INTEGRAL (observatorio)

Kansainvälinen gammasädeobservatorio ( INTERnational  Gamma-Ray Astrophysics Laboratory / INTEGRAL ) on orbitaalinen observatorio, joka on suunniteltu tutkimaan galaktisia ja ekstragalaktisia kohteita kovan röntgen- ja gammasäteilyn alueella . INTEGRAL on Euroopan avaruusjärjestön (ESA) yhteistyössä Roscosmosin ja NASA:n kanssa toteuttama projekti , jota ohjataan Darmstadtissa , Saksassa, sekä Belgian (Redu) ja USA:n ( Goldstone ) maa-asemien kautta.

Projektin tavoitteet

Observatorion tavoitteet ovat:

• Tarjoa uutta tietoa rikastuttaaksesi nukleosynteesin teoriaa löytämällä tähtien eliniän lopussa muodostuneita atomiytimiä [1] .
• Muinaisten supernovien jäänteiden löytäminen tunnistamalla radioaktiivisten alkuaineiden ytimet, joita ne yleensä syntetisoivat räjähdyksen aikana [2] .
• Tunnista kylmän nukleosynteesin ilmiöt, eli atomien halkeaminen, joka tapahtuu, kun atomit tai kiihdytetyt protonit törmäävät tähtienvälisen väliaineen atomien kanssa . Törmäyksen aikana tähtienvälisen väliaineen (hiili, happi, typpi) atomit tuhoutuvat (halkaisuprosessi) ja muodostavat kevyempiä litiumin, berylliumin, boorin atomeja. Tähtien fysikaaliset olosuhteet myötävaikuttavat näiden alkuaineiden nopeaan tuhoutumiseen ydinreaktioissa, minkä vuoksi melkein kaikki näiden alkuaineiden atomit muodostuivat tähtienvälisessä väliaineessa. INTEGRALin tulisi tutkia näitä atomeja tarkemmin niiden lähettämien gammasäteiden kautta, kun ne palaavat virittyneestä tilasta perustilaan [3] .
• Uusien ja supernovien [4] havainnointi , mukaan lukien gravitaatiosupernovat, eli sellaisten tähtien romahtaminen , joiden massa ylittää 8-10 auringon massaa [5] .
• Kompaktien kohteiden, kuten valkoisten kääpiöiden , neutronitähtien , mustien aukkojen , havainnointi [6] .
• Galaksien, tähtijoukkojen, aktiivisten galaktisten ytimien , blasaarien ja kosmisen mikroaaltotaustan havainnointi [6] .
• Prosessien ja ilmiöiden havainnointi galaksimme keskustassa .
• Gammasäteiden lähteiden tunnistaminen, joiden alkuperää ei tällä hetkellä tunneta [6] .
• Positronien tuhoamissäteilyn rekisteröinti galaksissamme [ 7 ] .

Se oli avaruuden herkin gammasädeobservatorio Fermin laukaisuun asti vuonna 2008 [8] . Koska kovan röntgen- ja gamma-alueen fotoneja on lähes mahdotonta poiketa suoraviivaisesta etenemisestä ja siten tarkentaa, observatorion peruslaitteet käyttävät kuvantamiseen koodattua aukkoperiaatetta . Todennäköisesti INTEGRAL-observatorion instrumentit (samoin kuin SWIFT -observatorion BAT-teleskooppi) ovat viimeiset koodatulla aukolla varustettujen kovien röntgenteleskooppien sarjassa , koska halutaan lisätä merkittävästi Tämän tyyppisten instrumenttien herkkyyden vuoksi on tarpeen lisätä instrumenttien massaa yli 10-kertaiseksi, mikä tällä hetkellä ei ole mahdollista käytettävissä olevilla kantovälineillä (INTEGRAL-observatorion massa ~4,2 tonnia). Koodattua aukkomenetelmää avaruusalueella sovellettiin ensimmäisen kerran vuonna 1989 ranskalaisessa SIGMA-teleskooppissa venäläisessä Granat-avaruusobservatoriossa .

Avaruusalus

Sen jälkeen kun Venäjä peruutti vuonna 2002 Spektr-RG- ohjelman (alkuperäisessä "raskas" versiossa), johon eurooppalaiset ja amerikkalaiset laboratoriot käyttivät yli 300 miljoonaa dollaria, Roscosmos otti velvollisuutensa toimittaa observatorio kiertoradalle [9] [ 10] .

