История рентгеновской астрономии - History of X-ray astronomy
История рентгеновской астрономии начинается в 1920 - х годах, с интересом в коротковолновой связи для ВМС США . Вскоре за этим последовало обширное исследование ионосферы Земли . К 1927 году интерес к обнаружению рентгеновского и ультрафиолетового (УФ) излучения на больших высотах вдохновил исследователей запустить ракеты Годдарда в верхние слои атмосферы для поддержки теоретических исследований и сбора данных. Первый успешный полет ракеты, оснащенной приборами, способными обнаруживать солнечное ультрафиолетовое излучение, произошел в 1946 году. Рентгеновские исследования Солнца начались в 1949 году. К 1973 году пакет солнечных приборов вышел на орбиту Скайлэба, предоставив важные солнечные данные.
В 1965 году программа Центра космических полетов имени Годдарда в области рентгеновской астрономии была инициирована серией экспериментов на воздушном шаре. В 1970-х годах за этим последовали ракетные эксперименты с высотным зондированием , за которыми последовали орбитальные (спутниковые) обсерватории.
Первый полет ракеты для успешного обнаружения космического источника рентгеновского излучения был запущен в 1962 году группой из Американской научно-инженерной организации (AS&E).
Длины волн рентгеновского излучения раскрывают информацию об испускающих их телах (источниках).
1920-е по 1940-е годы
Научно - исследовательская лаборатория ВМС (NRL) было открыто в 1923 году после ЕО Hulburt (1890-1982) прибыла туда в 1924 году он изучал физическую оптику . NRL проводил исследования свойств ионосферы ( отражающего слоя Земли ) из-за интереса к коротковолновой радиосвязи . Хьюберт (Хульберт?) Произвел серию математических описаний ионосферы в течение 1920-х и 1930-х годов. В 1927 году в Институте Карнеги в Вашингтоне Халберт, Грегори Брейт и Мерл Тув исследовали возможность оснащения ракет Роберта Годдарда для исследования верхних слоев атмосферы. В 1929 году Хулберт предложил экспериментальную программу, в которой ракета могла быть оснащена приборами для исследования верхних слоев атмосферы. Это предложение включало обнаружение ультрафиолетового излучения и рентгеновских лучей на больших высотах.
Герберт Фридман начал рентгеновские исследования Солнца в 1949 году и вскоре сообщил, что энергия «солнечного рентгеновского спектра ... достаточна для учета всей ионизации E-слоя ». Таким образом, один из первоначальных вопросов Хулбурта, источник и поведение радиоотражающего слоя, начал находить ответ в космических исследованиях .
В конце 1930-х годов другие исследования включали вывод о рентгеновской короне оптическими методами, а в 1949 году - более прямые доказательства путем обнаружения рентгеновских фотонов.
Поскольку атмосфера Земли блокирует рентгеновские лучи на уровне земли, открытие Вильгельма Рентгена не повлияло на наблюдательную астрономию в течение первых 50 лет. Рентгеновская астрономия стала возможной только благодаря возможности использовать ракеты, намного превышающие высоту воздушных шаров. В 1948 году американские исследователи использовали ракету Фау-2 немецкого производства для сбора первых записей солнечного рентгеновского излучения.
NRL разместила инструменты в ракетах, спутниках, Skylab и Spacelab 2.
В течение 60-х, 70-х, 80-х и 90-х годов чувствительность детекторов значительно выросла за 60 лет существования рентгеновской астрономии. Кроме того, значительно расширилась способность фокусировать рентгеновские лучи, что позволяет получать изображения высокого качества.
1960-е
Изучение астрономических объектов при самых высоких энергиях рентгеновских и гамма-лучей началось в начале 1960-х годов. До этого ученые знали только, что Солнце является интенсивным источником в этих диапазонах волн . Атмосфера Земли поглощает большую часть рентгеновских лучей и гамма-лучей, поэтому были необходимы полеты ракет, которые могли бы поднять научные полезные грузы над атмосферой Земли. Первый полет ракеты для успешного обнаружения космического источника рентгеновского излучения был запущен в 1962 году группой из Американской научно-инженерной организации (AS&E). В команду ученых, участвовавших в этом проекте, входили Риккардо Джаккони , Герберт Гурски , Фрэнк Паолини и Бруно Росси . Они использовали небольшой детектор рентгеновского излучения на борту ракеты, с помощью которой они обнаружили очень яркий источник в созвездии Скорпиона . Следовательно, этот источник позже был назван Scorpius X-1 .
1970-е
В 1970-х годах специальные спутники для рентгеновской астрономии , такие как Uhuru , Ariel 5 , SAS-3 , OSO-8 и HEAO-1 , развивали эту область науки поразительными темпами. Ученые выдвинули гипотезу, что рентгеновские лучи от звездных источников в нашей галактике исходили в основном от нейтронной звезды в двойной системе с нормальной звездой . В этих «рентгеновских двойных системах» рентгеновские лучи исходят от вещества, перемещающегося от нормальной звезды к нейтронной в процессе, называемом аккрецией . Двойная природа системы позволила астрономам измерить массу нейтронной звезды. Для других систем предполагаемая масса объекта, излучающего рентгеновское излучение, подтверждала идею существования черных дыр , поскольку они были слишком массивными, чтобы быть нейтронными звездами. Другие системы показали характерный импульс рентгеновского излучения , точно так же, как пульсары, как было обнаружено, в режиме радио, что позволило определить скорость вращения нейтронной звезды .
