INTEGRAL (observatorium)

International Gamma Ray Observatory ( International  Gamma-Ray Astrophysics Laboratory / INTEGRAL ) er et orbitalt observatorium designet til at studere galaktiske og ekstragalaktiske objekter i det hårde røntgen- og gammastråleområde . INTEGRAL er et projekt af European Space Agency (ESA) i samarbejde med Roscosmos og NASA , styret fra European Space Flight Control Center i Darmstadt , Tyskland og gennem jordstationer i Belgien (Redu) og USA ( Goldstone ).

Projektmål

Observatoriets formål er:

• Giv nye data til at berige teorien om nukleosyntese ved at opdage atomkerner dannet i slutningen af ​​stjernernes liv [1] .
• Opdagelse af resterne af gamle supernovaer ved at identificere kernerne af radioaktive grundstoffer, normalt syntetiseret af dem under en eksplosion [2] .
• Identificer fænomenerne for kold nukleosyntese, det vil sige spaltningen af ​​atomer, der opstår, når atomer eller accelererede protoner kolliderer med atomer i det interstellare medium . Under kollisionen ødelægges atomerne i det interstellare medium (kulstof, oxygen, nitrogen) (spaltningsprocessen) og giver lettere atomer af lithium, beryllium, bor. De fysiske forhold i stjerner bidrager til den hurtige ødelæggelse af disse elementer i nukleare reaktioner, på grund af hvilke næsten alle atomerne i disse elementer blev dannet i det interstellare medium. INTEGRAL bør studere disse atomer mere detaljeret gennem de gammastråler, der udsendes af dem, når de vender tilbage fra en exciteret tilstand til grundtilstanden [3] .
• Observation af nye og supernovaer [4] , herunder gravitationssupernovaer, det vil sige sammenbrud af stjerner med en masse på over 8-10 solmasser [5] .
• Observation af kompakte objekter som hvide dværge , neutronstjerner , sorte huller [6] .
• Observation af galakser, stjernehobe, aktive galaktiske kerner , blazarer og den kosmiske mikrobølgebaggrund [6] .
• Observation af processer og fænomener i centrum af vores galakse .
• Identifikation af kilder til gammastråler, hvis oprindelse i øjeblikket er ukendt [6] .
• Registrering af annihilationsstråling af positroner i vores galakse [7] .

Det var det mest følsomme gammastråleobservatorium i rummet indtil opsendelsen af ​​Fermi i 2008 [8] . På grund af det faktum, at fotoner i de hårde røntgen- og gammaområder er næsten umulige at afvige fra en retlinet udbredelse og dermed at fokusere, bruger observatoriets grundlæggende instrumenter det kodede blændeprincip til billeddannelse . Mest sandsynligt vil instrumenterne fra INTEGRAL-observatoriet (såvel som SWIFT -observatoriets BAT-teleskop ) være de sidste i rækken af ​​hårde røntgen-teleskoper med kodet blænde , på grund af det faktum, at for yderligere at øge følsomhed af instrumenter af denne type, er det nødvendigt at øge massen af ​​instrumenter med mere end 10 gange, hvilket i øjeblikket er umuligt med de tilgængelige bærere (masse af INTEGRAL-observatoriet ~4,2 tons). Den kodede blændemetode i rumdomænet blev første gang anvendt i 1989 af det franske SIGMA-teleskop ombord på det russiske Granat-rumobservatorium .

Rumfartøj

Efter Ruslands annullering i 2002 af Spektr-RG- programmet (i den originale "tunge" version), hvor europæiske og amerikanske laboratorier brugte mere end 300 millioner amerikanske dollars, påtog Roscosmos sig forpligtelser til at levere observatoriet i kredsløb [9] [ 10] .

INTEGRAL blev lanceret fra Baikonur Cosmodrome i 2002. Ved opsendelse i kredsløb var et mobilt målepunkt i Sydamerika og et militært sovjetisk missionskontrolcenter involveret . Enhedens operationelle kredsløb har en periode på 72 timer og har en høj excentricitet med en perigeum på 10.000 km inden for det magnetosfæriske strålingsbælte . Det meste af hver bane passerer dog uden for denne region, hvor der kan foretages videnskabelige observationer. De når deres største afstand fra Jorden ( apogeum ) på 153.000 km. Apogee forekommer på den nordlige halvkugle for at forkorte formørkelsestider og maksimere kontakttiden med jordstationer på den nordlige halvkugle. Til dette er dens kredsløb synkroniseret med Jordens rotation [11] .

Takket være en særlig opsendelsesordning lykkedes det observatoriet at spare en uventet stor del af brændstoffet, hvilket gør det muligt for enheden fysisk at fungere i kredsløb i mere end 10-15 år, og i øjeblikket har den mere end fordoblet sin oprindeligt planlagte tjeneste liv. Fra november 2018 er hendes mission blevet forlænget til udgangen af ​​2020, med en mulig forlængelse til 2022 [12] .

