Chandra X-ray Observatory

Chandra X-ray Observatory

Kunstnerisk afbildning af Chandra
Rumobservatorium
Organisation:   NASA, SAO, CXC
Primære Leverandører:   TRW/Northrop Grumman
I kredsløb om:   64 timer og 18 minutter
Instrumenter:   AXAF CCD Imaging Spectrometer
High Energy Transmission Grating
Kamera til højopløselige optagelser
Low Energy Transmission Grating
Opsendelsesdato:   23. juli 1999
Opsendelsessted:   Kennedy Space Center Launch Complex 39, Florida
Opsendelsesraket:   Rumfærgen Columbia (STS-93)
Forløbet:   Planlagt 5 år, stadig aktivt (pr. 2015)[1]
NSSDC ID:    1999-040B
Webside:   chandra.harvard.edu
Masse:   4.790 kg
Energiforsyning:   240 W RTG (200 W i 2015)

Chandra X-ray Observatory (CXO), tidligere kaldet Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF), er et rumobservatorium opsendt af NASA med rumfærgen Columbia på mission STS-93 den 23. juli 1999. Chandra observerer røntgenstråling og er mere end 100 gange mere følsom end noget tidligere røntgenteleskop takket være udformningen af dets spejle. Da Jordens atmosfære beskytter mod den kosmiske røntgenstråling, er det meget vanskeligt fra jordbaserede observatorier at foretage observationer af kosmisk røntgenstråling, hvorfor det er nødvendigt med rumteleskoper for at kunne foretage observationer i røntgen-spektret. Chandra er en satellit, der er i et 64-timers omløb om Jorden. Pr. 2015 er Chandra fortsat aktiv.

Chandra er et af de fire rumteleskoper, der indgår i NASA's Great Observatories program. De øvrige er Hubble-teleskopet, Compton Gamma Ray Observatory (1991–2000), og Spitzer Space Telescope. Teleskopet er opkaldt efter Subrahmanyan Chandrasekhar.[2]

Historie

Planerne om Chandra X-ray Observatory (dengang kaldet AXAF) blev foreslået til NASA i 1976 af Riccardo Giacconi og Harvey Tananbaum. Forundersøgelser blev påbegyndt året efter ved Marshall Space Flight Center (MSFC) og Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). I mellemtiden havde NASA i 1978 opsendt det første rumobservatorium til observation af røntgenstråling, Einstein (HEAO-2).

Arbejdet med AXAF-projektet fortsatte i 1980'erne og 1990'erne. For at reducere omkostningerne blev rumfartøjets design ændret i 1992. Fire af de tolv spejle blev fjernet ligesom to af de seks planlagte instrumenter. Det planlagte kredsløb blev ligeledes ændret til en fjernere og mere elliptisk omløbsbane.

AXAF blev samlet og testet af den californiske virksomhed TRW Inc., der i dag er en del af Northrop Grumman Aerospace Systems.

STS-93 ved opsendelsen i 1999. Ombord på rumfærgen var Chandra

AXAF blev inden opsendelsen omdøbt til Chandra som resultatet af en konkurrence afholdt af NASA i 1998, hvor der fremkom mere end 6.000 forslag fra hele verden.[3] Det nye navn blev valgt til ære for den indisk-amerikanske astrofysiker og Nobelprismodtager Subrahmanyan Chandrasekhar, hvis arbejde med bl.a hvide dværge og formulering af Chandrasekhargrænsen har ledt til en større forståelse af astronomiske fænomener med høj energi, såsom neutronstjerner og sorte huller.[2]

Opsendelsen af rumobservatoriet var oprindeligt planlagt til december 1998,[3] men opsendelsen blev flere gange forsinket, og først i juli 1999 blev observatoriet sendt i kredsløb med rumfærgen Columbia ved STS-93-missionen. Med en last på 22.753 kg var det den tungeste last, der indtil da var opsendt med en rumfærge, hvilket skyldtes det ekstra brændstof, der var nødvendigt for at bringe rumobservatoriet ud i det høje kredsløb efter, at rumfærgen havde bragt rumobservatoriet i et lavt jordkredsløb.[4]

Omløbsbane og forløbet af missionen

Chandras bane om Jorden pr. 7. januar 2014. Øvrige satellitters bane er indtegnet til sammenligning.

