NuSTAR

NuSTAR
Teleksop nukleární spektroskopie záření (Nuclear Spectroscopic Telescope Array)
COSPAR	2012-031A
Start	13.6.2012
Kosmodrom	Stargazer, Kwajalein, Marshall Islands
Nosná raketa	Pegasus XL
Typ oběžné dráhy	nízká oběžná dráha Země
Provozovatel	NASA/ JPL
Výrobce	Orbital Sciences, ATK Space Components
Program	Program Explorer
Hmotnost	350 kg (772 lb)
Oficiální web	https://www.nustar.caltech.edu/
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Logo mise NuSTAR (NASA)

NuSTAR je vesmírnou sondou v provozu. Funguje jako teleskop snímající rentgenové záření z spektra elektromagnetických vln. Sonda pracuje v rozmezí 3 až 79 keV. Název sondy je akronym z anglického pojmenování Nuclear Spectroscopic Telescope Array.

NuSTAR je již jedenáctou misí NASA V rámci programu satelitů Small Explorer (SMEX-11) a je první misí kosmického teleskopu zaměřeného na snímání rentgenového záření vyšších energií na kvalitnější úrovni, než bylo pozorování rentgenové observatoře Chandra a XMM-Newton z roku 1999. Sonda byla úspěšně vypuštena 13.6.2012. Start byl z důvodu softwarerových problémů zařízení odložen z původního termínu 21. března 2012 na pozdější datum. Primárním cílem je získat data z pozorování velmi vzdálených galaktických výdutí a přímo obřích černých děr o rozměrech miliardkrát větších, než je Slunce. Cílem mise je vyšetřovat, jakým způsobem jsou částice urychlovány při emitaci za vysokých energiích. Hlubší poznání těchto procesů má vést k pochopení, jak jsou vytvářeny prvky ve vesmíru během explozí velmi masivních hvězd a supernov . Rozložení prvků v časoprostoru vesmíru se odhaduje pomocí pozorování pozůstatků, které jsou nazvány "zbytky supernov" (SNR - supernova remnant). Po naplnění délky mise a uběhnutí dvou let, je sonda funkční již pátým rokem.

Historie

Předchozí mise HEFT (High Energy Focusing Telescope) byla verze s meteorologickými balóny, která nesla teleskopy a detektory sestavené za použití podobných metod. V únoru roku 2003, vydala NASA oznámení o příležitost navázaní na Program Explorer. V rámci programu byl založen v květnu NuSTAR, jako jeden z 36 navrhovaných misí. Kdy se koncept snažil o to být desátou a jedenáctou misí programu Small Explorer. V listopadu NASA vybrala NuSTAR a čtyři další návrhy na studii proveditelnosti trvající pět měsíců.

V lednu 2005 byla sonda NuSTAR vybrána NASA na zkušební let po jednom roce výzkumu. Program byl zrušen v únoru roku 2006, což vedlo k zastavení financování projektu za rok 2007 ze strany NASA. 21 září 2007 bylo vyhlášeno, navrácení programu s předpokládaným startem v srpnu 2011, toto datum bylo později posunuto na červen 2012.

Sonda vznikala ve spolupráci Kalifornské univerzity v Berkeley, JPL, Kolumbijské univerzity, Goddardova kosmického střediska, Stanfordovy univerzity, Kalifornské univerzity, Santa Cruz, Sonoma State University, Lawrence Livermore National Laboratory, a Italské kosmické agentury (ASI). Dále také s DTU (Technical University of Denmark) a dohlet nad projektem zaručuje Fiona A. Harrison z Caltechu. Hlavními technickými podporovateli jsou organizace Orbital Sciences Corporation a Orbital ATK.

Vypuštění sondy

Vyslání sondy (o hmotnosti celkem 350 kg) na raketě Pegasus XL do vesmíru bylo smluvně zajištěno s Orbital Sciences Corporation na 21.3.2012. Vyslání bylo nakonec posunuto z důvodu komplikací s letovým softwarem v počítači použivaném při vypouštění sondy do vesmíru. Start byl úspěšně proveden v čase 16:00:37 UTC v den 13.6.2012 kolem 117 námořních míl jižně od atolu Kwajalein. Raketa Pegasus byla za letu svržena z přístroje L-1011 'Stargazer'. Následně 22. června bylo potvrzeno, úspěšné rozložení 10 metrů dlouhé jeřábové konstrukce v prostředí kosmu.