INTEGRAL-rumfartøjet er en kopi af XMM-Newton- satellitten , som har reduceret projektomkostningerne betydeligt. Til at styre satellitten bruges en hydrazinmotor , hvoraf 544 kg blev opbevaret i 4 påhængstanke. Solar nikkel-cadmium batterier har en spændvidde på 16 meter og giver en effekt på 2,4 kW.

Holdningskontrol udføres på stjernerne af flere solsensorer og flere gyroskoper.

Satellitproducenten er Thales Alenia Space .

Apparater

Observatoriet består af to hovedinstrumenter (IBIS, SPI) og to hjælpeinstrumenter (JEM-X, OMC).

• IBIS er et kodende masketeleskop . Driftsenergiområdet er fra 15 keV (hård røntgenstråling) til 10 MeV (gammastråling). I området 15-300 k eV registreres fotoner af ISGRI-detektoren (Integral Soft Gamma-Ray Imager) på et sæt cadmium - tellurid - elementer; i området 300 keV - 10 MeV - hovedsageligt af PICsIT (Pixellated Ces-Iodide Telescope) detektoren på cæsium - jod elementer. Teleskopets detektorer har et samlet areal på omkring 2500 cm², hvoraf halvdelen er formørket af kodningsmasken. Vinkelopløsningen er 12 bueminutter, men ved at feje signalet er det muligt at forbedre det til 1 bueminut og højere, op til 30 buesekunder [7] . En maske af 95 x 95 rektangulære wolframfliser sidder 3,2 meter over detektorerne. Detektorsystemet består af 128 x 128 celler af ISGRI-cadmiumtelluriddetektoren, hvorunder der er et lag af 64 x 64 celler af cæsiumiodid PICsIT-detektoren. ISGRI er følsom ned til 1 MeV, mens følsomheden af ​​PICsIT strækker sig op til 10 MeV.
• SPI er et germanium- spektrometer , der består af 19 separate detektorer, der også bruger en sekskantet wolfram-wafer-kodningsmaske. Driftsenergiområde fra 20 keV til 8 MeV [7] . Germaniumdetektorer afkøles til en temperatur på omkring 80-90 K, hvilket gør det muligt at opnå en hidtil uset energiopløsning på 2 keV ved en energi på 1 MeV. Begge detektorsystemer (IBIS og SPI) skal afskærmes for at reducere baggrundsstråling. Kodningsmaskens wolframplader er afskærmet med et lag scintillatorplast , som absorberer sekundær stråling forårsaget af påvirkningen af ​​højenergipartikler på wolfram. Detektorerne var afskærmet med blyplader og vismutgermanat (BGO) krystaller. Det optiske felt er 8° og opløsningen er 2° [13] .
• Hjælpeenheder JEM-X og OMC (Optical Monitor Camera) er designet til at studere objekter i de konventionelle røntgen - 335 keV (JEM-X) og optiske og ultraviolette (OMC) områder (bølgelængde 500-580 nm). OMC'en er i stand til at registrere objekter op til størrelsesorden 18,2 med en eksponering på 1000 sekunder [7] . Udover at udvide den spektrale dækning er billedet skarpere på grund af den kortere bølgelængde. Detektorerne er gasformige scintillatorer (xenon og metan). Disse er primært støtteværktøjer, der også kan registrere aktiviteten og tilstanden af ​​nogle af de lysere objekter.
• Det sidste instrument er IREM (INTEGRAL Radiation Environment Monitor), som er ansvarlig for at overvåge det orbitale baggrundsniveau og også bruges til datakalibrering. IREM er følsomt over for elektroner og protoner (registrerer dem uafhængigt) i Jordens strålingsbælte samt over for kosmiske stråler. Hvis baggrundsniveauet er for højt, kan IREM slukke for videnskabelige instrumenter for at beskytte dem.

Kodede blændedetektorer er blevet udviklet under ledelse af University of Valencia , Spanien.

Hovedresultater

INTEGRAL-observatoriet fortsætter med at fungere med succes i kredsløb. Blandt de vigtigste resultater fra observatoriet skal det bemærkes:

• Kortlægning af området i Galaksens centrum i det hårde røntgenområde med en meget høj følsomhed.
• Opdagelse af et helt sæt galaktiske hårde røntgenkilder skjult af støvabsorption i andre energiområder (f.eks. standard røntgenstråler 1-10 keV eller optisk)
• Opdagelse af en ny hård røntgenkomponent i strålingen fra de såkaldte anomale røntgenpulsarer og magnetarer . Oprindelsen af ​​denne komponent er ikke helt klar.
• Højpræcisionsmåling af formen af ​​positron-udslettelsesstrålingsspektret. Forskere var således i stand til at fastslå, at omkring halvdelen af ​​det antistof , der produceres i galaksen, skyldes sorte huller eller neutronstjerner, der river stof fra deres satellit med en masse mindre end eller lig med Solens masse [14] .
• Strålingen fra galaksens højderyg ved energier over 20 keV er blevet målt for første gang. Det er vist, at op til energier på 50-60 keV produceres det af den samlede stråling fra et stort antal tiltagende hvide dværge.
• Beregninger af kilder til hård røntgenstråling på hele himlen er blevet udført. Baseret på resultaterne af disse beregninger blev de statistiske karakteristika for galaktiske og ekstragalaktiske kilder i det nærliggende univers målt.
• Opdagelse af en ny type kvasar (den såkaldte "jern-quasar").
• Opdagelse af en ny kategori af massive røntgen- binære stjerner , som takket være jordbaserede observatorier er blevet identificeret som kompakte objekter i kredsløb om superkæmpestjerner [15] .
• Identifikation af 700 nye gammastrålekilder, herunder en kategori af pulsarer, der er i stand til at generere magnetfelter en milliard gange stærkere end dem, der er skabt i laboratorier på Jorden.
• Et katalog over opdagede sorte huller er blevet udarbejdet, som skulle gøre det muligt at estimere deres antal i universet.
• INTEGRAL gjorde det muligt at fastslå, at det supermassive sorte hul i midten af ​​vores galakse har meget lav aktivitet [16] .
• Rumobservatoriet fungerer som et advarselssystem for forekomsten af ​​pludselige hurtige gammastråleudbrud, der varer fra nogle få sekunder til flere minutter ved indirekte brug af dets instrumenter. Samtidig giver det dig mulighed for hurtigt at angive koordinaterne for andre mere effektive værktøjer til kilden til dette flygtige fænomen. Således, takket være INTEGRAL, kan videnskabsmænd detektere en gammastråleudbrudskilde placeret på kort afstand (derfor i den seneste tid) og meget lavere effekt, hvilket er vigtigt for dens identifikation [17] .
• Et kort over fordelingen af ​​aluminium-26 blev udarbejdet , hvilket gør det muligt at afklare viden om processen med nukleosyntese af dette atom. Arbejdet fortsætter med at kortlægge fordelingen af ​​titanium-44 [18] .

Se også

• Liste over rumfartøjer med røntgen- og gammadetektorer om bord

Noter

1. ↑ Astrophysique nucléaire . irfu.cea.fr. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020. (ubestemt)
2. ↑ Sur la piste des supernovae manquantes . irfu.cea.fr. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020. (ubestemt)
3. ↑ à la recherche des sites de nucléosynthèse froide . irfu.cea.fr. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 25. december 2021. (ubestemt)
4. ↑ Novae et supernovae . irfu.cea.fr. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020. (ubestemt)
5. ↑ Supernovaer gravitationelles . irfu.cea.fr. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020. (ubestemt)
6. ↑ 1 2 3 ESA Science & Technology - Mål . sci.esa.int. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020. (ubestemt)
7. ↑ 1 2 3 4 Roman Krivonos. INTEGRAL . Institut for Højenergi Astrofysik. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020. (Russisk)
8. ↑ BJ Teegarden, SJ Sturner. INTEGRALE observationer af gammastråleudbrud   // HOVED . — 1999-04. — S. 17.01 . Arkiveret fra originalen den 4. februar 2020.
9. ↑ Spektr-R udvikling . www.russianspaceweb.com. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 21. februar 2020. (ubestemt)
10. ↑ Spektr projekthistorie . www.russianspaceweb.com. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 19. februar 2020. (ubestemt)
11. ↑ Integreret  oversigt . www.esa.int. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 19. oktober 2012.
12. ↑ ESA Science & Technology - Forlænget levetid for ESA's videnskabsmissioner . sci.esa.int. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 3. juni 2020. (ubestemt)
13. ↑ SPI-kodet maske . Billedbehandlingslaboratoriet . Hentet 10. maj 2022. Arkiveret fra originalen 31. marts 2022. (ubestemt)
14. ↑ Raie d'annihilation positron/elektron à 511 keV  (fr.) . Integral. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020.
15. ↑ Identifikation des kilder de haute energi  (fransk) . Integral. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020.
16. ↑ Cartes des sources gamma individuelle et mesure du fond cosmique X  (fr.) . Integral. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020.
17. ↑ Sursauts gamma  (fr.) . Integral. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020.
18. ↑ La Nucleosynthese  (fransk) . Integral. Hentet 4. februar 2020. Arkiveret fra originalen 4. februar 2020.

Links

• Observatoriets officielle hjemmeside (utilgængeligt link) . Hentet 5. november 2008. Arkiveret fra originalen 8. november 2008. (ubestemt) 
• All-sky-katalog opnået ved hjælp af observatoriedata på Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences
• Russisk Center for Videnskabelige Data i INTEGRAL-projektet
• INTEGRAL Observatory - 10 år i kredsløb (2012-11-20)

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	LCCN : n2002012007 VIAF : 267710829 World Cat VIAF : 267710829