NuSTAR - NuSTAR

NuSTAR
NuSTAR rymdfarkoster model.png
Konstnärens koncept av NuSTAR i omloppsbana
Namn SMEX-11, Explorer-93
Uppdragstyp Röntgenstronomi
Operatör NASA  / JPL
KOSPAR-ID 2012-031A
SATCAT nr. 38358
Hemsida http://www.nustar.caltech.edu/
Uppdragets varaktighet Planerat: 2 år
Förflutet: 9 år, 9 dagar
Rymdfarkosteregenskaper
Buss LEOStar-2
Tillverkare Orbital Sciences
ATK Space Components
Starta massa 350 kg (772 lb)
Nyttolastmassa 171 kg (377 pund)
Mått 10,9 × 1,2 m (35,8 × 3,9 fot)
Kraft 729–750 W.
Start av uppdraget
Lanseringsdag 13 juni 2012, 16:00:37 UTC ( 2012-06-13UTC16: 00: 37 ) 
Raket Pegasus XL
Starta webbplats Stargazer
Kwajalein Atoll , Marshallöarna
Entreprenör Orbital Sciences
Orbitalparametrar
Referenssystem Geocentrisk
Regimen Nära ekvatorial
Halvhuvudaxel 6 982,7 km (4,338,8 mi)
Excentricitet 0,0011491
Perigee höjd 596,6 km (370,7 mi)
Apogee höjd 612,6 km (380,7 mi)
Lutning 6,027 grader
Period 96,8 minuter
Epok 3 november 2017, 01:54:22  UTC
Huvudteleskop
Typ Wolter typ I
Brännvidd 10,15 m (33,3 fot)
Samlingsområde 9 keV: 847 cm 2 (131 kvm)
78 keV: 60 cm 2 (9 kvm)
Våglängder 3–79 keV
Upplösning 9,5 bågsek
Instrument
Dubbel röntgenteleskop
←  IBEX
IRIS  →
 

NuSTAR ( Nuclear Spectroscopic Telescope Array ) är ett rymdbaserat röntgenteleskop som använder en konisk approximation till ett Wolter-teleskop för att fokusera röntgenstrålar med hög energi från astrofysiska källor, särskilt för kärnkraftsspektroskopi , och fungerar i intervallet 3 till 79 keV .

NuSTAR är det elfte uppdraget i NASA : s Small Explorer- satellitprogram ( SMEX-11 ) och det första rymdbaserade direktbildande röntgenteleskopet vid energier utöver Chandra röntgenobservatorium och XMM-Newton . Den lanserades framgångsrikt den 13 juni 2012, efter att den tidigare försenats från 21 mars på grund av programvaruproblem med lanseringsfordonet.

Uppdragets främsta vetenskapliga mål är att genomföra en djup undersökning av svarta hål en miljard gånger mer massiv än solen, att undersöka hur partiklar accelereras till mycket hög energi i aktiva galaxer , och att förstå hur elementen skapas i explosionerna av massiva stjärnor genom att avbilda resterna, som kallas supernovarester .

Efter att ha genomfört ett tvåårigt primärt uppdrag är NuSTAR i sitt nionde verksamhetsår.

Historia

NuSTARs föregångare, High Energy Focusing Telescope (HEFT), var en ballongburen version som bar teleskop och detektorer konstruerade med liknande teknik. I februari 2003 utfärdade NASA ett Explorer-meddelande om möjligheter. Som svar skickades NuSTAR till NASA i maj, som ett av 36 uppdragsförslag som tävlade om att bli det tionde och elfte uppdraget för Small Explorer. I november valde NASA NuSTAR och fyra andra förslag för en fem månaders genomförbarhetsstudie.

I januari 2005 valde NASA NuSTAR för flyg i avvaktan på en årsstudie. Programmet avbröts i februari 2006 till följd av nedskärningar av vetenskapen i NASAs budget för 2007. Den 21 september 2007 tillkännagavs att programmet hade startats om, med en förväntad lansering i augusti 2011, även om detta senare försenades till juni 2012.

Den huvudsakliga utredaren är Fiona A. Harrison från California Institute of Technology (Caltech). Andra viktiga partner är Jet Propulsion Laboratory (JPL), University of California i Berkeley , Technical University of Denmark (DTU), Columbia University , Goddard Space Flight Center , Stanford University , University of California, Santa Cruz , Sonoma State University , Lawrence Livermore National Laboratory och den italienska rymdorganisationen (ASI). NuSTARs stora industripartners är Orbital Sciences Corporation och ATK Space Components .

Lansera

NASA avtalade med Orbital Sciences Corporation om att lansera NuSTAR (massa 772 pund (350 kg)) på en Pegasus XL- raket den 21 mars 2012. Det hade tidigare planerats för 15 augusti 2011, 3 februari 2012, 16 mars 2012 och 14 mars 2012 Efter ett lanseringsmöte den 15 mars 2012 drevs lanseringen längre tillbaka för att ge tid att granska flygprogramvaran som används av startfordonets flygdator. Lanseringen genomfördes framgångsrikt kl 16:00:37 UTC den 13 juni 2012 cirka 117 sjömil söder om Kwajalein Atoll . Pegasus-raketen släpptes från L-1011-Stargazer-flygplanet .

Den 22 juni 2012 bekräftades att masten på 10 m var helt utplacerad.

Optik

NuSTARs kapslade röntgenspeglar
Fokusera röntgenstrålar med ett Wolter Type-1 optiskt system

Till skillnad från teleskop med synligt ljus - som använder speglar eller linser som arbetar med normal förekomst - måste NuSTAR använda optisk optik för bete för att kunna fokusera röntgen. För denna två koniska approximation Wolter teleskop designoptik med 10,15 meter (33,3 ft) brännvidd hålls i slutet av en lång utfällbar mast. En lasermetrologisystem används för att bestämma de exakta relativa lägena för optik och fokalplanet vid alla tillfällen, så att varje detekterad foton kan mappas tillbaka till rätt punkt på himlen även om optik och fokalplanet rör sig relativt varandra under en exponering.

Varje fokusoptik består av 133 koncentriska skal. En särskild innovation som möjliggör NuSTAR är att dessa skal är belagda med djupgraderade flerskikt (alternerande atomiskt tunna lager av ett material med hög densitet och låg densitet); med NuSTARs val av Pt / SiC- och W / Si-flerskikt möjliggör detta reflektionsförmåga upp till 79 keV (platina K-kantenergi ).

Optiken tillverkades, vid Goddard Space Flight Center , genom att värma tunna (210 µm) ark av flexibelt glas i en ugn så att de föll över precisionspolerade cylindriska kvartsdornar med lämplig radie. De beläggningar applicerades av en grupp vid Danmarks Tekniska Universitet .

Skalarna monterades sedan, vid Nevis Laboratories of Columbia University, med hjälp av grafitavstånd som var bearbetade för att begränsa glaset till den koniska formen och hölls samman av epoxi. Det finns totalt 4680 spegelsegment (de 65 inre skalen består vardera av sex segment och de 65 yttre skalen tolv; det finns övre och nedre segment till varje skal, och det finns två teleskop); det finns fem distanser per segment. Eftersom epoxin tar 24 timmar att härda, monteras ett skal per dag - det tog fyra månader att bygga upp en optik.

Den förväntade punktspridningsfunktionen för flygspeglarna är 43 bågsekunder, vilket ger en punktstorlek på cirka två millimeter vid fokalplanet; detta är en oöverträffad bra upplösning för att fokusera hård röntgenoptik, även om den är ungefär hundra gånger sämre än den bästa upplösningen som uppnås vid längre våglängder av Chandra röntgenobservatorium .

Detektorer

En av NuSTARs två detektorer
NuSTARs mast utplacerad på jorden; infällningen tittar ner i strukturen

Varje fokusoptik har sin egen fokalplanmodul, bestående av en solid state cadmium zink telluride (CdZnTe) pixeldetektor omgiven av en CsI anti-coincidence sköld . En detektorenhet - eller fokalplan - består av fyra (två-för-två) detektorer, tillverkade av eV Products . Varje detektor är en rektangulär kristall med dimensionen 20 mm x 20 mm och tjocklek ~ 2 mm som har gnistrats i 32 × 32, 0,6 mm pixlar (varje pixel som täcker 12,3 bågsekunder) och ger totalt 12 bågminutfält för varje fokusplan modul.

CZT-detektorer är toppmoderna halvledare som är mycket effektiva för att förvandla högenergifotoner till elektroner. Elektronerna spelas in digitalt med hjälp av anpassade applikationsspecifika integrerade kretsar (ASIC) designade av NuSTAR Caltech Focal Plane Team. Varje pixel har en oberoende diskriminator och individuella röntgeninteraktioner utlöser avläsningsprocessen. Inbyggda processorer, en för varje teleskop, identifierar raden och kolumnen med den största pulshöjden och läser ut pulshöjdsinformation från denna pixel samt dess åtta grannar. Händelsetiden registreras med en noggrannhet på 2 μs i förhållande till den inbyggda klockan. Händelselokaliteten, energin och interaktionsdjupet i detektorn beräknas från de nio pixelsignalerna.

Fokalplanen skyddas av cesiumjodid (CsI) -kristaller som omger detektorhusen. Kristallsköldarna, odlade av Saint-Gobain , registrerar högenergifotoner och kosmiska strålar som passerar fokalplanet från andra riktningar än längs den optiska axeln NuSTAR. Sådana händelser är den primära bakgrunden för NuSTAR och måste identifieras och subtraheras ordentligt för att identifiera högenergifotoner från kosmiska källor. NuSTAR aktiv avskärmning säkerställer att alla CZT-detektorhändelser som sammanfaller med en aktiv sköldhändelse ignoreras.

Stora vetenskapliga resultat

NuSTAR har visat sin mångsidighet och har öppnat vägen för många nya upptäckter inom en mängd olika områden inom astrofysisk forskning sedan lanseringen.

Spinnmätning av ett supermassivt svart hål

I februari 2013 avslöjade NASA att NuSTAR, tillsammans med XMM-Newtons rymdobservatorium, har mätt snurrhastigheten för det supermassiva svarta hålet i mitten av galaxen NGC 1365 .

NuSTAR har fångat dessa första, fokuserade vyer av det supermassiva svarta hålet i hjärtat av vår galax i röntgenljus med hög energi.
Svart hål med korona, en röntgenkälla
(konstnärens koncept)
Oskärpa av röntgenstrålar nära svart hål
(NuSTAR; 12 augusti 2014)

Spåra radioaktivitet i en supernovarester

Andromeda

Ett av NuSTARs huvudsakliga mål är att karakterisera stjärnornas explosioner genom att kartlägga det radioaktiva materialet i en supernovarest . NuSTAR-kartan över Cassiopeia A visar titan-44-isotopen koncentrerad i klumpar i kvarlevans centrum och pekar på en möjlig lösning på mysteriet om hur stjärnan exploderade. När forskare simulerar supernova-sprängningar med datorer, när en massiv stjärna dör och kollapsar, stannar huvudchockvågen ofta och stjärnan misslyckas. De senaste fynden föreslår starkt att den exploderande stjärnan bokstavligen slösade runt, aktiverar den stoppade chockvågen och låter stjärnan äntligen spränga av sina yttre lager.

Närliggande supermassiva svarta hål

I januari 2017 meddelade forskare från Durham University och University of Southampton , som ledde en koalition av byråer som använde NuSTAR-data, upptäckten av supermassiva svarta hål i mitten av närliggande galaxer NGC 1448 och IC 3639 .

Se även

Referenser

externa länkar

Vidare läsning