Наконец, было обнаружено , что некоторые из этих галактических источников рентгеновского излучения очень изменчивы. Фактически, некоторые источники появляются в небе, остаются яркими в течение нескольких недель, а затем снова исчезают из поля зрения. Такие источники называют рентгеновскими транзиентами . Было обнаружено, что внутренние области некоторых галактик также излучают рентгеновские лучи. Считается, что рентгеновское излучение этих активных ядер галактик исходит от ультрарелятивистского газа около очень массивной черной дыры в центре галактики. Наконец, было обнаружено диффузное рентгеновское излучение по всему небу.
1980-е годы по настоящее время
Изучение рентгеновской астрономии продолжалось с использованием данных множества спутников, которые были активны с 1980-х до начала 2000-х годов: программы HEAO , EXOSAT , Ginga , RXTE , ROSAT , ASCA , а также BeppoSAX , который зарегистрировал первое послесвечение гамма-всплеска (GRB). Данные с этих спутников продолжают способствовать нашему дальнейшему пониманию природы этих источников и механизмов, с помощью которых испускаются рентгеновские и гамма-лучи. Понимание этих механизмов, в свою очередь, может пролить свет на фундаментальную физику нашей Вселенной. Глядя на небо с помощью рентгеновских и гамма-инструментов, мы собираем важную информацию, пытаясь ответить на такие вопросы, как то, как возникла Вселенная и как она развивается, и получить некоторое представление о ее возможной судьбе.
Центр космических полетов Годдарда
Надувные шарики
В 1965 году по предложению Фрэнка Макдональда Элиху Болдт инициировал программу Годдарда по рентгеновской астрономии с серией экспериментов на воздушном шаре. На раннем этапе к нему присоединились Питер Серлемитсос, который только что защитил докторскую диссертацию по космической физике по магнитосферным электронам, и Гюнтер Риглер, аспирант физики Мэрилендского университета, заинтересованный в проведении своих диссертационных исследований по астрофизике.
С 1965 по 1972 год было проведено более десятка экспериментов на воздушном шаре (в основном из Нью-Мексико), в том числе первый из таких экспериментов в Австралии (1966), в котором было обнаружено жесткое рентгеновское излучение (хотя и с грубым угловым разрешением). из области в сторону Галактического Центра , центроид которого расположен среди идентифицированных впоследствии источников GX1 + 4, GX3 + 1 и GX5-1. Эксперимент на воздушном шаре в 1968 году был основан на многоанодной многослойной газовой пропорциональной камере ксенона, которая была недавно разработана в нашей лаборатории и представляет собой первое применение столь высокопроизводительного прибора для рентгеновской астрономии.
Из-за ослабления мягкого рентгеновского излучения остаточной атмосферой на высоте баллона эти ранние эксперименты были ограничены энергиями выше ~ 20 кэВ. Наблюдения вплоть до более низких энергий были начаты с серии ракетных экспериментов с высотным зондированием; к этому моменту к программе уже присоединился Стив Холт. Наблюдение с помощью ракеты в 1972 году Cas A, самого молодого остатка сверхновой в нашей галактике, дало первое обнаружение рентгеновской спектральной линии, излучения K-линии железа при энергии ~ 7 кэВ.
Ракеты
На рисунке справа показаны 15-секундные выборки необработанных отсчетов (за 20,48 мс), наблюдавшихся в 1973 году при облучении с помощью зондирования ракетами трех самых ярких рентгеновских двойных источников в нашей галактике: Her X-1 (1,7 дня ), Cyg X-3 (0,2 дня) и Cyg X-1 (5,6 дня). Период пульсара 1,24 секунды, связанный с Her X-1, сразу очевиден из данных, в то время как профиль скорости для Cyg X-3 полностью соответствует статистическим колебаниям в счетах, ожидаемых для источника, который является постоянным, по крайней мере, для продолжительности 15 секунд. показанной экспозиции; данные Cyg X-1, с другой стороны, явно демонстрируют хаотическое поведение "дробового шума", характерное для этого кандидата в черные дыры, а также предоставили предварительное свидетельство дополнительной особенности миллисекундной субструктуры "всплеска", отмеченной для первого время в этом наблюдении. Резкое обрезание на ~ 24 кэВ в плоском спектре, наблюдаемое для Her X-1 в этой экспозиции, предоставило первое зарегистрированное свидетельство того, что эффекты переноса излучения связаны с сильно намагниченной плазмой у поверхности нейтронной звезды. Спектральный компонент черного тела, наблюдаемый у Cyg X-3 во время этого эксперимента, дал веские доказательства того, что это излучение происходит в непосредственной близости от компактного объекта размером с нейтронную звезду.
Наблюдение Cyg X-3 год спустя с помощью того же прибора дало оптически тонкий тепловой спектр для этого источника и предоставило первое свидетельство сильного спектрального излучения K-линии железа рентгеновской двойной системой.
