untersuchen, die die stärksten Magnetfelder aller Sterne haben, einige Billionen Mal stärker als das Magnetfeld der Erde.
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