NASA oslavuje 25 let průlomové gama záření

The Great Gildersleeve: Investigating the City Jail / School Pranks / A Visit from Oliver (Červen 2019).

Anonim

Před dvaceti pěti lety tento týden NASA spustila Compton Gamma Ray Observatory, astronomickou družici, která přeměnila naše poznatky o vysokoenergetickém nebi. V průběhu devítiletého života vytvořil Compton první průzkum ve všech částech nebe o gama zářeních, nejvíce energický a pronikavý druh světla, objevil stovky nových zdrojů a odhalil vesmír, který byl neočekávaně dynamický a různorodý.

"Nástroje byly opravdu skvělý skok dopředu a poprvé nám ukázali, jak je to skutečně pestrá a zajímavá gama záření, " řekl Neil Gehrels, projektový vědec mise v NASA Goddard Space Flight Center v Greenbelt, Maryland.

V mnoha objevech společnosti Compton byla objevena nová třída galaxií poháněná supermasivními černými dírami, překvapivá detekce gama paprsků z bouřky na Zemi a nejpřesvědčivější dosavadní důkaz, že gama záblesky (GRB) byly nejodlehlejší a nejsilnější výbuchy ve vesmíru.

"Když vědci viděli počáteční výsledky, nebylo to dlouho předtím, než se diskuse změnily na potřebu nové mise se zdokonalenými nástroji, abychom mohli lépe poznat tyto vzrušující jevy, " říká Goddardová Julie McEneryová, vědecká pracovnice NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope. "Fermi je v podstatě přímým potomkem Comptonu a dokonce zahrnuje mnoho stejných lidí, včetně Neila."

Compton byl spuštěn 5. dubna 1991 na STS-37, osmém letu raketoplánu Atlantis. Na palubě byli velitel Steven R. Nagel, pilot Kenneth D. Cameron a specialisté na mise Linda M. Godwin, Jerry L. Ross a Jay Apt. V té době byla 17ti tunová hvězdárna nejtěžší astrofyzikální užitečnou zátěží, která byla kdy přelétala, rekord nebyl přerušený až do startu rentgenového observatoře Chandra a jeho pohonné fáze v roce 1999.

7. dubna posádka připravila Comptona pro jeho propuštění na oběžnou dráhu. Godwin odvedl observatoř z nákladového prostoru rampou raketoplánu tak, aby měly solární panely prostor pro rozvinutí. "Byli jsme vzrušeni, když jsme viděli správné nasazení solárních panelů, protože to bylo problematické na místě, " řekl Apt, nyní profesor na Tepper School of Business v Carnegie Mellon University a vysoké škole v Pittsburghu.

Pak přišla špatná zpráva. Pozemní regulátoři nemohli rozvinout anténní systém s vysokým ziskem, který je potřebný k odeslání dat vědy zpět na Zemi. Úsilí o uvolnění struktury zahrnovalo změnu jeho teploty tím, že otáčela rampou raketoplánu na slunečním světle a lehce se otáčela kyvadlovým ramenem, ale nezůstávala. Bez zbývajících možností, Ross a Apt byli vyčleněni na neplánovanou vesmírnou loď, první je NASA za téměř šest let.

Astronauti nezjistili žádný zřejmý důvod pro tento neúspěch a Ross, který odešel z NASA v roce 2012 jako první člověk, který sedmkrát vypustil do vesmíru, dostal souhlas s tím, aby použil to, co nazval "dobrým starým farmářem". S podporou Comptona s pravou rukou se natáhl s levou rukou a strčil dvakrát o zhruba 40 liber síly. Se nic nestalo. "Potlačil jsem třetí a čtvrtý čas a začal se trochu pohybovat. Konečně, na páté a šest pokusů se boom rozběhl, " vzpomněl si. S tím vesmírníci projeli na opačný konec boomu, ručně otočili anténu v plném rozsahu a zamkli ji na místo, čímž uvolnili cestu pro Comptonovo propuštění.

Poté byl známý prostě jako Gamma Ray Observatory a byl brzy přejmenován na počest Arthura Hollyho Comptona, amerického fyziků a laureáta Nobelovy ceny, kteří zjistili, že světlo s vysokou energií prošlo změnou vlnové délky, když rozptýlila elektrony a jiné nabité částice. Tento proces hrál ústřední úlohu v technikách detekce gama záření, používaných ve všech nástrojích observatoře.

Kosmické záření gama je málo a daleko mezi - a čím je jejich energie vyšší, tím vzácnější jsou. Čtyři přístroje gama-ray společnosti Compton byly největší dosud obíhající a dosáhly více než desetinásobku citlivosti předchozích misí. Ve zvětšujícím se pořadí jejich energetických rozsahů se jednalo o Experiment s burstním a přechodným zdrojem (BATSE), OSSE (Experiment orientovaného scintilačního spektrometru), Imaging Compton Telescope (COMPTEL) a EGRET (Energetický Gamma Ray Experimental Telescope). Vezmeme-li dohromady, pokryli bezprecedentní energetický rozsah, od 20 000 elektronových voltů (eV) až po 30 miliard elektronových voltů (GeV). Pro srovnání se viditelné světlo pohybuje od 2 do 3 eV.