Орбитальные обсерватории
Наша большая площадь PCA (пропорциональная матрица счетчиков) в текущей миссии RXTE ( Rossi X-ray Timing Explorer ) действительно отражает наследие нашей программы зондирования ракет. RXTE продолжает предоставлять очень ценные данные, поскольку вступает во второе десятилетие успешной работы. Точечная рентгеновская камера Годдарда ASM (All-Sky Monitor) на Ариэль-5 (1974-1980) была первым рентгеновским астрономическим экспериментом, в котором использовались пропорциональные счетчики изображений (хотя и одномерные); он предоставил информацию о кратковременных источниках и долгосрочном поведении нескольких ярких объектов. Джин Суонк присоединилась к программе как раз к началу нашего эксперимента OSO-8 (1975-1978), первой широкополосной (2-40 кэВ) орбитальной обсерватории, основанной на многоанодных многослойных пропорциональных камерах, которая показала мощность Рентгеновская спектроскопия; например, было установлено, что излучение K-линии железа является повсеместной особенностью скоплений галактик.
Эксперимент космического рентгеновского излучения полного неба HEAO-1 A2 (1977-1979) предоставил наиболее полные данные (все еще самые окончательные) о широкополосном спектре космического рентгеновского фона и крупномасштабной структуре, а также широко используемую полную выборку. ярчайших внегалактических источников; он поставил сложный «спектральный парадокс», только что раскрытый новыми результатами по эволюции (из глубоких исследований) и по спектрам отдельных источников, простирающихся в гамма-диапазон. SSS (твердотельный спектрометр) в фокусе телескопа скользящего падения обсерватории Эйнштейна HEAO-2 (1978-1981) был первым недисперсионным спектрометром с высоким спектральным разрешением, который использовался для рентгеновской астрономии, здесь для энергий до ~ 3 кэВ , ограничено оптикой телескопа.
Благодаря использованию конической оптики из фольги, разработанной в нашей лаборатории, отклик рентгеновского телескопа скользящего падения был увеличен до 12 кэВ, что полностью перекрывает критически важный K-полосу излучения железа. Охлаждаемый твердотельный детектор Si (Li) использовался в фокусе такого телескопа для BBXRT (широкополосный рентгеновский телескоп) во время полета шаттла Astro-1 (STS-35) в Колумбии в декабре 1990 года, первого широкополосного телескопа. (0,3-12 кэВ) Рентгеновская обсерватория с фокусирующей оптикой.
В сотрудничестве с японскими рентгеновскими астрономами Годдард поставил рентгеновскую оптику с конической фольгой, которая использовалась для совместной японской и американской миссии ASCA (1993–2000). Это была первая обсерватория для получения широкополосных изображений, в которой использовались недисперсионные ПЗС-спектрометры.
Существенное улучшение возможностей твердотельных недисперсионных спектрометров было достигнуто в нашей лаборатории (в сотрудничестве с Университетом Висконсина) за счет успешной разработки квантовых калориметров с разрешением выше 10 эВ (FWHM). Такие спектрометры использовались в зондированном ракетном эксперименте для изучения спектральных линий горячей межзвездной среды нашей галактики и вскоре будут играть важную роль в совместной японско-американской рентгеновской обсерватории Сузаку, запущенной на орбите в июле 2005 года.
На критически важных ранних этапах этой программы была оказана техническая поддержка со стороны Дейла Арбогаста, Фрэнка Бирсы, Чиро Канкро, Упендра Десаи, Генри Дунга, Чарльза Глассера, Сида Джонса и Фрэнка Шаффера. Более 20 аспирантов (в основном из Университета Мэриленда в Колледж-Парке) успешно выполнили свои докторские диссертации в рамках нашей программы рентгеновской астрономии. Почти все эти бывшие студенты продолжали активно заниматься астрофизикой.
Раннее исследование
Период V-2 США
Начало поиска источников рентгеновского излучения над атмосферой Земли было 5 августа 1948 года в 12:07 по Гринвичу. Фау-2 армии США в рамках проекта «Гермес» был запущен с пускового комплекса (LC) 33 Уайт-Сэндс. Помимо проведения экспериментов Лаборатории военно-морских исследований США по космическому и солнечному излучению, температуре, давлению, ионосфере и фотографии , на борту был детектор солнечного рентгеновского излучения, который работал нормально. Ракета достигла апогея 166 км.
В рамках сотрудничества между Лабораторией военно-морских исследований США (NRL) и Инженерной лабораторией корпуса связи (SCEL) Мичиганского университета 9 декабря был запущен еще один V-2 (конфигурация V-2 42) с White Sands LC33. 1948 год, 16:08 GMT (09:08 по местному времени). Ракета достигла апогея 108,7 км и проводила эксперименты по аэрономии (ветер, давление, температура), солнечному рентгеновскому и радиационному излучению и биологии.
28 января 1949 года детектор рентгеновского излучения NRL (Blossom) был помещен в носовой обтекатель ракеты Фау-2 и запущен с ракетного полигона Уайт-Сэндс в Нью-Мексико. Были обнаружены рентгеновские лучи от Солнца. Апогей: 60 км.
Вторая совместная работа (NRL / SCEL) с использованием конфигурации V-2 UM-3 была запущена 11 апреля 1949 года в 22:05 по Гринвичу. Эксперименты включали регистрацию солнечного рентгеновского излучения, апогей: 87,4 км.
Миссия NRL Ionosphere 1, солнечные рентгеновские лучи, ионосфера, метеорит, запустила Фау-2 29 сентября 1949 года из Уайт-Сэндс в 16:58 по Гринвичу и достигла отметки 151,1 км.
Используя конфигурацию V-2 53, 17 февраля 1950 года был запущен солнечный рентгеновский эксперимент с White Sands LC 33 в 18:01 по Гринвичу, достигнув апогея в 148 км.
Последний запуск V-2 номер TF2 / TF3 прибыл 22 августа 1952 года в 07:33 по Гринвичу из Уайт-Сэндс, достигнув апогея 78,2 км и проводил эксперименты.
- солнечный рентген для NRL,
- космическое излучение для Национального института здоровья (NIH) и
- яркость неба для Управления исследований и разработок в воздухе.
Период аэроби
Первый успешный запуск Aerobee произошел 5 мая 1952 года в 13:44 по Гринвичу со стартового комплекса LC35 White Sands Proving Grounds . Это была конфигурация Aerobee RTV-N-10, достигшая апогея 127 км с экспериментами NRL по обнаружению солнечного рентгеновского и ультрафиолетового излучения.
19 апреля 1960 года Управление военно-морских исследований Aerobee Hi сделало серию рентгеновских снимков Солнца с высоты 208 км. Основой американской ракетной конюшни IGY был Aerobee Hi, который был модифицирован и улучшен для создания Aerobee 150.
Аэробьте 150 ракеты 12 июня 1962 года обнаружена первые рентгеновские лучи от других небесных источников (Скорпиус X-1).
Запуск деривативов СССР Фау-2
Начиная с 21 июня 1959 года из Капустина Яра, с модифицированного Фау-2, получившего обозначение Р-5В, СССР запустил серию из четырех аппаратов для регистрации солнечных рентгеновских лучей: Р-2А 21 июля 1959 года и два Р-2. 11А в 02:00 по Гринвичу и 14:00 по Гринвичу.
Жаворонок
Британский Скайларк, вероятно, был самой успешной из многих звуковых ракетных программ. Первый запуск был запущен в 1957 году из Вумеры , Австралия, а его 441-й и последний запуск состоялся 2 мая 2005 года из Эсрейндж , Швеция. Запускы проводились с площадок в Австралии, Европе и Южной Америке с использованием НАСА , Европейского космического агентства. Организация ( ESRO ), а также немецкие и шведские космические организации. Skylark был использован для получения первых качественных рентгеновских изображений солнечной короны.
Первые рентгеновские снимки неба в Южном полушарии были получены с помощью запусков Skylark. Он также использовался с высокой точностью в сентябре и октябре 1972 года при попытке определить местонахождение оптического аналога источника рентгеновского излучения GX3 + 1 по лунному покрытию.
Вероник
Французская Вероника была успешно запущена 14 апреля 1964 года из Хаммагиры , LC Blandine, на которой были проведены эксперименты по измерению интенсивности УФ- и рентгеновского излучения, а также FU110 для измерения интенсивности УФ-излучения по атомной линии H (Лайман-α), и снова 4 ноября, 1964 г.
Ранние сателлиты
Спутниковая программа SOLar RADiation (SOLRAD) была задумана в конце 1950-х годов для изучения воздействия Солнца на Землю, особенно в периоды повышенной солнечной активности. Solrad 1 был запущен 22 июня 1960 года на борту Thor Able с мыса Канаверал в 1:54 утра по восточному времени. Как первая в мире астрономическая обсерватория на орбите, SOLRAD I определила, что затухание радиоволн было вызвано солнечным рентгеновским излучением.
Первая из 8 успешно запущенных орбитальных солнечных обсерваторий ( OSO 1 , запущенная 7 марта 1963 г.) имела своей основной задачей измерение солнечного электромагнитного излучения в УФ, рентгеновском и гамма-диапазонах.
Первым спутником США, который обнаружил космическое рентгеновское излучение, была Третья орбитальная солнечная обсерватория, или OSO-3 , запущенная 8 марта 1967 года. Она была предназначена в первую очередь для наблюдения за Солнцем, что она очень хорошо сделала в течение своего двухлетнего срока службы. но он также обнаружил вспышку от источника Sco X-1 и измерил диффузный фон космического рентгеновского излучения .
OSO 5 был запущен 22 января 1969 года и просуществовал до июля 1975 года. Это был пятый спутник, выведенный на орбиту в рамках программы орбитальной солнечной обсерватории . Эта программа была предназначена для запуска серии почти идентичных спутников, которые охватят весь 11-летний цикл солнечной активности. Круговая орбита имела высоту 555 км и наклонение 33 °. Скорость вращения спутника составляла 1,8 с. Полученные данные дали спектр диффузного фона в диапазоне энергий 14-200 кэВ.
OSO 6 был запущен 9 августа 1969 г. Его орбитальный период составлял ~ 95 мин. Скорость вращения корабля составляла 0,5 об / с. На борту находился детектор жесткого рентгеновского излучения (27-189 кэВ) со сцинтиллятором NaI (Tl) 5,1 см 2 , коллимированный до 17 ° × 23 ° FWHM. Система имела 4 энергетических канала (разделенных 27-49-75-118-189 кэВ). Детектор вращался вместе с космическим кораблем в плоскости, содержащей направление на Солнце в пределах ± 3,5 °. Данные считывались с попеременной интеграцией 70 мс и 30 мс в течение 5 интервалов каждые 320 мс.
TD-1A был выведен на почти круговую полярную солнечно-синхронную орбиту с апогеем 545 км, перигеем 533 км и наклонением 97,6 °. Это был первый спутник ESRO с трехосевой стабилизацией, одна ось которого указывала на Солнце с точностью до ± 5 °. Оптическая ось поддерживалась перпендикулярно оси наведения на Солнце и плоскости орбиты. Он сканировал всю небесную сферу каждые 6 месяцев, при этом большой круг просматривался при каждом обороте спутника. Примерно через 2 месяца эксплуатации вышли из строя оба магнитофона спутника. Была создана сеть наземных станций, так что телеметрия в реальном времени со спутника регистрировалась примерно 60% времени. После 6 месяцев на орбите спутник вошел в период регулярных затмений, когда спутник прошел за Землей, отрезая солнечный свет от солнечных батарей. Спутник был переведен в режим гибернации на 4 месяца, пока не закончился период затмения, после чего системы были снова включены и проведены еще 6 месяцев наблюдений. TD-1A в первую очередь использовался для УФ-излучения, однако он нес как детектор космического рентгеновского излучения, так и детектор гамма-излучения. ТД-1А вернулся 9 января 1980 года.
Съемка и каталогизация источников рентгеновского излучения
OSO 7 была в первую очередь солнечной обсерваторией, предназначенной для наведения батареи ультрафиолетовых и рентгеновских телескопов на Солнце с платформы, установленной на цилиндрическом колесе. Детекторами для наблюдения источников космического рентгеновского излучения служили пропорциональные счетчики рентгеновского излучения. Телескоп жесткого рентгеновского излучения работал в диапазоне энергий 7 - 550 кэВ. OSO 7 выполнила рентгеновский обзор всего неба и обнаружила 9-дневную периодичность в Vela X-1, что привело к его оптической идентификации как HMXRB. OSO 7 был спущен на воду 29 сентября 1971 года и проработал до 18 мая 1973 года.
Скайлэб , научно-техническая лаборатория, была запущена на орбиту Земли с помощью ракеты Сатурн V 14 мая 1973 года. Были проведены детальные рентгеновские исследования Солнца. Эксперимент S150 выполнил обзор источника слабого рентгеновского излучения. S150 был установлен на верхней ступени SIV-B ракеты Saturn 1B, которая ненадолго облетела позади и ниже Skylab 28 июля 1973 года. Вся ступень SIV-B подверглась серии заранее запрограммированных маневров, сканирование которых происходило примерно на 1 ° каждые 15 секунд. чтобы позволить инструменту перемещаться по выбранным областям неба. Направление наведения определялось во время обработки данных с использованием инерциальной системы наведения ступени SIV-B в сочетании с информацией от двух датчиков видимых звезд, которые были частью эксперимента. Источники галактического рентгеновского излучения наблюдались в эксперименте S150. Эксперимент был разработан для регистрации фотонов 4,0-10,0 нм. Он состоял из одного большого (~ 1500 см 2 ) пропорционального счетчика, электрически разделенного тонкими проволочными заземляющими поверхностями на отдельные зоны сбора сигнала и смотрящие через лопасти коллиматора. Коллиматоры определяли 3 пересекающихся поля зрения (~ 2 × 20 °) на небе, что позволяло определять положение источников до ~ 30 '. Переднее окно прибора состояло из пластикового листа толщиной 2 мкм. Счетный газ представлял собой смесь аргона и метана. Анализ данных эксперимента S150 предоставил убедительные доказательства того, что мягкий рентгеновский фон не может быть объяснен как кумулятивный эффект многих неразрешенных точечных источников.
Солнечные исследования Skylab: ультрафиолетовая и рентгеновская фотография солнца для высокоионизированных атомов, рентгеновская спектрография солнечных вспышек и активных областей и рентгеновское излучение нижней солнечной короны.
Космическая станция " Салют-4 " была запущена 26 декабря 1974 года. Она находилась на орбите 355 × 343 км, с периодом обращения 91,3 минуты и наклонением 51,6 °. Рентгеновский телескоп начал наблюдения 15 января 1975 года.
Орбитальная солнечная обсерватория ( OSO 8 ) была запущена 21 июня 1975 года. Хотя основной задачей OSO 8 было наблюдение за Солнцем, четыре инструмента были предназначены для наблюдений других небесных источников рентгеновского излучения ярче, чем несколько милликрабов. Чувствительность 0.001 источника Крабовидной туманности (= 1 "mCrab"). OSO 8 прекратила свою деятельность 1 октября 1978 года.
Изменчивость источника рентгеновского излучения
Хотя несколько более ранних рентгеновских обсерваторий инициировали попытки изучения изменчивости источников рентгеновского излучения, после того, как каталоги источников рентгеновского излучения были окончательно установлены, можно было начать более обширные исследования.
Prognoz 6 имел два сцинтиллятора NaI (Tl) (2-511 кэВ, 2,2-98 кэВ) и пропорциональный счетчик (2,2-7 кэВ) для исследования солнечного рентгеновского излучения.
Космический корабль программы космических испытаний P78-1 или Solwind был запущен 24 февраля 1979 года и продолжал работать до 13 сентября 1985 года, когда он был сбит на орбите во время испытания ASM-135 ВВС США . Платформа была типа орбитальной солнечной обсерватории (OSO) с солнечно ориентированным парусом и вращающейся колесной секцией. P78-1 находился на солнечно-синхронной орбите с полудня до полуночи на высоте 600 км. Наклон орбиты 96 ° означал, что значительная часть орбиты была проведена на высоких широтах, где фон частиц мешал работе детектора. Опыт полета показал, что хорошие данные были получены между 35 ° N и 35 ° S геомагнитной широты за пределами Южно-Атлантической аномалии. Это дает рабочий цикл прибора 25-30%. Данные телеметрии были получены примерно для 40-50% орбит, что дает чистую отдачу данных 10-15%. Хотя эта скорость передачи данных кажется низкой, это означает, что в базе данных XMON хранится около 10 8 секунд хороших данных.
Данные эксперимента с рентгеновским монитором P78-1 предлагают мониторинг источника с чувствительностью, сравнимой с чувствительностью приборов, используемых на SAS-3 , OSO-8 или Hakucho , а также преимущества более длительного времени наблюдения и уникального временного охвата. Пять областей расследования особенно хорошо подходят для исследования данных P78-1:
- изучение изменчивости пульсаций, затмений, прецессий и собственных источников во временных масштабах от десятков секунд до месяцев в галактических источниках рентгеновского излучения.
- импульсные исследования нейтронных звезд.
- выявление и изучение новых переходных источников.
- наблюдения рентгеновских и гамма-всплесков и других быстрых переходных процессов.
- одновременное покрытие рентгеновскими лучами объектов, наблюдаемых другими спутниками, такими как HEAO-2 и 3, а также устранение разрыва в охвате объектов на временной шкале наблюдений.
Запущенный 21 февраля 1981 года спутник Хинотори в 1980-х годах впервые позволил получить жесткие рентгеновские изображения солнечных вспышек.
Tenma был вторым японским спутником рентгеновской астрономии, запущенным 20 февраля 1983 года. Tenma несла детекторы GSFC с улучшенным энергетическим разрешением (в 2 раза) по сравнению с пропорциональными счетчиками и выполнила первые чувствительные измерения спектральной области железа для многие астрономические объекты. Диапазон энергий: 0,1-60 кэВ; пропорциональный счетчик газовый сцинтиллятор: 10 единиц по 80 см 2 , FOV ~ 3 ° (FWHM), 2-60 кэВ; монитор переходных источников: 2-10 кэВ.
Советская орбитальная станция "Астрон" предназначалась в первую очередь для астрофизических наблюдений в УФ и рентгеновском диапазонах. Он был выведен на орбиту 23 марта 1983 года. Спутник выведен на высокоэллиптическую орбиту, ~ 200 000 × 2 000 км. Орбита удерживала корабль далеко от Земли на 3,5 из каждых 4 дней. Он находился за пределами земной тени и радиационных поясов в течение 90% времени. Вторым крупным экспериментом, СКР-02М, на борту Astron был рентгеновский спектрометр, который состоял из пропорционального счетчика, чувствительного к рентгеновскому излучению 2-25 кэВ, с эффективной площадью 0,17 м 2 . Поле зрения составляло 3 ° × 3 ° (FWHM). Данные могут передаваться по 10 энергетическим каналам. Инструмент начал регистрировать данные 3 апреля 1983 г.
( рентгеновская обсерватория Чандра ).
Spacelab 1 был первой миссией Spacelab на орбите в отсеке для полезной нагрузки космического корабля "Шаттл" (STS-9) в период с 28 ноября по 8 декабря 1983 года. Рентгеновский спектрометр, измеряющий фотоны 2-30 кэВ (хотя 2-80 кэВ было возможно), находился на поддоне. Основной задачей науки было детальное изучение спектральных характеристик космических источников и их изменений во времени. Прибор представлял собой газовый сцинтилляционный пропорциональный счетчик (GSPC) с площадью ~ 180 см 2 и энергетическим разрешением 9% при 7 кэВ. Детектор был настроен на угол обзора 4.5 ° (FWHM). Было 512 энергетических каналов.
"Спартанец-1" был запущен с космического корабля "Дискавери" (STS-51G) 20 июня 1985 года и возвращен через 45,5 часов. Детекторы рентгеновского излучения на борту платформы «Спартан» были чувствительны к диапазону энергий 1–12 кэВ. Инструмент сканировал свою цель с помощью узкоколлимированных (5 '× 3 °) GSPC. Было 2 идентичных набора счетчиков, каждый с эффективной площадью ~ 660 см 2 . Счетчики накапливались в течение 0,812 с в 128 энергетических каналах. Энергетическое разрешение составляло 16% при 6 кэВ. В течение двух дней полета "Спартанец-1" наблюдал скопление галактик Персей и район Галактического центра.
Ginga был запущен 5 февраля 1987 года. Основным инструментом для наблюдений был Пропорциональный счетчик большой площади (LAC).
Европейский Извлекаемые Carrier (Эврика) был запущен 31 июля 1992 года с помощью космического челнока Атлантис, и выведен на орбиту на высоте 508 км. Он начал свою научную миссию 7 августа 1992 года. Эврика была обнаружена 1 июля 1993 года космическим кораблем "Индевор" и возвращена на Землю. На борту был WATCH или широкоугольный телескоп для космического жесткого рентгеновского излучения. Прибор WATCH был чувствителен к фотонам 6–150 кэВ. Общее поле зрения покрывает 1/4 небесной сферы. В течение своего 11-месячного срока службы EURECA отслеживала Солнце, а WATCH постепенно сканировала все небо. Было отслежено около двух десятков известных источников рентгеновского излучения - некоторые в течение более 100 дней - и был обнаружен ряд новых транзиентов рентгеновского излучения .
Пакет диффузного рентгеновского спектрометра (DXS) STS-54 был доставлен в качестве прикрепленной полезной нагрузки в январе 1993 года для получения спектров диффузного мягкого рентгеновского фона. DXS впервые получил спектры высокого разрешения диффузного мягкого рентгеновского фона в диапазоне энергий от 0,15 до 0,28 кэВ (4,3-8,4 нм).
Источники рентгеновского излучения X-1
По мере выполнения и анализа обзоров всего неба или после подтверждения первого внесолнечного источника рентгеновского излучения в каждом созвездии он обозначается X-1 , например, Scorpius X-1 или Sco X-1. Всего 88 официальных созвездий . Часто первый источник рентгеновского излучения временный.
Поскольку источники рентгеновского излучения были лучше расположены, многие из них были изолированы от внегалактических регионов, таких как Большое Магелланово Облако (БМО). Когда часто имеется много индивидуально различимых источников, первый идентифицированный обычно обозначается как внегалактический источник X-1, например, Малое Магелланово Облако (SMC) X-1, HMXRB, в 01 ч 15 м 14 с -73 ч 42 м 22 с .
Эти ранние источники рентгеновского излучения все еще изучаются и часто дают важные результаты. Например, Serpens X-1.
По состоянию на 27 августа 2007 г. открытия, касающиеся асимметричного уширения линий железа и их значения для теории относительности, вызвали большой интерес. Что касается асимметричного уширения линий железа, Эдвард Какетт из Мичиганского университета прокомментировал: «Мы видим, как газ кружится у поверхности нейтронной звезды». «А поскольку внутренняя часть диска, очевидно, не может вращаться ближе, чем поверхность нейтронной звезды, эти измерения дают нам максимальный размер диаметра нейтронной звезды. Нейтронные звезды не могут быть больше 18-20,5 миль в поперечнике, результаты которые согласуются с другими типами измерений ".
«Мы видели эти асимметричные линии от многих черных дыр, но это первое подтверждение того, что нейтронные звезды также могут их производить. Это показывает, что способ аккреции вещества нейтронных звезд не сильно отличается от того, как у черных дыр, и дает нам новый инструмент для исследования теории Эйнштейна», говорит Тод Strohmayer из НАСА «s Goddard Space Flight Center .
«Это фундаментальная физика», - говорит Судип Бхаттачарья также из НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и Университета Мэриленда . «В центрах нейтронных звезд могут быть экзотические виды частиц или состояний материи, такие как кварковая материя, но создать их в лаборатории невозможно. Единственный способ узнать это - понять нейтронные звезды».
Используя XMM-Newton , Бхаттачарья и Стромайер наблюдали Змеи X-1, которые содержат нейтронную звезду и звездного спутника. Какетт и Джон Миллер из Мичиганского университета вместе с Бхаттачарьей и Стромайером использовали великолепные спектральные возможности Сузаку для исследования Змеи X-1. Данные Suzaku подтвердили результат XMM-Newton относительно линии железа в Serpens X-1.
Каталоги источников рентгеновского излучения
Каталоги источников рентгеновского излучения были составлены для различных целей, включая хронологию открытия, подтверждение путем измерения потока рентгеновского излучения, первоначальное обнаружение и тип источника рентгеновского излучения.
Каталоги рентгеновских источников зондирующих ракет
Один из первых опубликованных каталогов источников рентгеновского излучения был выпущен сотрудниками Лаборатории военно-морских исследований США в 1966 году и содержал 35 источников рентгеновского излучения. Из них только 22 были подтверждены к 1968 году. Дополнительный астрономический каталог дискретных источников рентгеновского излучения над небесной сферой по созвездиям содержит 59 источников по состоянию на 1 декабря 1969 года, поток рентгеновского излучения которых, по крайней мере, был опубликован в литературе. .
