Observatoire de rayons X Chandra - Chandra X-ray Observatory
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 n° | 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 | ||||||||||
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 | ||||||||||
| |||||||||||
|
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 .
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
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 :
- La première image lumineuse , du reste de la supernova Cassiopée A , a donné aux astronomes leur premier aperçu de l' objet compact au centre du reste, probablement une étoile à neutrons ou un trou noir . (Pavlov, et al. , 2000)
- Dans la nébuleuse du Crabe , un autre vestige de supernova, Chandra a montré un anneau inédit autour du pulsar central et des jets qui n'avaient été que partiellement vus par les télescopes précédents. (Weisskopf, et al. , 2000)
- La première émission de rayons X a été vue depuis le trou noir supermassif , Sagittaire A* , au centre de la Voie lactée . (Baganoff, et al. , 2001)
- Chandra a trouvé beaucoup plus de gaz froid que prévu en spirale au centre de la galaxie d'Andromède .
- Des fronts de pression ont été observés en détail pour la première fois dans Abell 2142 , où des amas de galaxies fusionnent.
- Les premières images en rayons X de l' onde de choc d'une supernova ont été prises de SN 1987A .
- Chandra a montré pour la première fois l'ombre d'une petite galaxie alors qu'elle est cannibalisée par une plus grande, dans une image de Persée A .
- Un nouveau type de trou noir a été découvert dans la galaxie M82 , objets mi-masse censée être le chaînon manquant entre les trous noirs de taille stellaire et super trous noirs massifs . (Griffiths et coll. , 2000)
- Des raies d' émission de rayons X ont été associées pour la première fois à un sursaut gamma , Beethoven Burst GRB 991216. (Piro, et al. , 2000)
- Des lycéens, utilisant les données de Chandra, ont découvert une étoile à neutrons dans le reste de supernova IC 443 .
- Les observations de Chandra et BeppoSAX suggèrent que les sursauts gamma se produisent dans les régions de formation d'étoiles .
- Les données de Chandra suggèrent que les RX J1856.5-3754 et 3C58 , auparavant considérés comme des pulsars, pourraient être des objets encore plus denses : les étoiles à quarks . Ces résultats sont encore débattus.
- Des ondes sonores provenant d'une activité violente autour d'un trou noir super massif ont été observées dans l' amas de Persée (2003).
- 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
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
Rayons X de Pluton .
Vestige de Tycho Supernova dans la lumière des rayons X .
Noyau M31 en lumière à rayons X .
PSR B1509-58 - énergie rouge, verte et bleue/max.
La turbulence peut empêcher les amas de galaxies de se refroidir.
Éclat de rayons X brillant du Sagittaire A* , trou noir supermassif dans la Voie lactée .
SNR 0519–69.0 - restes d'une étoile en explosion dans le Grand Nuage de Magellan .
Images publiées pour célébrer l' Année internationale de la lumière 2015 .
Amas d' étoiles nouvellement formées dans la nébuleuse d'Orion .
GK Persei : Nova de 1901.
Anneaux lumineux aux rayons X d'une étoile à neutrons dans le Circinus X-1 .
Cygnus X-1 , premier trou noir puissant découvert.
Voir également
- AGILE (satellite) , un télescope à rayons X orbital italien
- Programme des Grands Observatoires
- Liste des télescopes spatiaux
- Liste des télescopes spatiaux à rayons X
- Lynx X-ray Observatory , possible successeur
- NuSTAR
- Suzaku , un satellite frère provenant d'AXAF-S (spectromètre)
- Astronomie aux rayons X
Les références
Lectures complémentaires
- Griffiths, RE; Ptak, A.; Feigelson, éd ; Garmire, G. ; Townsley, L.; Brandt, WN ; Sambruna, R.; Bregman, JN (2000). « Plasma chaud et binaires de trous noirs dans la galaxie Starburst M82 ». Sciences . 290 (5495) : 1325-1328. Bibcode : 2000Sci ... 290.1325G . doi : 10.1126/science.290.5495.1325 . PMID 11082054 .
- Pavlov, GG; Zavlin, VE ; Aschenbach, B.; Trumper, J.; Sanwal, D. (2000). "L'objet central compact dans Cassiopée A : une étoile à neutrons avec des calottes polaires chaudes ou un trou noir ?". Le Journal d'Astrophysique . 531 (1) : L53–L56. arXiv : astro-ph/9912024 . Bibcode : 2000ApJ ... 531L..53P . doi : 10.1086/312521 . PMID 10673413 . S2CID 16849221 .
- Piro, L.; Garmire, G. ; Garcia, M. ; Stratta, G.; Costa, E. ; Feroci, M.; Meszaros, P. ; Vietri, M.; Bradt, H.; et al. (2000). « Observation des lignes de rayons X d'un sursaut gamma (GRB991216) : preuve de déplacement d'éjecta de l'ancêtre ». Sciences . 290 (5493) : 955-958. arXiv : astro-ph/0011337 . Bibcode : 2000Sci ... 290..955P . doi : 10.1126/science.290.5493.955 . PMID 11062121 . S2CID 35190896 .
- Weisskopf, MC; Hester, JJ; Tennant, AF; Elsner, RF; Schulz, N.-É.; Marshall, HL ; Karovska, M.; Nichols, JS; Swartz, DA; et al. (2000). « Découverte de la structure spatiale et spectrale dans l'émission de rayons X de la nébuleuse du crabe ». Le Journal d'Astrophysique . 536 (2) : L81–L84. arXiv : astro-ph/0003216 . Bibcode : 2000ApJ ... 536L..81W . doi : 10.1086/312733 . PMID 10859123 . S2CID 14879330 .
- Baganoff, FK ; Bautz, MW; Brandt, WN ; Chartas, G.; Feigelson, éd ; Garmire, généraliste ; Maeda, Y. ; Morris, M. ; Ricker, GR ; et al. (2001). « Éclat de rayons X rapide depuis la direction du trou noir supermassif au Centre galactique ». Nature . 413 (6851) : 45-48. arXiv : astro-ph/0109367 . Bibcode : 2001Natur.413 ... 45B . doi : 10.1038/35092510 . PMID 11544519 . S2CID 2298716 .
- Kastner, JH ; Richmond, M. ; Grosso, N.; Weintraub, DA; Simon, T.; Frank, A.; Hamaguchi, K. ; Ozawa, H. ; Henden, A. (2004). "Une explosion de rayons X de la jeune étoile à accrétion rapide qui illumine la nébuleuse de McNeil". Nature . 430 (6998) : 429-431. arXiv : astro-ph/0408332 . Bibcode : 2004Natur.430..429K . doi : 10.1038/nature02747 . PMID 15269761 . S2CID 1186552 .
- Swartz, Douglas A.; Wolk, Scott J.; Fruscione, Antonella (20 avril 2010). "La première décennie de découverte de Chandra" . Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique . 107 (16) : 7127-7134. Bibcode : 2010PNAS..107.7127S . doi : 10.1073/pnas.0914464107 . PMC 2867717 . PMID 20406906 .
Liens externes
- Observatoire de rayons X Chandra sur NASA.gov
- Observatoire de rayons X Chandra à Harvard.edu
- Observatoire de rayons X Chandra sur YouTube
- Podcast Chandra (2010) par Astronomy Cast