Chandra har en meget høj og elliptisk omløbsbane, der bringer satellitten ud i en afstand på ca. 133.000 km fra Jorden på det fjerneste punkt, svarende til ca. 1/3 af afstanden til Månen. Omløbsbanen fjerneste punkt er ca. 200 gange højere end eksempelvis Hubble-rumteleskopets bane og Chandra er en at de fjerneste satellitter i kredsløb om Jorden. Den valgte omløbsbane indebærer, at det ikke var muligt at nå rumobservatoriet med rumfærgerne, men indebærer, at observatoriet i det mest af sit kredsløb befinder sig udenfor Jordens beskyttende Van Allen-bælter.[5] Den meget elliptiske omløbsbane om Jorden muliggør observationer i ca. 55 timer ud det ca. 64 timer lange kredsløb. Ved en af de tidlige passager gennem Van Allen-bælterne skete der skade på Chandras instrumenter og instrumenterne fjernes nu fra observatoriets overflade under passagerne.

Chandra har siden sin opsendelse sendt data til Jorden. Driften af observatoriet varetages af SAO ved Chandra X-ray Center i Cambridge i Massachusetts med bistand fra MIT og Northrop Grumman Space Technology.

Chandra havde oprindeligt en forventet levetid på omkring 5 år, med den 4. september 2001 oplyste NASA, at levetiden var forlænget til 10 år "som følge af observatoriets enestående resultater".[6] Chandra er dog fysisk i stand til at fortsætte sin drift endnu længere. En vurdering foretaget af Chandra X-ray Center viser, at observatoriet kan holde i hvert fald 15 år.[7]

Et fælles projekt mellem ESA, NASA og JAXA til afløsning af Chandra-observatoriet, International X-ray Observatory (IXO) blev offentliggjort i juli 2008, men blev skrinlagt af NASA i 2011.[8] ESA har siden lagt planer for et tilsvarende projekt, Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA+) med planlagt opsendelse i 2028.[9]

Eksempler på opdagelser

Chandras observationer har medført store fremskridt indenfor røntgenastronomien. Eksempler på opdagelser er:

  • Det første billede, der blev taget med teleskopet efter at det var bragt i kredsløb var supernovarest Cassiopeia A. Det første billede viste astronomerne et kompakt objekt i centrum for supernovaen, formentlig en neutronstjerne eller et sort hul. (Pavlov, et al., 2000)
  • I Krabbetågen (en anden supernova) observerede Chandra en ring, der aldrig før var blevet observeret rundt om den centrale pulsar og jets, der tidligere kun var blevet delvist observeret med tidligere teleskoper. (Weisskopf, et al., 2000)
Kraftig udledning af røntgenstråling ("flare") fra Sagittarius A*, det supermassive sorte hul i Mælkevejens centrum.[10]
  • Chandra foretog den første observation af røntgenstråling udsendt af det supermassive sorte hul Sagittarius A*, der befinder sig i centrum af Mælkevejen[11] Den 5. januar 2015 oplyste NASA, at der af observatoriet var observeret et kraftigt udbrud af røntgenstråling (en "flare"), der var 400 gange kraftigere end tidligere observeret. Årsagen til det kraftige og pludselige udbrud er endnu ikke klarlagt.[10]
  • Chandra fandt meget mere kølig gas end forventet på vej i spiralarme mod centrum af Andromedagalaksen.
  • En ny type sort hul blev opdaget i galaksen M82, et mellem-masse objekt, der anses at være et "missing link" mellem sorte huller i stjernestørrelse og supermassive sorte huller. [12]
  • Røntgenstråling i form af emissionslinjer blev for første gang forbundet med et gammaglimt ved det såkaldte "Beethoven Burst" GRB 991216. [13]
  • Observationer af Chandra og BeppoSAX viser, at gammaglimt ofte forekommer i områder med stjernedannelse.
  • Data fra Chandra viser, at objekterne RX J1856.5-3754 og 3C58, der hidtil har været anset som pulsarer formentlig er endnu tættere objekter: kvarkstjerner.
  • Lydbølger fra kraftig aktivitet omkring et supermassivt sort hul er observeret i Perseus stjernehoben (2003).
  • Næsten alle stjerne i hovedserien udsender røntgenstråling.[14]
  • Der udsendes røntgenstråling fra materiale, der falder fra en protoplanetarisk skive ind i en stjerne.[15]
  • Hubblekonstanten blev målt til 77,6 km/s/Mpc.[16]
  • I 2006 leverede data fra Chandra stærke beviser for eksistensen af mørkt stof efter observation af kollision af stjernehobe.
  • Observation af af røntgenstråling omkring et supermassivt sort hul omkring Messier 87 indikerer forekomsten af trykbølger, chokbølger og lydbølger omkring sorte huller.[17]
  • Jupiters røntgenstråling kommer fra polerne.[18]
  • Opdagelsen af en stor halo omkring Mælkevejen.[19]
  • Opdagelsen af den ekstremt tætte og strålende dværggalakse M60-UCD1.[20]