BATSE byla vyvinuta v Marshallově vesmírném leteckém středisku NASA v Huntsville v Alabamě a poskytla první přesvědčivé důkazy, že krátké, intenzivní, téměř denní záblesky gama záření se nacházely daleko za hranicemi naší galaxie. "GRBs několik desetiletí předtím, než byl Compton vypuštěn, astronomové ustoupili a astronomové se shodli na tom, že pocházejí z neutronových hvězd v naší galaxii, " řekl Gerald Fishman, který vedl experiment a nyní je spoluřešitelem na Fermiho gama záření Burst Monitor v Národním vesmírném, vědeckotechnickém centru v Huntsville.

Byl rychle zřejmý, že GRB byly rozptýleny po celé obloze namísto vzoru odrážejícího strukturu naší galaxie Mléčné dráhy, což silně naznačuje, že výbuchy byly původem daleko za naše kosmické okolí. Doklad o tom přišel v roce 1997, kdy pozemní observatoře dokázaly rychle provádět následné studie GRB, které viděl italsko-nizozemský satelit BeppoSAX. Nyní víme, že tyto výbuchy jsou mimořádné výbuchy, které se nacházejí od miliónů do miliard světelných let, obvykle v důsledku smrtí masivních hvězd nebo fúzí neutronových hvězd a černých děr. Fermi i družice Swift společnosti NASA pokračují v studiu GRB a každá mise zjistila více než tisíc.

Přístroj EGRET na Comptonu, vedený Goddardovým Carl Fichtel, byl postaven ve spolupráci se Stanfordskou univerzitou, Max Planck Institute v Německu a Grumman Aerospace. Provedl první průzkum celosvětových vysokých gama záření, který má energii nad 100 milionů elektronových voltů (MeV). Hlavní zjištění bylo objevení nové třídy aktivních galaxií, které produkují většinu svého světla v těchto energiích.

Aktivní galaxie je jinak typická galaxie s kompaktním a neobvykle jasným jádrem. Vyšší než normální svítivost této centrální oblasti je způsobena hmotou, která klesá k supermasivnímu černému otvoru vážícímu miliony násobku hmotnosti našeho slunce. Jak se blíží k černé díře, část materiálu se přivádí do částicových trysek pohybujících se v opačném směru téměř rychlostí světla. V kvašářích a blazarech, nejvíce světelných aktivních galaxií, se jeden z těchto trysek pohybuje téměř přímo na Zemi. Při prohlížení těchto zdrojů se skutečně díváme dolů na hlaveň kosmického děla poháněného černými otvory. EGRET ukázal, že tyto trysky dosahují mnohem vyšší energie než dříve.

Když Compton byl vypuštěn, vysokoenergetické gama záření bylo detekováno pouze z jedné galaxie jiné než naše vlastní, kvasar nazvaný 3C 273. Přesto, když EGRET zaznamenal oblast v červnu 1991, vědci uviděli další kvazar, 3C 279, podstupující výbuch, to je jeden z nejjasnějších objektů na obloze gama. Stala se archetypálním gama žárovým blazarem a většina diskrétních objektů, které identifikoval EGRET, stejně jako ty, které nyní katalogizuje Fermi, spadají do této třídy. 3C 279 od té doby produkuje ještě větší světlice.

Ostatní nástroje společnosti Compton také produkovaly působivé výsledky. OSSE vedená Jamesem Kurfessem z námořní výzkumné laboratoře ve Washingtonu mapovala gama paprsky z oblaku antihmoty obklopujícího centrální oblast naší galaxie. COMPTEL, evropský nástroj vedený vedoucím výzkumným pracovníkem Volkerem Schoenfelderem v Institutu Max Plank v Německu, identifikoval místa v naší galaxii, kde se nacházejí nově vytvořené radioaktivní prvky, jako je hliník-26.

Compton byl druhým z velkých observatoří NASA, což je řada ambiciózních astronomických družic navržených pro zkoumání různých částí elektromagnetického spektra. První misí v programu byla Hubbleův kosmický dalekohled, který byl zahájen v roce 1990. Po společnosti Compton následovala rentgenová observatoř Chandra v roce 1999 a infračervený Spitzerův kosmický dalekohled v roce 2003. Všichni zůstávají v provozu s výjimkou Comptonu, který byl záměrně deorbited v roce 2000 po selhání jednoho z jeho gyroskopů. Jeho vědecké dědictví pokračuje v Fermi, Swift a dalších vesmírných observatořích, které zkoumají světlo nejvyšší energie vesmíru a extrémní jevy, které ho produkují.

menu
menu