Přístroje

Optické přístroje
Narozdíl od teleskopů zaměřených na vlnění viditelného světla, u kterých jsou používána zrcadla, nebo také čočky s kolmým dopadem. NuSTAR využívá klouzavého úhlu v optice, aby byla schopná zaměřit rentgenové záření. Pro tento mechanismus jsou využity dvě optiky způsobu kuželovité aproximace tzv. wolterova teleskopu s 10.15 metrů ohniskovou vzdáleností, umístěné na koncích dlouhého rozkládajícího se stožáru. Za užití systému laserové metrologie se determinuje přesná pozice optiky ohniskové vzdálenosti v jakémkoliv čase, takže každý zachycený foton může být zmapován zpět ke konkrétnímu astrofyzikálnímu zdroji na obloze. I při pohybu, kdy se napojená optika a ohnisková plocha pohybují relativně zvlášť jedna od druhé při prováděné expozici snímků.

Každá zaměřovací optika se skládá z 133 koncentrických obalových částí. Jedno konkrétní zlepšení je, že tyto obaly jsou kryty hloubkovou vícevrstvou (ovlivňující různé úrovně tenkých vrstev a materiálu o nízké hustotě) z W/Si na NuSTAR složené z Pt/SiC. Složení umožňuje odrazivost o energii 79 keV (platinovou K-edge). Optika byla vyprodukována na Goddardově kosmickém středisku, zahřiváním tenké 210 µm široké ploše flexibilního skla v peci, tak že propadnou přes přesně vyleštěné válcové křemenné trny s příslušným poloměrem. Povlaky byly aplikovány skupinou na Dánské technické univerzitě.

Kryty byly složeny do celku v laboratořích Nevis, Kolumbijské univerzity za použití grafitových distančních obrobených vrstev přístrojů na uzavření skla do kuželového tvaru, které drží pohromadě epoxid. Je využito celkem 4680 zrcadel (65 vnitřních vrstev každá komprimující šest segemntů a 65 vnějších vrstev komprimující 12 segmentů), na pět distančních podložek na segmentu. Zpevnění epoxidu zabere 24 hodin a jeden kryt je sestrojen za den, zabralo to celkem až čtyři měsíce na setavení jedné celé optiky.

Očekávaný bod rozšiřující se funkce pro letová zrcadla je 43 oblouků, což udává bod o velikosti 2 milimetrů na ohniskové ploše. Ve výsledku je překvapivě dobrý výsledek rozlišení pro zaměření na komplikované optice zachytavající rentgenové záření i přes přibližně stokrát horší výsledek než na nejlépe dosaženém rozlišení na dlouhých vlnových délkach rentgenové observatoře Chandra. Nyní se také očekává využití možného sloučení dat s pozorováním z Teleskopu Jamese Webba, které přinese nové poznatky.

Detektory
Každá zaostřující optika má svou vlastní ohniskouvou plochu skládající se z pevného CdZnTe (CZT - cadmium zinc telluride) pixelového detektoru. Ten je obklopen CsI štítem s protiklíčem. Jedna detekční jednotka (ohnisková plocha) má v sobě zakomponované čtyři (2 x 2) detektory, vyráběny z produktů na udržení výkonu kolem eV. Každý detektor je obdélníkový krystal rozměru 20 mm x 20 mm a je tlustý ~2 mm, do kterého byly vloženy mřížky 32 x 32, 0.6 mm pixelů (každý pixel leží pod obloukem 12.3´) a to zabezpečuje 12´ obloukové pole pozorovací plochy na každém modulu ohniskové plochy.

Část složených zrcadel sondy NuSTAR pro detekci rentgenového záření.

