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Observatorio de rayos X Chandra

El Observatorio de rayos X Chandra ( CXO ), anteriormente conocido como Advanced X-ray Astrophysics Facility ( AXAF ), es un telescopio espacial de clase Flagship lanzado a bordo del Transbordador Espacial Columbia durante STS-93 por la NASA el 23 de julio de 1999. Chandra era sensible a fuentes de rayos X 100 veces más débiles que cualquier telescopio de rayos X anterior , gracias a la alta resolución angular de sus espejos. Dado que la atmósfera de la Tierra absorbe la gran mayoría de los rayos X , no son detectables desde los telescopios terrestres ; por lo tanto, se requieren telescopios espaciales para realizar estas observaciones. Chandra es un satélite terrestre en una órbita de 64 horas y su misión está en curso a partir de 2024 .

Chandra es uno de los Grandes Observatorios , junto con el Telescopio Espacial Hubble , el Observatorio de Rayos Gamma Compton (1991-2000) y el Telescopio Espacial Spitzer (2003-2020). El telescopio lleva el nombre del astrofísico indio-estadounidense ganador del Premio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar . [7] Su misión es similar a la de la nave espacial XMM-Newton de la ESA , también lanzada en 1999, pero los dos telescopios tienen diferentes focos de diseño, ya que Chandra tiene una resolución angular mucho mayor y XMM-Newton un mayor rendimiento espectroscópico.

En respuesta a una reducción de la financiación de la NASA en 2024 por parte del Congreso de los EE. UU ., Chandra se ve amenazado con una cancelación anticipada a pesar de que le queda más de una década de funcionamiento. La cancelación se ha calificado como un posible evento de "nivel de extinción" para la astronomía de rayos X en los EE. UU. Un grupo de astrónomos ha elaborado un proyecto de divulgación pública para intentar conseguir que suficientes ciudadanos estadounidenses convenzan al Congreso de los EE. UU. de que proporcione fondos suficientes para evitar la terminación anticipada del observatorio. [8]

Historia

En 1976, Riccardo Giacconi y Harvey Tananbaum propusieron a la NASA el Observatorio de rayos X Chandra (llamado AXAF en ese momento) . El trabajo preliminar comenzó el año siguiente en el Centro Marshall para Vuelos Espaciales (MSFC) y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO), donde ahora se opera el telescopio para la NASA [9] en el Centro de rayos X Chandra en el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian . Mientras tanto, en 1978, la NASA puso en órbita el primer telescopio de rayos X de imágenes, Einstein (HEAO-2). El trabajo en el proyecto AXAF continuó durante las décadas de 1980 y 1990. En 1992, para reducir costos, la nave espacial fue rediseñada. Cuatro de los doce espejos planificados fueron eliminados, al igual que dos de los seis instrumentos científicos. La órbita planificada de AXAF se cambió a una elíptica, alcanzando un tercio del camino hacia la Luna en su punto más alejado. Esto eliminó la posibilidad de mejoras o reparaciones por parte del transbordador espacial , pero colocó al observatorio por encima de los cinturones de radiación de la Tierra durante la mayor parte de su órbita. El AXAF fue ensamblado y probado por TRW (ahora Northrop Grumman Aerospace Systems) en Redondo Beach , California .

El transbordador espacial Columbia , STS-93, se lanza en 1999

AXAF fue rebautizada como Chandra como parte de un concurso organizado por la NASA en 1998, que atrajo más de 6.000 propuestas de todo el mundo. [10] Los ganadores del concurso, Jatila van der Veen y Tyrel Johnson (en aquel entonces profesora de secundaria y estudiante de secundaria, respectivamente), sugirieron el nombre en honor al astrofísico indio-estadounidense ganador del Premio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar . Es conocido por su trabajo en la determinación de la masa máxima de las estrellas enanas blancas , lo que condujo a una mayor comprensión de los fenómenos astronómicos de alta energía, como las estrellas de neutrones y los agujeros negros . [7] Apropiadamente, el nombre Chandra significa "luna" en sánscrito . [11]

Originalmente programado para ser lanzado en diciembre de 1998, [10] la nave espacial se retrasó varios meses, finalmente fue lanzada el 23 de julio de 1999, a las 04:31 UTC por el transbordador espacial Columbia durante STS-93 . Chandra fue desplegado por Cady Coleman [12] desde Columbia a las 11:47 UTC. El motor de la primera etapa de la etapa superior inercial se encendió a las 12:48 UTC, y después de arder durante 125 segundos y separarse, la segunda etapa se encendió a las 12:51 UTC y ardió durante 117 segundos. [13] Con 22,753 kilogramos (50,162 lb), [1] fue la carga útil más pesada lanzada jamás por el transbordador, una consecuencia del sistema de cohete propulsor de dos etapas de la etapa superior inercial necesario para transportar la nave espacial a su órbita alta.

Chandra ha estado enviando datos desde el mes posterior a su lanzamiento. Su funcionamiento está a cargo del SAO en el Centro de rayos X Chandra en Cambridge, Massachusetts , con la asistencia del MIT y Northrop Grumman Space Technology. Los CCD del ACIS sufrieron daños por partículas durante los primeros pasos por el cinturón de radiación. Para evitar más daños, el instrumento ahora se retira del plano focal del telescopio durante los pasos.