Galleri

Se også

Noter

  1. ^ "Chandra X-ray Observatory Quick Facts". NASA.gov. august 1999. FS-1999-09-111-MSFC. Arkiveret fra originalen 19. juli 2015. Hentet 6. juli 2015.
  2. ^ a b "And the co-winners are..." Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 1998. Arkiveret fra originalen 12. januar 2014. Hentet 12. januar 2014.
  3. ^ a b Tucker, Wallace (31. oktober 2013). "Tyrel Johnson & Jatila van der Veen - Winners of the Chandra-Naming Contest - Where Are They Now?". Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Hentet 12. januar 2014.
  4. ^ Tracking Chandra, Harvard.edu
  5. ^ Gott, J. Richard; Juric, Mario (2006). "Logarithmic Map of the Universe". Princeton University.
  6. ^ "Chandra's Mission Extended to 2009". Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 28. september 2001.
  7. ^ Schwartz, Daniel A. (august 2004). "The Development and Scientific Impact of the Chandra X-Ray Observatory". International Journal of Modern Physics D. 13 (7): 1239-1248. arXiv:astro-ph/0402275. Bibcode:2004IJMPD..13.1239S. doi:10.1142/S0218271804005377.
  8. ^ "International X-ray Observatory". NASA.gov. Arkiveret fra originalen 3. marts 2008. Hentet 6. juli 2015.
  9. ^ Howell, Elizabeth (1. november 2013). "X-ray Space Telescope of the Future Could Launch in 2028". Space.com. Hentet 1. januar 2014.
  10. ^ a b Chou, Felicia; Anderson, Janet; Watzke, Megan (5. januar 2015). "RELEASE 15-001 - NASA's Chandra Detects Record-Breaking Outburst from Milky Way's Black Hole". NASA. Hentet 6. juli 2015.
  11. ^ Baganoff, et al., 2001
  12. ^ Griffiths, et al., 2000
  13. ^ Piro, et al., 2000
  14. ^ Schmitt & Liefke, 2004
  15. ^ Kastner, et al., 2004
  16. ^ Bonamente, M.; Joy, M. K.; Laroque, S. J.; Carlstrom, J. E.; Reese, E. D.; Dawson, K. S. (2006). "Determination of the cosmic distance scale from Sunyaev–Zel'dovich effect and Chandra X‐ray measurements of high‐redshift galaxy clusters". The Astrophysical Journal. 647: 25. arXiv:astro-ph/0512349. Bibcode:2006ApJ...647...25B. doi:10.1086/505291.
  17. ^ Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (oktober 2006). "Chandra Reviews Black Hole Musical: Epic But Off-Key". Pressemeddelelse.
  18. ^ "Puzzling X-rays from Jupiter". NASA.gov. 7. marts 2002. Arkiveret fra originalen 19. september 2015. Hentet 6. juli 2015.
  19. ^ Harrington, J. D.; Anderson, Janet; Edmonds, Peter (24. september 2012). "NASA's Chandra Shows Milky Way is Surrounded by Halo of Hot Gas". NASA.gov.
  20. ^ "M60-UCD1: An Ultra-Compact Dwarf Galaxy". NASA.gov. 24. september 2013.

Litteratur

Eksterne henvisninger

Autoritetsdata

Medier brugt på denne side

X-RayFlare-BlackHole-MilkyWay-20140105.jpg
Astronomers have observed the largest X-ray flare ever detected from the supermassive black hole at the center of the Milky Way galaxy. This event, detected by NASA’s Chandra X-ray Observatory, raises questions about the behavior of this giant black hole and its surrounding environment.

The supermassive black hole at the center of our galaxy, called Sagittarius A*, or Sgr A*, is estimated to contain about 4.5 million times the mass of our sun.

Astronomers made the unexpected discovery while using Chandra to observe how Sgr A* would react to a nearby cloud of gas known as G2.

“Unfortunately, the G2 gas cloud didn’t produce the fireworks we were hoping for when it got close to Sgr A*,” said lead researcher Daryl Haggard of Amherst College in Massachusetts. “However, nature often surprises us and we saw something else that was really exciting.”

On Sept. 14, 2013, Haggard and her team detected an X-ray flare from Sgr A* 400 times brighter than its usual, quiet state. This “megaflare” was nearly three times brighter than the previous brightest X-ray flare from Sgr A* in early 2012. After Sgr A* settled down, Chandra observed another enormous X-ray flare 200 times brighter than usual on Oct. 20, 2014.

Astronomers estimate that G2 was closest to the black hole in the spring of 2014, 15 billion miles away. The Chandra flare observed in September 2013 was about a hundred times closer to the black hole, making the event unlikely related to G2.

The researchers have two main theories about what caused Sgr A* to erupt in this extreme way. The first is that an asteroid came too close to the supermassive black hole and was torn apart by gravity. The debris from such a tidal disruption became very hot and produced X-rays before disappearing forever across the black hole's point of no return, or event horizon.