INTEGRAL laukaistiin Baikonurin kosmodromista vuonna 2002. Kiertoradalle laukaiseessa mukana oli liikkuva mittauspiste Etelä-Amerikassa ja Neuvostoliiton sotilasoperaation ohjauskeskus . Laitteen kiertoradalla on 72 tunnin jakso ja korkea epäkeskisyys 10 000 km:n etäisyydellä magnetosfäärisen säteilyvyöhykkeen sisällä . Suurin osa jokaisesta radasta kulkee kuitenkin tämän alueen ulkopuolella, missä voidaan tehdä tieteellisiä havaintoja. Ne saavuttavat suurimman etäisyydensä Maasta ( apogee ) 153 000 km:n etäisyydellä. Apogee esiintyy pohjoisella pallonpuoliskolla lyhentääkseen pimennysaikoja ja maksimoimaan kosketusaikaa pohjoisen pallonpuoliskon maa-asemien kanssa. Tätä varten sen kiertorata on synkronoitu Maan pyörimisen kanssa [11] .

Erikoislaukaisujärjestelmän ansiosta observatorio onnistui säästämään odottamattoman suuren osan polttoaineesta, mikä mahdollistaa laitteen fyysisen toiminnan kiertoradalla yli 10-15 vuotta, ja tällä hetkellä se on yli kaksinkertaistanut alun perin suunniteltu palvelunsa. elämää. Marraskuusta 2018 lähtien hänen tehtäväänsä on jatkettu vuoden 2020 loppuun asti, mahdollisesti vuoteen 2022 asti [12] .

INTEGRAL-avaruusalus on kopio XMM-Newton- satelliitista , joka on vähentänyt merkittävästi projektikustannuksia. Satelliitin ohjaamiseen käytetään hydratsiinimoottoria , josta 544 kg säilytettiin 4 peräsäiliössä. Aurinko-nikkelikadmium-akkujen jänneväli on 16 metriä ja niiden teho on 2,4 kW.

Tähtien asenteensäätö tapahtuu useilla aurinkosensoreilla ja useilla gyroskoopeilla.

Satelliittien valmistaja on Thales Alenia Space .

Kodinkoneet

Observatoriossa on kaksi päälaitetta (IBIS, SPI) ja kaksi lisälaitetta (JEM-X, OMC).

• IBIS on koodausmaskiteleskooppi . _ Toiminta-alue on 15 keV (kova röntgensäteily) - 10 MeV (gammasäteily). ISGRI-detektori (Integral Soft Gamma-Ray Imager) rekisteröi fotoneja alueella 15-300 k eV joukolle kadmium - telluridielementtejä ; alueella 300 keV - 10 MeV - pääasiassa PICsIT (Pixellated Ces-Iodide Telescope) -detektorilla cesium - jodielementeissä . Teleskoopin ilmaisimien kokonaispinta-ala on noin 2500 cm², josta puolet peittää koodausmaski. Kulmaresoluutio on 12 kaariminuuttia, mutta signaalia pyyhkäisemällä sitä voidaan nostaa 1 kaariminuutiksi ja korkeammaksi, jopa 30 kaarisekuntiin [7] . 95 x 95 suorakaiteen muotoisista volframilaatoista koostuva maski on 3,2 metriä ilmaisimien yläpuolella. Ilmaisinjärjestelmä koostuu ISGRI-kadmiumtellurididetektorin 128 x 128 kennosta, jonka alla on cesiumjodidi PICsIT-detektorin 64 x 64 kennokerros . ISGRI on herkkä 1 MeV:iin asti, kun taas PICsIT:n herkkyys ulottuu 10 MeV:iin asti.
• SPI on germaniumspektrometri , joka koostuu 19 erillisestä ilmaisimesta, joissa käytetään myös kuusikulmaista volframikiekkokoodausmaskia. Käyttöenergia-alue 20 keV - 8 MeV [7] . Germaniumilmaisimet jäähdytetään noin 80-90 K lämpötilaan, mikä mahdollistaa ennennäkemättömän 2 keV:n energiaresoluution saavuttamisen 1 MeV:n energialla. Molemmat ilmaisinjärjestelmät (IBIS ja SPI) on suojattava taustasäteilyn vähentämiseksi. Koodaavan maskin volframilevyt on suojattu tuikemuovikerroksella , joka absorboi sekundaarista säteilyä, joka aiheutuu korkeaenergisten hiukkasten vaikutuksesta volframiin. Ilmaisimet suojattiin lyijylevyillä ja vismuttigermanaattikiteillä (BGO). Optinen kenttä on 8° ja resoluutio 2° [13] .
• Apulaitteet JEM-X ja OMC (Optical Monitor Camera) on suunniteltu tutkimaan esineitä tavanomaisella röntgensäteilyllä - 335 keV (JEM-X) ja optisella ja ultraviolettisäteilyllä (OMC) (aallonpituus 500-580 nm). OMC pystyy rekisteröimään kohteita magnitudiin 18,2 asti 1000 sekunnin valotuksella [7] . Spektripeiton laajentamisen lisäksi kuva on terävämpi lyhyemmän aallonpituuden ansiosta. Ilmaisimet ovat kaasumaisia ​​tuikeaineita (ksenoni ja metaani). Nämä ovat pääasiassa tukityökaluja, jotka voivat myös rekisteröidä joidenkin kirkkaampien kohteiden toiminnan ja tilan.
• Viimeinen instrumentti on IREM (INTEGRAL Radiation Environment Monitor), joka vastaa kiertoradan taustatason seurannasta ja jota käytetään myös tietojen kalibrointiin. IREM on herkkä elektroneille ja protoneille (rekisteröi ne itsenäisesti) Maan säteilyvyöhykkeessä sekä kosmisille säteille. Jos taustataso on liian korkea, IREM voi sammuttaa tieteelliset instrumentit niiden suojaamiseksi.

Koodatut aukon ilmaisimet on kehitetty Valencian yliopiston johdolla Espanjassa.

Päätulokset

INTEGRAL-observatorio jatkaa menestyksellistä toimintaansa kiertoradalla. Observatorion tärkeimmistä tuloksista on syytä mainita:

• Galaxyn keskuksen alueen kartoitus kovalla röntgenalueella erittäin suurella herkkyydellä.
• Löytää koko joukko galaktisia kovia röntgensädelähteitä, jotka ovat piilossa pölyn absorption vuoksi muilla energia-alueilla (esimerkiksi tavallinen röntgensäde 1-10 keV tai optinen)
• Uuden kovan röntgenkomponentin löytäminen niin kutsuttujen poikkeavien röntgenpulsarien ja magnetaarien säteilyssä . Tämän komponentin alkuperä ei ole täysin selvä.
• Positroniannihilaatiosäteilyspektrin muodon erittäin tarkka mittaus. Siten tutkijat pystyivät määrittämään, että noin puolet galaksissa syntyvästä antimateriaalista johtuu mustista aukoista tai neutronitähdistä, jotka repivät satelliitistaan ​​materiaalia, jonka massa on pienempi tai yhtä suuri kuin Auringon massa [14] .
• Galaksin harjanteen säteily yli 20 keV:n energioissa on mitattu ensimmäistä kertaa. On osoitettu, että 50–60 keV:n energioihin asti sitä tuottaa suuren määrän lisääntyvien valkoisten kääpiöiden kokonaissäteily.
• Kovan röntgensäteilyn lähteistä koko taivaalla on tehty laskelmia. Näiden laskelmien tulosten perusteella mitattiin läheisen universumin galaktisten ja ekstragalaktisten lähteiden tilastolliset ominaisuudet.
• Uuden tyyppisen kvasaarin (ns. "rautakvasaari") löytö.
• Löytää uusi massiivisten röntgenkaksoistähtien luokka , jotka maanpäällisten observatorioiden ansiosta on tunnistettu kompakteiksi esineiksi superjättitähtien ympärillä [ 15 ] .
• 700 uuden gammasäteilylähteen tunnistaminen, mukaan lukien pulsarit, jotka pystyvät tuottamaan miljardi kertaa voimakkaampia magneettikenttiä kuin maan laboratorioissa luodut.
• Löydetyistä mustista aukoista on koottu luettelo, jonka pitäisi mahdollistaa niiden lukumäärän arvioiminen universumissa.
• INTEGRAL teki mahdolliseksi todeta, että galaksimme keskellä olevan supermassiivisen mustan aukon aktiivisuus on erittäin alhainen [16] .
• Avaruusobservatorio toimii varoitusjärjestelmänä äkillisistä nopeista, muutamasta sekunnista useisiin minuutteihin kestävistä gammapurkausista sen instrumenttien epäsuoran käytön seurauksena. Samalla sen avulla voit nopeasti osoittaa muiden tehokkaampien työkalujen koordinaatit tämän ohikiitävän ilmiön lähteelle. Siten INTEGRALin ansiosta tutkijat voivat havaita gammapurskelähteen, joka sijaitsee lyhyellä etäisyydellä (siis lähimenneisyydessä) ja paljon pienemmällä teholla, mikä on tärkeää sen tunnistamisen kannalta [17] .
• Alumiini-26 :n jakautumisesta laadittiin kartta , jonka avulla on mahdollista selventää tietoa tämän atomin nukleosynteesiprosessista. Titaani-44 :n levinneisyyden kartoittaminen jatkuu [18] .