CZT detektory jsou udržovány v pokojové teplotě pro správné fungování polovodičů. Ty efektivně mění rychlé fotony o vysoké energii na elektrony. Elektrony jsou digitálně nahrávány za užití vytvořených ASICs (Application Specific Integrated Circuits), navrhnutých týmem FP team NuSTAR od Caltechu. Jendotlivé pixely mají samostatný diskriminační a individuální interakce s rentgenovým zářením, který spouští proces čtení. Palubní procesory sondy, jeden pro každý teleskop, identifikují řádek a sloupec s největší výškou impulsu a čtení informací. Tedy získává data z tohoto pixelu, stejně tak i z osmi sousedních pixelů. Čas události je zaznamenán s přesností dvou μs relativně k palubním hodinám. Zjištění polohy události, energie, hloubka interakcí v detektoru jsou kalkulovány a zpracovány z celku o těchto devíti-pixelech.

Ohniskové plochy jsou kryty krystaly CsI (Jodidem cesným), kterými jsou obložené uzavřené detektory. Krystalové krytí, doslova vyrostlé od Saint-Gobain, registrují vysoko-energetické fotony a kosmické záření, které prochází přes ohniskovou plochu ze různých směrů odlišných od směru optické osy NuSTAR. Takové události jsou primárně rušivým pozadím pro NuSTAR a musí být správně identifikovány a odečteny za účelem identifikace rychlých fotonů o vysoké energii z kosmických zdrojů. Aktivní štít sondy NuSTAR zabezpečuje, že jsou ignorovány jakékoliv události na tomto štítu shodné s událostmi na CZT detektoru.

Souhrn mise

Rozvinutá kostra satelitu NuSTAR.

Galaxie IC 3639 a její aktivní oblast v galaktické výduti pozorována sondou NuSTAR.

Sonda NuSTAR se od svého startu prokázala být všestranným nástrojem a otevřela obzory novým objevům v oblasti astrofyziky .

Měření rotace obřích černých děr

V únoru 2013, NASA vydala zprávu o NuSTAR, společně s vesmírnou observatoří XMM-Newton měřila výšku spinu obří černé díry v centru galaxie NGC 1365.

Sledování radioaktivity v zbytcích po supernově

Hlavním cílem NuSTAR je charakterizovat exploze a to mapováním radioaktivního materiálu ve zbytcích supernov (SNR). Zmapovaná oblast Cassiopeia A od sondy NuSTAR ukázala přítomnost koncetrace isotopu titanium-44, v shlucích v centru zbytků po vybuchlé supernově. Tyto poznatky mohou vést k většímu pochopení, jakým způsobem hvězda explodovala. Když výzkumníci simulovali výbuch a kolaps supernovy u velmi masivních hvězd s počítači, tak vlna způsobená výbuchem často stála a hvězda se neroztříštila. Poslední zjištění silně dokazují, jak hvězda jen doslova přetekla. Poté znovu zesílila zastavenou rázovou vlnu, což ve výsledku umožňuje u hvězdy konečně odstartovat roztažení a explozi své vnější vrstvy. U Stavů, kdy se při vývoji hvězd stává z hvězdy supernova jsou současně startovány procesy ovlivňující jádro konkrétní hvězdy, měnící jej na neutronovou hvězdu, nebo také hyperonovou hvězdu. Nicméně s tím spojené procesy zatím nejsou příliš známy. Existují další hypotetické druhy hvězd vznikající při hroucení supernov při neprobádaných procesech a nejsou zatím prokazané podrobným výzkumem jako například Kvarková hvězda, nebo také Preonové hvězdy, magnetary. O existenci kvarkových hvězd se vedou debaty a již je i domněnka, o zpozorování kvarkové hvězdy.

Blízké obří černé díry

V lednu 2017, výzkumníci z University Durham a University z Southampton, za společné koalice agentur využití dat z NuSTAR, oznámili objev obří černé díry v centru blízké galaxie NGC 1448 a IC 3639 .

• 
  Složená součást NuSTAR, která má být rozložena.
• 
  Graf sestavený ze sledování černé díry satelitem NuSTAR. Jsou zde viditelné výkyvy předpokládané pozorováním obíhající korony, nebo také akrečního disku u černé díry.
• 
  Simulace prvotních galaxií a jejich formace, ve velmi brzké době po předpokládaném Velkém Třesku.

Portály: Kosmonautika

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku NuSTAR na anglické Wikipedii.