INTEGRAL (observatoř)

Mezinárodní observatoř gama záření ( INTERnational  Gamma-Ray Astrophysics Laboratory / INTEGRAL ) je orbitální observatoř určená ke studiu galaktických a extragalaktických objektů v oblasti tvrdého rentgenového a gama záření . INTEGRAL je projekt Evropské kosmické agentury (ESA) ve spolupráci s Roskosmosem a NASA , řízený z Evropského střediska pro řízení kosmických letů v Darmstadtu v Německu a prostřednictvím pozemních stanic v Belgii (Redu) a USA ( Goldstone ).

Cíle projektu

Cíle observatoře jsou:

• Poskytněte nová data k obohacení teorie nukleosyntézy objevem atomových jader vzniklých na konci života hvězd [1] .
• Objevování zbytků starověkých supernov pomocí identifikace jader radioaktivních prvků, jimi obvykle syntetizovaných během exploze [2] .
• Identifikujte jevy studené nukleosyntézy, to znamená štěpení atomů, ke kterým dochází, když se atomy nebo urychlené protony srazí s atomy mezihvězdného prostředí . Při srážce jsou atomy mezihvězdného prostředí (uhlík, kyslík, dusík) zničeny (proces štěpení) a dávají lehčí atomy lithia, berylia, boru. Fyzikální podmínky ve hvězdách přispívají k rychlé destrukci těchto prvků v jaderných reakcích, díky čemuž téměř všechny atomy těchto prvků vznikly v mezihvězdném prostředí. INTEGRAL by měl tyto atomy podrobněji studovat prostřednictvím jimi emitovaných gama paprsků, když se vracejí z excitovaného stavu do základního stavu [3] .
• Pozorování nových a supernov [4] , včetně gravitačních supernov, tedy kolapsu hvězd o hmotnosti přesahující 8-10 hmotností Slunce [5] .
• Pozorování kompaktních objektů jako jsou bílí trpaslíci , neutronové hvězdy , černé díry [6] .
• Pozorování galaxií, hvězdokup, aktivních galaktických jader , blazarů a kosmického mikrovlnného pozadí [6] .
• Pozorování procesů a jevů v centru naší Galaxie .
• Identifikace zdrojů gama záření, jejichž původ je v současnosti neznámý [6] .
• Registrace anihilačního záření pozitronů v naší Galaxii [7] .

Byla to nejcitlivější gama observatoř ve vesmíru až do startu Fermi v roce 2008 [8] . Vzhledem k tomu, že fotony tvrdého rentgenového a gama rozsahu téměř nelze vychýlit z přímočarého šíření a tedy zaostřit, využívají základní přístroje observatoře pro zobrazování princip kódované apertury . Přístroje observatoře INTEGRAL (stejně jako dalekohled BAT observatoře SWIFT ) budou s největší pravděpodobností poslední v řadě tvrdých rentgenových dalekohledů s kódovanou aperturou , a to z toho důvodu, že za účelem dalšího výrazného zvýšení citlivosti přístrojů tohoto typu je nutné zvýšit hmotnost přístrojů více než 10x, což v současné době není možné s dostupnými nosiči (hmotnost observatoře INTEGRAL ~4,2 tuny). Metoda kódované apertury ve vesmírné oblasti byla poprvé aplikována v roce 1989 francouzským dalekohledem SIGMA na palubě ruské vesmírné observatoře Granat .

Kosmická loď

Poté, co Rusko v roce 2002 zrušilo program Spektr-RG (v původní „těžké“ verzi), ve kterém evropské a americké laboratoře utratily více než 300 milionů amerických dolarů, převzal Roskosmos závazky dodat observatoř na oběžnou dráhu [9] [ 10] .

INTEGRAL byl vypuštěn z kosmodromu Bajkonur v roce 2002. Při startu na oběžnou dráhu byl zapojen mobilní měřicí bod v Jižní Americe a vojenské sovětské řídící středisko mise . Operační oběžná dráha zařízení má dobu 72 hodin a má vysokou excentricitu s perigeem 10 000 km v pásmu magnetosférického záření . Většina každé oběžné dráhy však prochází mimo tuto oblast, kde lze provádět vědecká pozorování. Dosahují největší vzdálenosti od Země ( apogeum ) na 153 000 km. Apogee se vyskytuje na severní polokouli, aby zkrátil časy zatmění a maximalizoval čas kontaktu s pozemními stanicemi na severní polokouli. K tomu je jeho dráha synchronizována s rotací Země [11] .

Díky speciálnímu startovacímu schématu se hvězdárně podařilo ušetřit nečekaně velkou část paliva, což umožňuje zařízení fyzicky fungovat na oběžné dráze déle než 10-15 let a v tuto chvíli více než zdvojnásobila původně plánovanou službu. život. Od listopadu 2018 byla její mise prodloužena do konce roku 2020 s možným prodloužením do roku 2022 [12] .