Aunque inicialmente se había previsto que Chandra tuviera una vida útil de cinco años, el 4 de septiembre de 2001 la NASA extendió su vida útil a diez años "basándose en los extraordinarios resultados del observatorio". [14] Físicamente, Chandra podría durar mucho más. Un estudio realizado en 2004 en el Centro de rayos X Chandra indicó que el observatorio podría durar al menos quince años. [15] Está activo desde 2024 y tiene un próximo calendario de observaciones publicado por el Centro de rayos X Chandra. [16]

En julio de 2008, el Observatorio Internacional de Rayos X , un proyecto conjunto entre la ESA , la NASA y la JAXA , fue propuesto como el próximo gran observatorio de rayos X, pero luego fue cancelado. [17] La ​​ESA luego resucitó una versión reducida del proyecto como el Telescopio Avanzado para Astrofísica de Altas Energías (ATHENA), con un lanzamiento propuesto en 2028. [18]

El 10 de octubre de 2018, Chandra entró en modo seguro de operaciones debido a una falla en el giroscopio. La NASA informó que todos los instrumentos científicos estaban a salvo. [19] [20] En cuestión de días, se entendió el error de 3 segundos en los datos de un giroscopio y se hicieron planes para que Chandra volviera a funcionar a pleno rendimiento. El giroscopio que experimentó la falla se colocó en reserva y, por lo demás, está en buen estado. [21]

En marzo de 2024, el Congreso decidió reducir la financiación de la NASA y sus misiones, lo que podría provocar el fin prematuro de esta misión. [22] En junio de 2024, los senadores instaron a la NASA a reconsiderar los recortes a Chandra, lo que fue aceptado. [23]

Descubrimientos de ejemplo

Tripulación del STS-93 con una maqueta

Los datos recopilados por Chandra han hecho avanzar enormemente el campo de la astronomía de rayos X. A continuación, se muestran algunos ejemplos de descubrimientos respaldados por observaciones de Chandra:

Descripción técnica

Montaje del telescopio
El espejo principal de AXAF (Chandra)
Unidad de vuelo HRC de Chandra

A diferencia de los telescopios ópticos que poseen superficies parabólicas aluminizadas simples (espejos), los telescopios de rayos X generalmente utilizan un telescopio Wolter que consiste en superficies paraboloides e hiperboloides cilíndricos anidados recubiertos con iridio u oro . Los fotones de rayos X serían absorbidos por superficies de espejo normales, por lo que se necesitan espejos con un ángulo rasante bajo para reflejarlos. Chandra utiliza cuatro pares de espejos anidados, junto con su estructura de soporte, llamada Conjunto de Espejos de Alta Resolución (HRMA); el sustrato del espejo es un vidrio de 2 cm de espesor, con la superficie reflectante un recubrimiento de iridio de 33 nm, y los diámetros son 65 cm, 87 cm, 99 cm y 123 cm. [46] El sustrato grueso y el pulido particularmente cuidadoso permitieron una superficie óptica muy precisa, que es responsable de la resolución inigualable de Chandra: entre el 80% y el 95% de la energía de rayos X entrantes se enfoca en un círculo de un segundo de arco . Sin embargo, el espesor del sustrato limita la proporción de la abertura que se llena, lo que genera un área de recolección baja en comparación con XMM-Newton .

La órbita altamente elíptica de Chandra le permite realizar observaciones continuas durante hasta 55 horas de su período orbital de 65 horas . En su punto orbital más alejado de la Tierra, Chandra es uno de los satélites que orbitan la Tierra más distantes. Esta órbita lo lleva más allá de los satélites geoestacionarios y más allá del cinturón exterior de Van Allen . [47]

Con una resolución angular de 0,5 segundos de arco (2,4 μrad), Chandra posee una resolución 1.000 veces mejor que la del primer telescopio de rayos X en órbita.

El CXO utiliza giroscopios mecánicos , [48] que son sensores que ayudan a determinar en qué dirección apunta el telescopio. [49] Otros sistemas de navegación y orientación a bordo del CXO incluyen una cámara de aspecto, sensores de Tierra y Sol y ruedas de reacción . También tiene dos juegos de propulsores, uno para el movimiento y otro para descargar el impulso. [49]

Instrumentos

El módulo de instrumentos científicos (SIM) contiene los dos instrumentos del plano focal, el espectrómetro de imágenes CCD avanzado (ACIS) y la cámara de alta resolución (HRC), moviendo el que sea necesario a su posición durante una observación.

El ACIS consta de 10 chips CCD y proporciona imágenes e información espectral del objeto observado. Opera en el rango de energía de los fotones de 0,2 a 10 keV . El HRC tiene dos componentes de placa de microcanales y toma imágenes en el rango de 0,1 a 10 keV. También tiene una resolución temporal de 16 microsegundos . Ambos instrumentos se pueden utilizar de forma independiente o junto con una de las dos rejillas de transmisión del observatorio .

Las rejillas de transmisión, que se desplazan en el camino óptico detrás de los espejos, proporcionan a Chandra espectroscopia de alta resolución. El espectrómetro de rejilla de transmisión de alta energía (HETGS) funciona en rangos de 0,4 a 10 keV y tiene una resolución espectral de 60 a 1000. El espectrómetro de rejilla de transmisión de baja energía (LETGS) tiene un rango de 0,09 a 3 keV y una resolución de 40 a 2000.

Resumen: [50]

Galería

Diagrama etiquetado de CXO
Animación de la órbita del Observatorio de rayos X Chandra alrededor de la Tierra el 7 de agosto de 1999
  Chandra  ·   Tierra

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos