| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
NuSTAR – lepší pohled na rentgenový vesmír
Filip Přibyl
Mise připravovaná americkou NASA na únor 2012 je první misí, která by měla provést mapování oblohy v tvrdém rentgenovém záření (6÷79 keVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10−19 J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (103 eV), megaelektronvolt MeV (106 eV), gigaelektronvolt GeV (109 eV), teraelektronvolt TeV (1012 eV) nebo petaelektronvolt PeV (1015 eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc2) a teplota (E=kBT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K.). Výjimečnost této mise je hlavně v tom, že doposud všechny dalekohledy zaměřené na rentgenovou část spektra neměly možnost ostření, což u této mise možné bude. Této schopnosti bude dosaženo spojením detektorů a optiky deset metů dlouhým ramenem zajišťujícím dostatečně velkou ohniskovou vzdálenost. Samo jméno observatoře je zkratkou z anglického NUclear Spectroscopic Telescope ARray. O přípravě observatoře jsme již informovali v AB 43/2007.
Mise NuSTAR. Zdroj NASA.
|
NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. Chandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″. XMM-Newton – X ray Multi Mirror, rentgenový dalekohled na oběžné dráze (Evropská rentgenová observatoř). Jeho hlavní součástí jsou tři systémy soustředných pozlacených zrcadel o celkové ploše 120 m2. Evropská kosmická agentura (ESA) vypustila do vesmíru observatoř XMM-Newton 10. prosince 1999 z paluby rakety Ariane 5. Pegasus XL – malá nosná okřídlená raketa vyvinutá společností Alliant Techsystems. Poprvé startovala jako menší verze Pegasus v roce 1990. Jde o jedinou raketu USA, která startuje zavěšená na spodní části letadla B 52 (dříve) nebo L-1011 (nyní). Délka 17,2 m, průměr 1,27 m, hmotnost 23,1 tuny, rozpětí křídel 6,7 m, nosnost 460 kg na nízkou dráhu. Má tři až čtyři stupně na pevné palivo, které ji ze stratosféry dostanou na oběžnou dráhu. |
Předchozí mise, jako byly ChandraChandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″. nebo XMM-NewtonXMM-Newton – X ray Multi Mirror, rentgenový dalekohled na oběžné dráze (Evropská rentgenová observatoř). Jeho hlavní součástí jsou tři systémy soustředných pozlacených zrcadel o celkové ploše 120 m2. Evropská kosmická agentura (ESA) vypustila do vesmíru observatoř XMM-Newton 10. prosince 1999 z paluby rakety Ariane 5., proměnné ohniskové vzdálenosti nemohly dosáhnout, jelikož byly na oběžnou dráhu vysílány tak, že vzdálenost optiky a detektorů byla dána pevně již při konstrukci na ZemiZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. To mělo dále za následek potřebu vynášet zařízení na velkých a nákladných nosičích, jako byly americké raketoplány a evropské Ariane 5Ariane – nosná raketa využívaná Evropskou kosmickou agenturou. Její název pochází z francouzského přepisu jména mytologické postavy Ariadne. Nosič byl vyvíjen od 70. let dvacátého století. První úspěšný start Ariane 1 proběhl v roce 1979. Poslední využívaná varianta je nosič Ariane 5 ECA s výškou 59 metrů, průměrem 5,4 metru, celkovou hmotností 770 tun a užitečným nákladem 10 tun. Tento nosič vynesl na orbitu například dalekohled Jamese Webba. Poslední start rakety proběhl 6. července 2023. Připravuje se další verze rakety, Ariane 6. Starty probíhají z kosmodromu Guyanského kosmického centra v blízkosti Kourou ve Francouzské Guyaně.. Observatoř NuSTAR bude startovat z nosiče Pegasus XLPegasus XL – malá nosná okřídlená raketa vyvinutá společností Alliant Techsystems. Poprvé startovala jako menší verze Pegasus v roce 1990. Jde o jedinou raketu USA, která startuje zavěšená na spodní části letadla B 52 (dříve) nebo L-1011 (nyní). Délka 17,2 m, průměr 1,27 m, hmotnost 23,1 tuny, rozpětí křídel 6,7 m, nosnost 460 kg na nízkou dráhu. Má tři až čtyři stupně na pevné palivo, které ji ze stratosféry dostanou na oběžnou dráhu. a bude umístěna na nízké oběžné dráze poblíže rovníku. NuSTAR má více než 500násobnou citlivost oproti předchůdcům a rentgenový obraz je možné velmi dobře zaostřit pomocí soustavy 130 do sebe vnořených skleněných válců a rozvinutelného ramene o délce 10 metrů. Předchozí mise navíc umožňovaly sledování rentgenového spektra jen do energie 10 keVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10−19 J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (103 eV), megaelektronvolt MeV (106 eV), gigaelektronvolt GeV (109 eV), teraelektronvolt TeV (1012 eV) nebo petaelektronvolt PeV (1015 eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc2) a teplota (E=kBT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K..
Observatoř NuSTAR vynese na nízkou oběžnou dráhu nosná okřídlená raketa Pegasus XL z atolu Kwajalein v Marschallových ostrovech. Jde o jedinou raketu USA, která startuje zavěšená na spodní části letadla (v současnosti jde o letoun L-1011). Délka okřídlené rakety je 17,2 m, průměr 1,27 m, hmotnost 23,1 tuny, rozpětí křídel 6,7 m a nosnost 460 kg. Raketa má tři až čtyři stupně na pevné palivo, které ji z výšky 12 kilometrů dostanou na nízkou oběžnou dráhu. Raketu v současnosti provozuje společnost OSC (Orbital Sciences Corporation). Zdroj: NuSTAR.
Prvním úkolem bude hledání černých děr, a to jak ve vzdáleném vesmíru, tak v Mléčné dráze. Observatoř NuSTAR se bude zaměřovat na místa již zmapovaná dalekohledy jako ChandraChandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″., Hubblův dalekohledHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. a Spitzerův dalekohledSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology., čímž umožní další pohled do oblastí, kde již známe obraz v infračerveném, viditelném a měkkém rentgenovém záření. Dále se NuSTAR zaměří na supernovySupernova – rozmetání podstatné části hvězdy, při kterém vznikne extrémně jasný objekt, jehož svítívost se o více než 4 řády zvýší. Minimálně 10 % hmotnosti původní hvězdy se přemění na energii exploze. Svítivost posléze klesá v průběhu týdnů či měsíců. K tomuto konci vedou dvě možné cesty: 1) jedná se o velmi hmotnou hvězdu, která ve svém jádře vyčerpala zásoby paliva a začala se hroutit pod silou své vlastní gravitace na neutronovou hvězdu, nebo černou díru; 2) jedná se o bílého trpaslíka, který nahromadil materiál od svého hvězdného průvodce, dosáhl Chandrasekharovy meze a prodělal objemovou termonukleární explozi. a jejich zbytky. Pomocí tohoto zařízení bude možné zkoumat fyzikální procesy v jádrech umírajících hvězd. Tím umožní studium jaderné fyziky za extrémních podmínek, o jejichž dosažení si můžeme na Zemi nechat pouze zdát. Hlavní posun v našem chápání supernov nám usnadní schopnost sondy studovat záření vycházející z radioaktivních prvků vznikajících právě v extrémních podmínkách explozí supernov. Dalším bodem programu bude pochopení dějů v okolí černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. s akrečním diskem, u kterých dochází při nabalování plynu a prachu k uvolnění nesmírné energie právě ve formě tvrdého rentgenového záření.
Optika observatoře NuSTAR se skládá ze tří rentgenových
dalekohledů a detektoru spojeného roztažitelným ramenem.
Zdroj: NASA/NuSTAR/CalTech.
Odkazy
