Observatoire de rayons X Chandra - Chandra X-ray Observatory

Observatoire de rayons X Chandra
Chandra artiste illustration.jpg
Illustration de Chandra
Noms Installation avancée d'astrophysique à rayons X (AXAF)
Type de mission Astronomie aux rayons X
Opérateur NASA  / SAO  / CXC
Identifiant COSPAR 1999-040B
SATCAT 25867
Site Internet http://chandra.harvard.edu/
Durée de la mission Prévu : 5 ans
Elapsed : 22 ans, 1 mois, 1 jour
Propriétés du vaisseau spatial
Fabricant TRW Inc.
Lancer la masse 5 860 kg (12 930 livres)
Masse sèche 4 790 kg (10 560 lb)
Dimensions Déployé : 13,8 × 19,5 m (45,3 × 64,0 pi)
Rangement : 11,8 × 4,3 m (38,7 × 14,0 pi)
Puissance 2 350 W
Début de mission
Date de lancement 23 juillet 1999, 04:30:59,984  UTC ( 1999-07-23UTC04:30:59 )
Fusée Navette spatiale Columbia ( STS-93 )
Site de lancement Kennedy LC-39B
Paramètres orbitaux
Système de référence Géocentrique
Régime Hautement elliptique
Demi-grand axe 80 795,9 km (50 204,2 mi)
Excentricité 0,743972
Altitude du périgée 14 307,9 km (8 890,5 mi)
Altitude d'apogée 134 527,6 km (83 591,6 mi)
Inclination 76.7156°
Période 3809,3 minutes
RAAN 305.3107°
Argument de périgée 267.2574°
Anomalie moyenne 0,3010°
Mouvement moyen 0,3780 tr/jour
Époque 4 septembre 2015, 04:37:54 UTC
Révolution non. 1358
Télescope principal
Taper Wolter type 1
Diamètre 1,2 m (3,9 pi)
Distance focale 10,0 m (32,8 pi)
Zone de collecte 0,04 m 2 (0,43 pied carré)
Longueurs d'onde Rayons X : 0,12–12  nm (0,1–10  keV )
Résolution 0,5 seconde d'arc
←  Compton
Spitzer  →
 

Le Chandra X-ray Observatory ( CXO ), anciennement connu sous le nom de Advanced X-ray Astrophysics Facility ( AXAF ), est un télescope spatial de classe phare lancé à bord de la navette spatiale Columbia pendant STS-93 par la NASA le 23 juillet 1999. Chandra est sensible aux sources de rayons X 100 fois plus faibles que n'importe quel télescope à rayons X précédent , grâce à la haute résolution angulaire de ses miroirs. Puisque l' atmosphère terrestre absorbe la grande majorité des rayons X , ils ne sont pas détectables par les télescopes terrestres ; par conséquent, des télescopes spatiaux sont nécessaires pour effectuer ces observations. Chandra est un satellite terrestre sur une orbite de 64 heures, et sa mission se poursuit à partir de 2021.

Chandra est l'un des grands observatoires , avec le télescope spatial Hubble , l' observatoire Compton Gamma Ray (1991-2000) et le télescope spatial Spitzer (2003-2020). Le télescope porte le nom de l' astrophysicien indo -américain Subrahmanyan Chandrasekhar, lauréat du prix Nobel . Sa mission est similaire à celle du vaisseau spatial XMM-Newton de l' ESA , également lancé en 1999, mais les deux télescopes ont des foyers de conception différents; Chandra a une résolution angulaire beaucoup plus élevée.

Histoire

En 1976, l'observatoire à rayons X Chandra (appelé AXAF à l'époque) a été proposé à la NASA par Riccardo Giacconi et Harvey Tananbaum. Les travaux préliminaires ont commencé l'année suivante au Marshall Space Flight Center (MSFC) et au Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Entre-temps, en 1978, la NASA a lancé le premier télescope à rayons X d'imagerie, Einstein (HEAO-2), en orbite. Les travaux se sont poursuivis sur le projet AXAF tout au long des années 1980 et 1990. En 1992, pour réduire les coûts, le vaisseau spatial a été repensé. Quatre des douze miroirs prévus ont été éliminés, ainsi que deux des six instruments scientifiques. L'orbite prévue d'AXAF a été changée en une orbite elliptique, atteignant un tiers de la distance de celle de la Lune à son point le plus éloigné. Cela a éliminé la possibilité d'amélioration ou de réparation par la navette spatiale, mais a placé l'observatoire au-dessus des ceintures de rayonnement de la Terre pour la majeure partie de son orbite. AXAF a été assemblé et testé par TRW (maintenant Northrop Grumman Aerospace Systems) à Redondo Beach , en Californie .