Спутниковые каталоги ранних рентгеновских обсерваторий
На каждом из основных спутников обсерваторий был свой каталог обнаруженных и наблюдаемых источников рентгеновского излучения. Эти каталоги часто были результатом обзоров неба на больших площадях. Многие из источников рентгеновского излучения имеют названия, которые происходят от комбинации аббревиатуры каталога и прямого восхождения (RA) и склонения (Dec) объекта. Например, 4U 0115 + 63, 4-й каталог Ухуру , прямое восхождение = 01 час 15 минут, склонение = + 63 °; 3С 1820-30 - каталог САС-3 ; EXO 0748-676 - запись в каталоге Exosat ; HEAO 1 использует H; Ариэль 5 - 3А; Источники Ginga находятся в GS; общие источники рентгеновского излучения находятся в каталоге X. Из ранних спутников каталогизированы рентгеновские источники серии Vela .
Ухура рентгеновских лучей спутник провел обширные наблюдения и производится по крайней мере 4 каталогами , где предыдущий каталог обозначение было улучшены и relisted: 1ASE или 2ASE 1615 + 38 , как представляется , последовательно , как 2U 1615 + 38, 3U 1615 + 38, и 4U 1615 + 3802, Например. После более чем года эксплуатации был выпущен первый каталог (2U). Третий каталог Ухуру был опубликован в 1974 году. Четвертый и последний каталог Ухуру включал 339 источников.
Каталог MIT / OSO 7, по-видимому, не содержит внесолнечных источников с более ранних спутников OSO, но содержит 185 источников из детекторов OSO 7 и источников из каталога 3U.
Третий каталог Ariel 5 SSI (обозначен как 3A) содержит список источников рентгеновского излучения, обнаруженных прибором обзора неба (SSI) Университета Лестера на спутнике Ariel 5. Этот каталог содержит источники как на низких, так и на высоких галактических широтах, а также некоторые источники, наблюдаемые HEAO 1 , Einstein , OSO 7 , SAS 3 , Uhuru и более ранними, в основном, ракетными наблюдениями. Второй каталог Ariel (обозначенный 2A) содержит 105 источников рентгеновского излучения, наблюдавшихся до 1 апреля 1977 года. До 2A наблюдались некоторые источники, которые, возможно, не были включены.
842 источника в каталоге источников рентгеновского излучения HEAO A-1 были обнаружены с помощью эксперимента NRL Large Area Sky Survey на спутнике HEAO 1 .
Когда EXOSAT с 1983 по 1986 год перемещался между разными направленными наблюдениями, он сканировал несколько источников рентгеновского излучения (1210). На основе этого был создан каталог EXOSAT Medium Energy Slew Survey. Благодаря использованию газового сцинтилляционного пропорционального счетчика (GSPC) на борту EXOSAT, каталог линий железа из 431 источника стал доступен.
Каталоги источников рентгеновского излучения для специализированных обзоров и обзоров всего неба
Каталог высокомассивных рентгеновских двойных звезд в Галактике (4-е изд.) Содержит названия источников, координаты, карты находок, рентгеновские светимости, параметры системы, звездные параметры компонентов и другие характерные свойства для 114 HMXBs вместе с обширной подборкой соответствующей литературы. Около 60% рентгеновских двойных кандидатов с большой массой являются известными или предполагаемыми двойными системами Be / рентгеновского излучения , в то время как 32% являются сверхгигантскими / рентгеновскими двойными системами (SGXB).
Для всех звезд главной последовательности и субгигантов спектральных классов A, F, G и K и классов светимости IV и V, перечисленных в Каталоге ярких звезд (BSC, также известном как Каталог HR), которые были обнаружены как рентгеновские лучи. источников в Обзоре всего неба РОСАТ (RASS), есть RASSDWARF - RASS AK Каталог карликов / субгигантов. Общее количество источников RASS составляет ~ 150 000, а в BSC 3054 звезды главной последовательности и субгиганты позднего типа, из которых 980 находятся в каталоге, с вероятностью совпадения 2,2% (21,8 из 980).
Смотрите также
- Каталог астрономических источников рентгеновского излучения
- Гамма-астрономия
- Солнечная рентгеновская астрономия
- Зондирование ракеты Рентгеновская астрономия
- Звездная рентгеновская астрономия
- Ультрафиолетовая астрономия
- Источник рентгеновского излучения X-1
- Рентгеновская астрономия
- Рентгеновский астрономический спутник
- Рентгеновский телескоп
использованная литература
дальнейшее чтение
- Neupert, WM (1969). «Рентгеновские лучи Солнца». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 7 : 121–148. Bibcode : 1969ARA & A ... 7..121N . DOI : 10.1146 / annurev.aa.07.090169.001005 . Доступно в Интернете через базу данных Системы астрофизических данных НАСА (ADS)
- Келлер, CU (1995). «Рентгеновские лучи от Солнца». Experientia . 51 (7): 710–720. DOI : 10.1007 / BF01941268 . S2CID 23522259 .
- "История спутниковой системы мака" (PDF) . Национальная разведка . 2006-08-14 . Проверено 10 сентября 2018 года .