“If an asteroid was torn apart, it would go around the black hole for a couple of hours – like water circling an open drain – before falling in,” said co-author Fred Baganoff of the Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, Massachusetts. “That’s just how long we saw the brightest X-ray flare last, so that is an intriguing clue for us to consider.”

If this theory holds up, it means astronomers may have found evidence for the largest asteroid to produce an observed X-ray flare after being torn apart by Sgr A*.

A second theory is that the magnetic field lines within the gas flowing towards Sgr A* could be tightly packed and become tangled. These field lines may occasionally reconfigure themselves and produce a bright outburst of X-rays. These types of magnetic flares are seen on the sun, and the Sgr A* flares have similar patterns of intensity.

“The bottom line is the jury is still out on what’s causing these giant flares from Sgr A*,” said co-author Gabriele Ponti of the Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, Germany. “Such rare and extreme events give us a unique chance to use a mere trickle of infalling matter to understand the physics of one of the most bizarre objects in our galaxy.”

In addition to the giant flares, the G2 observing campaign with Chandra also collected more data on a magnetar: a neutron star with a strong magnetic field, located close to Sgr A*. This magnetar is undergoing a long X-ray outburst, and the Chandra data are allowing astronomers to better understand this unusual object.

These results were presented at the 225th meeting of the American Astronomical Society being held in Seattle. NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra's science and flight operations.
NASA-SNR0519690-ChandraXRayObservatory-20150122.jpg
X-ray & Optical Images of SNR E0519-69.0 - When a massive star exploded in the Large Magellanic Cloud, a satellite galaxy to the Milky Way, it left behind an expanding shell of debris called SNR 0519-69.0. Here, multimillion degree gas is seen in X-rays from Chandra (blue). The outer edge of the explosion (red) and stars in the field of view are seen in visible light from Hubble.
Chandra X-ray Observatory inside the Space Shuttle payload bay.jpg
At Launch Pad 39-B, the Chandra X-ray Observatory sits inside the payload bay of Space Shuttle Columbia, waiting for the doors to close. Chandra is the primary payload on mission STS-93, scheduled to launch aboard Columbia July 20 at 12:36 a.m. EDT. The combined Chandra/Inertial Upper Stage, seen here, measures 57 feet long and weighs 50,162 pounds. Fully deployed with solar arrays extended, the observatory measures 45.3 feet long and 64 feet wide. The world's most powerful X-ray telescope, Chandra will allow scientists from around the world to see previously invisible black holes and high-temperature gas clouds, giving the observatory the potential to rewrite the books on the structure and evolution of our universe
CXO orbit 20140107.png
Map showing the rather large orbit of the CXO (Chandra Observatory).
STS-93 launch.jpg
Launch of STS-93
PSR B1509-58 full.jpg
A Young Pulsar Shows Its Hand

A small, dense object only 12 miles in diameter is responsible for this beautiful X-ray nebula that spans 150 light years. At the center of this image made by NASA's Chandra X-ray Observatory is a very young and powerful pulsar, known as PSR B1509-58, or B1509 for short. The pulsar is a rapidly spinning neutron star which is spewing energy out into the space around it to create complex and intriguing structures, including one that resembles a large cosmic hand.

In this image, the lowest energy X-rays that Chandra detects are red, the medium range is green, and the most energetic ones are colored blue. Astronomers think that B1509 is about 1,700 years old and it is located about 17,000 light years away.

Neutron stars are created when massive stars run out of fuel and collapse. B1509 is spinning completely around almost 7 times every second and is releasing energy into its environment at a prodigious rate -- presumably because it has an intense magnetic field at its surface, estimated to be 15 trillion times stronger than the Earth's magnetic field.

The combination of rapid rotation and ultra-strong magnetic field makes B1509 one of the most powerful electromagnetic generators in the galaxy. This generator drives an energetic wind of electrons and ions away from the neutron star. As the electrons move through the magnetized nebula, they radiate away their energy and create the elaborate nebula seen by Chandra.
Tycho xrayonly.jpg
X-ray & Optical images of Tycho - A long Chandra observation of Tycho has revealed a pattern of X-ray "stripes" never seen before in a supernova remnant. The stripes are seen in the high-energy X-rays (blue) that also show the blast wave, a shell of extremely energetic electrons. Low-energy X-rays (red) show expanding debris from the supernova explosion. The stripes, seen to the lower right of this image, may provide the first direct evidence that a cosmic event can accelerate particles to energies a hundred times higher than achieved by the most powerful particle accelerator on Earth.
Chandra artist illustration.jpg
Artist illustration of the Chandra X-ray Observatory. Chandra is the most sensitive X-ray telescope ever built.