Kosmická loď INTEGRAL je kopií družice XMM-Newton , která výrazně snížila náklady na projekt. K ovládání satelitu je použit hydrazinový motor , jehož 544 kg bylo uloženo ve 4 přívěsných nádržích. Solární nikl-kadmiové baterie mají rozpětí 16 metrů a poskytují výkon 2,4 kW.

Řízení polohy se u hvězd provádí několika slunečními senzory a několika gyroskopy.

Výrobcem satelitů je Thales Alenia Space .

Spotřebiče

Observatoř se skládá ze dvou hlavních (IBIS, SPI) a dvou pomocných přístrojů (JEM-X, OMC).

• IBIS je dalekohled s kódovací maskou . Rozsah provozní energie je od 15 keV (tvrdé rentgenové záření) do 10 MeV (záření gama). V rozsahu 15-300 keV jsou fotony registrovány detektorem ISGRI (Integral Soft Gamma-Ray Imager) na sadě prvků kadmium - tellurid ; v rozsahu 300 keV - 10 MeV - převážně detektorem PICsIT (Pixellated Ces-Iodide Telescope) na cesium - jodových prvcích. Detektory dalekohledu mají celkovou plochu asi 2500 cm², z čehož polovina je zakryta kódovací maskou. Úhlové rozlišení je 12 obloukových minut, ale rozmítáním signálu je možné jej zlepšit na 1 obloukovou minutu a výše, až na 30 obloukových sekund [7] . Maska 95 x 95 obdélníkových wolframových dlaždic je umístěna 3,2 metru nad detektory. Detekční systém se skládá ze 128 x 128 buněk detektoru teluridu kadmia ISGRI, pod nimiž je vrstva 64 x 64 buněk detektoru jodidu česného PICsIT. ISGRI je citlivý až do 1 MeV, zatímco citlivost PICsIT sahá až do 10 MeV.
• SPI je germaniový spektrometr , skládající se z 19 samostatných detektorů, rovněž využívajících kódovací masku šestihranné wolframové destičky. Rozsah provozní energie od 20 keV do 8 MeV [7] . Germaniové detektory jsou chlazeny na teplotu cca 80-90 K, což umožňuje dosáhnout nebývalého energetického rozlišení 2 keV při energii 1 MeV. Oba systémy detektorů (IBIS a SPI) musí být stíněné, aby se snížilo vyzařování pozadí. Wolframové destičky kódovací masky jsou stíněny vrstvou scintilačního plastu , který absorbuje sekundární záření způsobené dopadem vysokoenergetických částic na wolfram. Detektory byly stíněny olověnými destičkami a krystaly germanátu vizmutnatého (BGO). Optické pole je 8° a rozlišení 2° [13] .
• Pomocná zařízení JEM-X a OMC (Optical Monitor Camera) jsou určena pro studium objektů v konvenčním rentgenovém - 335 keV (JEM-X) a optickém a ultrafialovém (OMC) rozsahu (vlnová délka 500-580 nm). OMC je schopen registrovat objekty až do velikosti 18,2 s expozicí 1000 sekund [7] . Kromě rozšíření spektrálního pokrytí je obraz ostřejší díky kratší vlnové délce. Detektory jsou plynné scintilátory (xenon a metan). Jde především o podpůrné nástroje, které dokážou registrovat i aktivitu a stav některého ze světlejších objektů.
• Posledním přístrojem je IREM (INTEGRAL Radiation Environment Monitor), který zodpovídá za sledování úrovně orbitálního pozadí a slouží také ke kalibraci dat. IREM je citlivý na elektrony a protony (registruje je nezávisle) v radiačním pásu Země a také na kosmické záření. Pokud je úroveň pozadí příliš vysoká, IREM může vypnout vědecké přístroje, aby je ochránil.

Detektory s kódovanou aperturou byly vyvinuty pod vedením University of Valencia , Španělsko.

Hlavní výsledky

Observatoř INTEGRAL nadále úspěšně funguje na oběžné dráze. Mezi hlavní výsledky observatoře je třeba poznamenat:

• Mapování oblasti středu Galaxie v oblasti tvrdého rentgenového záření s velmi vysokou citlivostí.
• Objev celé sady galaktických zdrojů tvrdého rentgenového záření skrytých absorpcí prachu v jiných energetických rozsazích (například standardní rentgenové záření 1-10 keV nebo optické)
• Objev nové tvrdé rentgenové složky v záření tzv. anomálních rentgenových pulsarů a magnetarů . Původ této složky není zcela jasný.
• Vysoce přesné měření tvaru spektra pozitronového anihilačního záření. Vědci tak byli schopni určit, že asi polovina antihmoty produkované v Galaxii je způsobena černými dírami nebo neutronovými hvězdami, které odtrhávají hmotu ze svého satelitu o hmotnosti menší nebo rovné hmotnosti Slunce [14] .
• Poprvé bylo naměřeno záření z hřebene Galaxie o energiích nad 20 keV. Ukazuje se, že až energie 50–60 keV je produkován celkovým zářením velkého množství přibývajících bílých trpaslíků.
• Byly provedeny výpočty zdrojů tvrdého rentgenového záření na obloze. Na základě výsledků těchto výpočtů byly změřeny statistické charakteristiky galaktických a extragalaktických zdrojů v blízkém Vesmíru.
• Objev nového typu kvasaru (tzv. „železný kvasar“).
• Objev nové kategorie masivních rentgenových dvojhvězd , které byly díky pozemským observatořím identifikovány jako kompaktní objekty na oběžné dráze kolem veleobrů [15] .
• Identifikace 700 nových zdrojů gama záření, včetně kategorie pulsarů schopných generovat magnetická pole miliardkrát silnější než ta vytvořená v laboratořích na Zemi.
• Byl sestaven katalog objevených černých děr, který by měl umožnit odhadnout jejich počet ve Vesmíru.
• INTEGRAL umožnil zjistit, že supermasivní černá díra v centru naší galaxie má velmi nízkou aktivitu [16] .
• Kosmická observatoř slouží jako varovný systém pro výskyt náhlých rychlých gama záblesků trvajících několik sekund až několik minut nepřímým použitím jejích přístrojů. Zároveň umožňuje rychle naznačit souřadnice dalších účinnějších nástrojů ke zdroji tohoto pomíjivého jevu. Vědci tak mohou díky INTEGRALu detekovat zdroj gama záblesků umístěný na krátkou vzdálenost (tedy v nedávné minulosti) a mnohem nižší výkon, což je důležité pro jeho identifikaci [17] .
• Byla sestavena mapa distribuce hliníku-26 , která umožňuje objasnit poznatky o procesu nukleosyntézy tohoto atomu. Pokračují práce na mapování distribuce titanu-44 [18] .

Viz také

• Seznam kosmických lodí s rentgenovými a gama detektory na palubě

Poznámky

1. ↑ Astrophysique nucléaire . irfu.cea.fr. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020. (neurčitý)
2. ↑ Sur la piste des supernovae manquantes . irfu.cea.fr. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020. (neurčitý)
3. ↑ à la recherche des sites de nucleosynthèse froide . irfu.cea.fr. Získáno 4. února 2020. Archivováno z originálu dne 25. prosince 2021. (neurčitý)
4. ↑ Novae et supernovae . irfu.cea.fr. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020. (neurčitý)
5. ↑ Supernovae gravitationnelles . irfu.cea.fr. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020. (neurčitý)
6. ↑ 1 2 3 Věda a technologie ESA – cíle . sci.esa.int. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020. (neurčitý)
7. ↑ 1 2 3 4 Roman Křivonos. INTEGRÁLNÍ . Ústav astrofyziky vysokých energií. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020. (Ruština)
8. ↑ BJ Teegarden, SJ Sturner. INTEGRAL Pozorování záblesků gama záření   // HEAD . — 1999-04. — P. 17.01 . Archivováno z originálu 4. února 2020.
9. ↑ Vývoj Spektr-R . www.russianspaceweb.com. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 21. února 2020. (neurčitý)
10. ↑ Historie projektu Spektr . www.russianspaceweb.com. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 19. února 2020. (neurčitý)
11. ↑ Integrální  přehled . www.esa.int. Získáno 4. února 2020. Archivováno z originálu dne 19. října 2012.
12. ↑ Věda a technologie ESA – Prodloužená životnost vědeckých misí ESA . sci.esa.int. Získáno 4. února 2020. Archivováno z originálu dne 3. června 2020. (neurčitý)
13. ↑ Kódovaná maska ​​SPI . Laboratoř zpracování obrazu . Získáno 10. května 2022. Archivováno z originálu dne 31. března 2022. (neurčitý)
14. ↑ Raie d'annihilation pozitron/électron à 511 keV  (fr.) . Integrální. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020.
15. ↑ Identifikace zdrojů haute energie  (francouzsky) . Integrální. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020.
16. ↑ Cartes des sources gamma individuelles et mesure du fond cosmique X  (fr.) . Integrální. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020.
17. ↑ Sursauts gamma  (fr.) . Integrální. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020.
18. ↑ La Nucleosynthese  (francouzsky) . Integrální. Staženo 4. února 2020. Archivováno z originálu 4. února 2020.

Odkazy

• Oficiální stránky hvězdárny (nepřístupný odkaz) . Získáno 5. listopadu 2008. Archivováno z originálu 8. listopadu 2008. (neurčitý) 
• Celooblohový katalog získaný pomocí dat z observatoře v Ústavu pro výzkum vesmíru Ruské akademie věd
• Ruské centrum pro vědecká data projektu INTEGRAL
• Observatoř INTEGRAL – 10 let na oběžné dráze (2012-11-20)

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština Britannica (online)
V bibliografických katalozích	LCCN : n2002012007 VIAF : 267710829 Světová kočka VIAF : 267710829