Katso myös

• Luettelo avaruusaluksista, joissa on röntgen- ja gamma-ilmaisimet

Muistiinpanot

1. ↑ Astrophysique nucléaire . irfu.cea.fr. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020. (määrätön)
2. ↑ Sur la piste des supernovae manquantes . irfu.cea.fr. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020. (määrätön)
3. ↑ à la recherche des sites de nucléosynthèse froide . irfu.cea.fr. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 25. joulukuuta 2021. (määrätön)
4. ↑ Novat ja supernovat . irfu.cea.fr. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020. (määrätön)
5. ↑ Supernovat gravitaationellit . irfu.cea.fr. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020. (määrätön)
6. ↑ 1 2 3 ESA Tiede ja teknologia - Tavoitteet . sci.esa.int. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020. (määrätön)
7. ↑ 1 2 3 4 Roman Krivonos. INTEGRAALI . Korkean energian astrofysiikan laitos. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020. (Venäjän kieli)
8. ↑ BJ Teegarden, SJ Sturner. INTEGRAL Havainnot Gamma-sädepurskeista   // PÄÄ . - 1999-04. — P. 17.01 . Arkistoitu alkuperäisestä 4.2.2020.
9. ↑ Spektr-R kehitys . www.russianspaceweb.com. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 21. helmikuuta 2020. (määrätön)
10. ↑ Spektr-projektihistoria . www.russianspaceweb.com. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 19. helmikuuta 2020. (määrätön)
11. ↑ Integroitu  yleiskatsaus . www.esa.int. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 19. lokakuuta 2012.
12. ↑ ESA Science & Technology - Pidentynyt käyttöikä ESAn tiedetehtäville . sci.esa.int. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 3. kesäkuuta 2020. (määrätön)
13. ↑ SPI-koodattu maski . Kuvankäsittelylaboratorio . Haettu 10. toukokuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 31. maaliskuuta 2022. (määrätön)
14. ↑ Positronin/electronin tuhoutumisen jännite à 511 keV  (fr.) . Integraali. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020.
15. ↑ Identification des sources de haute energie  (ranska) . Integraali. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020.
16. ↑ Cartes des sources gamma individuelles et mesure du fond cosmique X  (fr.) . Integraali. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020.
17. ↑ Sursauts gamma  (fr.) . Integraali. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020.
18. ↑ La Nucleosynthese  (ranska) . Integraali. Haettu 4. helmikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2020.

Linkit

• Observatorion virallinen verkkosivusto (linkki ei ole käytettävissä) . Haettu 5. marraskuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 8. marraskuuta 2008. (määrätön) 
• Koko taivas -luettelo saatu käyttämällä observatorion tietoja Venäjän tiedeakatemian avaruustutkimuslaitoksesta
• INTEGRAL-projektin Venäjän tieteellisten tietojen keskus
• INTEGRAL Observatorio - 10 vuotta kiertoradalla (2012-11-20)

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	LCCN : n2002012007 VIAF : 267710829 World Cat VIAF : 267710829