STS-93 est lancé en 1999

AXAF a été rebaptisé Chandra dans le cadre d'un concours organisé par la NASA en 1998, qui a attiré plus de 6 000 candidatures dans le monde. Les gagnants du concours, Jatila van der Veen et Tyrel Johnson (alors professeur de lycée et lycéen, respectivement), ont suggéré le nom en l'honneur de l' astrophysicien indo -américain Subrahmanyan Chandrasekhar, lauréat du prix Nobel . Il est connu pour son travail dans la détermination de la masse maximale des étoiles naines blanches , menant à une meilleure compréhension des phénomènes astronomiques de haute énergie tels que les étoiles à neutrons et les trous noirs. À juste titre, le nom Chandra signifie « lune » en sanskrit .

Initialement prévu pour être lancé en décembre 1998, le vaisseau spatial a été retardé de plusieurs mois, pour finalement être lancé le 23 juillet 1999 à 04:31 UTC par la navette spatiale Columbia pendant STS-93 . Chandra a été déployé depuis Columbia à 11h47 UTC. Le moteur du premier étage de l'étage supérieur inertiel s'est allumé à 12:48 UTC, et après avoir brûlé pendant 125 secondes et séparé, le deuxième étage s'est allumé à 12:51 UTC et a brûlé pendant 117 secondes. Avec ses 22 753 kilogrammes (50 162 lb), il s'agissait de la charge utile la plus lourde jamais lancée par la navette, une conséquence du système de fusée d'appoint à inertie supérieure à deux étages nécessaire pour transporter le vaisseau spatial sur son orbite haute.

Chandra renvoie des données depuis le mois suivant son lancement. Il est exploité par le SAO au Chandra X-ray Center à Cambridge, Massachusetts , avec l'aide du MIT et de Northrop Grumman Space Technology. Les CCD ACIS ont subi des dommages causés par des particules lors des premiers passages de la ceinture de radiation. Pour éviter d'autres dommages, l'instrument est maintenant retiré du plan focal du télescope pendant les passages.

Bien que Chandra ait initialement reçu une durée de vie prévue de 5 ans, le 4 septembre 2001, la NASA a prolongé sa durée de vie à 10 ans "sur la base des résultats exceptionnels de l'observatoire". Physiquement, Chandra pouvait tenir beaucoup plus longtemps. Une étude réalisée en 2004 au Chandra X-ray Center a indiqué que l'observatoire pourrait durer au moins 15 ans.

En juillet 2008, l' Observatoire international des rayons X , un projet conjoint entre l' ESA , la NASA et la JAXA , a été proposé comme prochain grand observatoire à rayons X , mais a ensuite été annulé. L'ESA a ensuite ressuscité une version réduite du projet sous le nom de télescope avancé pour l'astrophysique des hautes énergies (ATHENA), avec un lancement proposé en 2028.

Le 10 octobre 2018, Chandra est entré en mode sans échec, en raison d'un problème de gyroscope. La NASA a rapporté que tous les instruments scientifiques étaient sûrs. En quelques jours, l'erreur de 3 secondes dans les données d'un gyroscope a été comprise et des plans ont été élaborés pour remettre Chandra en service complet. Le gyroscope qui a connu le glitch a été mis en réserve et est par ailleurs en bonne santé.

Exemples de découvertes

Équipage de STS-93 avec un modèle réduit

Les données recueillies par Chandra a grandement fait progresser le domaine de l' astronomie des rayons X . Voici quelques exemples de découvertes appuyées par les observations de Chandra :

Image CXO de la naine brune TWA 5B
  • TWA 5B, une naine brune , a été vue en orbite autour d'un système binaire d' étoiles semblables au Soleil .
  • Presque toutes les étoiles de la séquence principale sont des émetteurs de rayons X. (Schmitt et Liefke, 2004)
  • L'ombre aux rayons X de Titan a été vue lors de son passage dans la nébuleuse du Crabe.
  • Émissions de rayons X provenant de matériaux tombant d'un disque protoplanétaire dans une étoile. (Kastner, et al. , 2004)
  • Constante de Hubble mesurée à 76,9 km/s/Mpc en utilisant l' effet Sunyaev-Zel'dovich .
  • 2006 Chandra a trouvé des preuves solides de l'existence de la matière noire en observant la collision des superamas.
  • 2006 Des boucles, anneaux et filaments émettant des rayons X découverts autour d'un trou noir super massif dans Messier 87 impliquent la présence d'ondes de pression, d'ondes de choc et d'ondes sonores. L'évolution de Messier 87 peut avoir été dramatiquement affectée.
  • Les observations de l' amas Bullet ont limité la section efficace de l'auto-interaction de la matière noire .
  • Photographie "La Main de Dieu" du PSR B1509-58 .
  • Les rayons X de Jupiter provenant des pôles, pas de l'anneau auroral.
  • Un grand halo de gaz chaud a été trouvé autour de la Voie lactée.
  • Observation de la galaxie naine M60-UCD1 extrêmement dense et lumineuse .
  • Le 5 janvier 2015, la NASA a rapporté que CXO avait observé une éruption de rayons X 400 fois plus lumineuse que d'habitude, un record, depuis Sagittarius A* , un trou noir supermassif au centre de la galaxie de la Voie lactée . L'événement inhabituel peut avoir été causé par la rupture d'un astéroïde tombant dans le trou noir ou par l'enchevêtrement de lignes de champ magnétique dans le gaz s'écoulant dans Sagittarius A *, selon les astronomes.
  • En septembre 2016, il a été annoncé que Chandra avait détecté des émissions de rayons X de Pluton , la première détection de rayons X d'un objet de la ceinture de Kuiper . Chandra avait fait les observations en 2014 et 2015, soutenant le vaisseau spatial New Horizons pour sa rencontre en juillet 2015.
  • En avril 2021, la NASA a annoncé les découvertes de l'observatoire légendaire dans un tweet disant "Uranus émet des rayons X, les astronomes trouvent". La découverte aurait "des implications intrigantes pour comprendre Uranus" s'il était confirmé que les rayons X proviennent de la planète et ne sont pas émis par le soleil. [21]

Description technique

Assemblage du télescope
Le miroir principal d'AXAF (Chandra)
Unité de vol HRC de Chandra

Contrairement aux télescopes optiques qui possèdent de simples surfaces paraboliques aluminisées (miroirs), les télescopes à rayons X utilisent généralement un télescope Wolter constitué de surfaces cylindriques paraboloïdes et hyperboloïdes imbriquées recouvertes d' iridium ou d' or . Les photons de rayons X seraient absorbés par les surfaces de miroir normales, de sorte que des miroirs avec un faible angle de rasage sont nécessaires pour les refléter. Chandra utilise quatre paires de miroirs imbriqués, ainsi que leur structure de support, appelée High Resolution Mirror Assembly (HRMA) ; le substrat du miroir est en verre de 2 cm d'épaisseur, avec la surface réfléchissante un revêtement d'iridium de 33 nm, et les diamètres sont de 65 cm, 87 cm, 99 cm et 123 cm. Le substrat épais et le polissage particulièrement soigné ont permis une surface optique très précise, qui est responsable de la résolution inégalée de Chandra : entre 80 et 95 % de l'énergie des rayons X entrants est focalisée dans un cercle d' une seconde d'arc . Cependant, l'épaisseur du substrat limite la proportion de l'ouverture qui est remplie, conduisant à la faible zone de collecte par rapport au XMM-Newton .

L' orbite hautement elliptique de Chandra lui permet d'observer en continu jusqu'à 55 heures de sa période orbitale de 65 heures . À son point orbital le plus éloigné de la Terre, Chandra est l'un des satellites en orbite terrestre les plus éloignés. Cette orbite l'emmène au-delà des satellites géostationnaires et au-delà de la ceinture extérieure de Van Allen .

Avec une résolution angulaire de 0,5 seconde d'arc (2,4 µrad), Chandra possède une résolution plus de 1000 fois supérieure à celle du premier télescope à rayons X en orbite.

CXO utilise des gyroscopes mécaniques , qui sont des capteurs qui aident à déterminer dans quelle direction le télescope est pointé. Les autres systèmes de navigation et d'orientation à bord du CXO comprennent une caméra d'aspect, des capteurs Terre et Soleil et des roues de réaction . Il dispose également de deux ensembles de propulseurs, un pour le mouvement et un autre pour décharger l'élan.

Instruments

Le module d'instruments scientifiques (SIM) contient les deux instruments du plan focal, le spectromètre d'imagerie CCD avancé (ACIS) et la caméra haute résolution (HRC), déplaçant celui qui est requis en position pendant une observation.

ACIS se compose de 10 puces CCD et fournit des images ainsi que des informations spectrales de l'objet observé. Il fonctionne dans la gamme d' énergie des photons de 0,2 à 10 keV . HRC a deux composants de plaque de micro-canaux et des images sur la plage de 0,1 à 10 keV. Il a également une résolution temporelle de 16 microsecondes . Ces deux instruments peuvent être utilisés seuls ou associés à l'un des deux réseaux de transmission de l'observatoire .

Les réseaux de transmission, qui se balancent dans le chemin optique derrière les miroirs, fournissent à Chandra une spectroscopie haute résolution. Le spectromètre à réseau de transmission à haute énergie (HETGS) fonctionne sur 0,4 à 10 keV et a une résolution spectrale de 60 à 1000. Le spectromètre à réseau de transmission à basse énergie (LETGS) a une plage de 0,09 à 3 keV et une résolution de 40 à 2000.

Sommaire:

  • Caméra haute résolution (HRC)
  • Spectromètre d'imagerie CCD avancé (ACIS)
  • Spectromètre à réseau de transmission à haute énergie (HETGS)
  • Spectromètre à réseau de transmission à basse énergie (LETGS)

Galerie

Diagramme étiqueté de CXO
Animation Observatoire de rayons X Chandra de l' orbite autour de la Terre du 7 Août 1999, à 8 Mars, 2019
  Chandra  ·   Terre

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes