El Observatorio de rayos X Lynx ( Lynx ) es un Estudio Conceptual de Misión a Gran Escala financiado por la NASA y encargado como parte de la Encuesta Decenal de Astronomía y Astrofísica 2020 de la Academia Nacional de Ciencias . La fase de estudio conceptual se completó en agosto de 2019, y el informe final de Lynx [1] se ha enviado a la Encuesta Decenal para su priorización. Si se lanza, Lynx sería el observatorio astronómico de rayos X más poderoso construido hasta la fecha, lo que permitiría avances de orden de magnitud en capacidad [2] con respecto al Observatorio de rayos X Chandra y los telescopios espaciales XMM-Newton actuales.
En 2016, siguiendo las recomendaciones establecidas en la denominada Hoja de Ruta de Astrofísica de 2013, la NASA estableció cuatro estudios conceptuales de telescopios espaciales para futuras misiones científicas estratégicas de gran envergadura . Además de Lynx (originalmente llamada X-ray Surveyor en el documento de la Hoja de Ruta) , se encuentran la Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx), el Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR) y el Origins Space Telescope (OST, originalmente llamado Far-Infrared Surveyor). Los cuatro equipos completaron sus informes finales en agosto de 2019 y los entregaron tanto a la NASA como a la Academia Nacional de Ciencias , cuyo comité independiente de Encuesta Decadal asesora a la NASA sobre qué misión debería tener máxima prioridad. Si recibe la máxima prioridad y, por lo tanto, financiación, Lynx se lanzaría aproximadamente en 2036. Se colocaría en una órbita de halo alrededor del segundo punto de Lagrange Sol-Tierra (L2), y llevaría suficiente combustible para más de veinte años de funcionamiento sin mantenimiento. [1] [2]
El estudio conceptual de Lynx involucró a más de 200 científicos e ingenieros de múltiples instituciones académicas internacionales , empresas aeroespaciales y de ingeniería . [3] El Equipo de Definición de Ciencia y Tecnología Lynx (STDT) fue copresidido por Alexey Vikhlinin y Feryal Özel . Jessica Gaskin fue la científica del estudio de la NASA, y el Centro Marshall de Vuelos Espaciales administró la Oficina de Estudio Lynx junto con el Observatorio Astrofísico Smithsonian , que es parte del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian .
Según el Informe Final del estudio conceptual, la Misión de Referencia de Diseño Lynx fue optimizada intencionalmente para permitir avances importantes en las siguientes tres áreas de descubrimiento astrofísico:
En conjunto, estos sirven como tres "pilares científicos" que establecen los requisitos básicos para el observatorio. Esos requisitos incluyen una sensibilidad muy mejorada , una función de dispersión de puntos de sub-arcosegundo estable en todo el campo de visión del telescopio y una resolución espectral muy alta tanto para la obtención de imágenes como para la espectroscopia de rejillas . Estos requisitos, a su vez, permiten un caso científico amplio con importantes contribuciones en todo el panorama astrofísico (como se resume en el Capítulo 4 del Informe Lynx), incluida la astronomía de múltiples mensajeros , la física de acreción de agujeros negros , la estructura a gran escala , la ciencia del Sistema Solar e incluso los exoplanetas . El equipo Lynx promociona las capacidades científicas de la misión como "transformacionalmente poderosas, flexibles y de larga duración", inspiradas en el espíritu del programa Grandes Observatorios de la NASA .
Como se describe en los capítulos 6 a 10 del Informe final del estudio conceptual, Lynx está diseñado como un observatorio de rayos X con un telescopio de rayos X de incidencia rasante y detectores que registran la posición, la energía y el tiempo de llegada de los fotones de rayos X individuales . La reconstrucción del aspecto posterior al hecho conlleva requisitos modestos en cuanto a precisión y estabilidad de apuntamiento, al tiempo que permite ubicaciones precisas en el cielo para los fotones detectados. El diseño de la nave espacial Lynx se basa en gran medida en la herencia del Observatorio de rayos X Chandra , con pocas partes móviles y elementos de alto nivel de preparación tecnológica . Lynx operará en una órbita de halo alrededor del Sol-Tierra L2 , lo que permite una alta eficiencia de observación en un entorno estable. Sus maniobras y procedimientos operativos en órbita son casi idénticos a los de Chandra , y enfoques de diseño similares promueven la longevidad. Sin mantenimiento en el espacio, Lynx llevará suficientes consumibles para permitir un funcionamiento continuo durante al menos veinte años. Sin embargo, la nave espacial y los elementos de carga útil están diseñados para ser reparados, lo que potencialmente permite una vida útil aún más larga.
Los principales avances en sensibilidad, resolución espacial y espectral en la Misión de Referencia de Diseño Lynx son posibles gracias a la carga útil de la nave espacial, a saber, el conjunto de espejos y el conjunto de tres instrumentos científicos. El Informe Lynx señala que cada uno de los elementos de la carga útil presenta tecnologías de vanguardia y, al mismo tiempo, representa una evolución natural del desarrollo de la tecnología de instrumentación existente durante las últimas dos décadas. Las tecnologías clave se encuentran actualmente en los niveles de preparación tecnológica (TRL) 3 o 4. El Informe Lynx señala que, con tres años de desarrollo previo a la fase A a principios de la década de 2020, tres de las cuatro tecnologías clave habrán alcanzado el nivel 5 de TRL y una alcanzará el nivel 4 de TRL al comienzo de la Fase A, alcanzando el nivel 5 de TRL poco después. La carga útil Lynx consta de los siguientes cuatro elementos principales:
La experiencia del Observatorio de rayos X Chandra proporciona el modelo para desarrollar los sistemas necesarios para operar Lynx, lo que lleva a una reducción significativa de costos en comparación con empezar desde cero. Esto comienza con un solo contratista principal para el centro científico y de operaciones, integrado por un equipo integrado y sin fisuras de científicos, ingenieros y programadores. Muchos de los diseños de sistemas, procedimientos, procesos y algoritmos desarrollados para Chandra serán directamente aplicables a Lynx, aunque todos se reformularán en un entorno de software/hardware adecuado para la década de 2030 y más allá.
El impacto científico de Lynx se maximizará al someter todas sus observaciones propuestas a revisión por pares, incluidas las relacionadas con los tres pilares científicos. La preasignación de tiempo solo se puede considerar para un pequeño número de programas clave de usos múltiples, como sondeos en regiones preseleccionadas del cielo. Este enfoque de programa de Observador General (GO) abierto se ha empleado con éxito en grandes misiones como el Telescopio Espacial Hubble , el Observatorio de rayos X Chandra y el Telescopio Espacial Spitzer , y está previsto para el Telescopio Espacial James Webb y el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman . El programa GO de Lynx tendrá un amplio tiempo de exposición para lograr los objetivos de sus pilares científicos, generar impactos en todo el panorama astrofísico, abrir nuevas direcciones de investigación y producir descubrimientos aún inimaginables.
Se estima que el costo del Observatorio de rayos X Lynx oscila entre 4.800 y 6.200 millones de dólares (en dólares del año fiscal 2020 con niveles de confianza del 40% y el 70% , respectivamente). Este rango de costos estimado incluye el vehículo de lanzamiento , las reservas de costos y la financiación para cinco años de operaciones de la misión, mientras que excluye posibles contribuciones extranjeras (como la participación de la Agencia Espacial Europea (ESA)). Como se describe en la Sección 8.5 del Informe Final del estudio conceptual, el equipo Lynx encargó cinco estimaciones de costos independientes , todas las cuales llegaron a estimaciones similares para el costo total del ciclo de vida de la misión.
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