Instrumenty astrofizyczne
Instrumenty znajdujące się na zewnątrz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej dostarczają danych na temat zjawisk astrofizycznych, które pomagają naukowcom lepiej zrozumieć nasz wszechświat i jego pochodzenie. Członkowie załogi instalują i konserwują te instrumenty robotycznie, a zespoły naukowe obsługują je zdalnie.
Jeden z instrumentów, Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), mierzy promieniowanie rentgenowskie emitowane przez gwiazdy neutronowe i inne obiekty kosmiczne, aby pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące materii i grawitacji. Gwiazdy neutronowe, najgęstsze mierzalne obiekty we wszechświecie, są pozostałościami po masywnych gwiazdach, które eksplodowały jako supernowe. Niektóre z nich nazywane są pulsarami, ponieważ obracają się, rzucając jasne promienie rentgenowskie po niebie niczym latarnie morskie. NICER znajduje się na stacji kosmicznej, ponieważ promieniowanie rentgenowskie emitowane przez gwiazdy neutronowe nie przenika przez ziemską atmosferę.
W maju 2023 r. NICER rozwinął "wyciek światła", a niepożądane światło słoneczne dostało się do instrumentu. W rezultacie zespół ogranicza obserwacje w ciągu dnia do obiektów znajdujących się daleko od Słońca na niebie i obniża czułość NICER w ciągu dnia orbitalnego. Nie ma to wpływu na obserwacje nocne.
Naukowcy podejrzewają, że gwiazdy neutronowe gęstnieją w kierunku swoich rdzeni, ale forma materii w ich centrach pozostaje nieznana. Precyzyjne pomiary wielkości i masy tych gwiazd dokonywane przez NICER dostarczają więcej informacji.
W 2021 r. dwa zespoły zastosowały różne podejścia do modelowania wielkości PSR J0740+6620, najcięższego znanego pulsara o masie 2,1 razy większej od masy Słońca, i uzyskały pomiary, które są zasadniczo zgodne.1,2 Gwiazda ta jest o prawie 50% masywniejsza niż poprzedni pulsar zmierzony przez NICER, J0030+0451, ale ma zasadniczo taką samą średnicę.3,4 Naukowcy badają, w jaki sposób to odkrycie może zmienić popularne modele składu rdzenia gwiazdy neutronowej.
NICER przyczynił się do lepszego zrozumienia rentgenowskich układów podwójnych, w których super-gęste obiekty, takie jak gwiazdy neutronowe, są sparowane ze zwykłymi gwiazdami. Bliźniaki rentgenowskie wytwarzają fale grawitacyjne, niewidzialne zmarszczki w czasoprzestrzeni wytwarzane również przez eksplodujące gwiazdy i łączące się czarne dziury. Dane z sygnałów fal grawitacyjnych są wykorzystywane do mapowania układów podwójnych galaktyk.
Wspólne obserwacje NICER i Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) NASA ujawniły specyficzne właściwości rentgenowskiego układu podwójnego, 4U 0614+091, które zwiększają zrozumienie tych zjawisk.5 Wspólna obserwacja NICER i NuSTAR ultra-kompaktowego rentgenowskiego układu podwójnego (UCXB), 4U 1543-624, pomaga naukowcom dostroić modele fal grawitacyjnych z tych źródeł.6 Zachowanie UCXB sugeruje, że supergęsty obiekt w parze pobiera materiał od swojej gwiazdy towarzyszącej.
Analiza obserwacji NICER binarnej gwiazdy gamma LS 5039 wykazała, że jej emisje rentgenowskie różnią się, być może z powodu wiatrów pochodzących od jej towarzysza.7 Binarne gwiazdy gamma zawierają normalną i zapadniętą gwiazdę. Ta obserwacja pomaga astronomom badać naturę tych gwiazd i niektóre z najbardziej ekstremalnych warunków we wszechświecie.
Podobne zachowania w wybuchach pulsara PSR J1846-0258 monitorowanych przez NICER w 2020 i 2006 roku sugerują, że istnieje kontinuum typów gwiazd neutronowych.8 Na jednym końcu kontinuum znajdują się pulsary napędzane rotacją (RPP), które świecą dzięki energii generowanej przez spowalniającą rotację, a na drugim magnetary, które mają pola magnetyczne do tysiąca razy silniejsze niż typowe gwiazdy neutronowe.
Astrofizycy porównali również dane NICER dotyczące wybuchów rentgenowskich w 2021 i 2006 roku z RS Ophiuchi.9 Ten system jest powtarzającą się nową, układem podwójnym z białym karłem, który pobiera materiał od swojej gwiazdy towarzyszącej. Zebrany materiał ostatecznie ulega eksplozji termojądrowej, wyrzucając chmurę grzybów. Naukowcy wykorzystali dane NICER do zbadania zawartości chemicznej chmury i gorącej powierzchni białego karła.
CALET, instrument opracowany przez JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), mierzy widmo elektronowe promieni kosmicznych w poszukiwaniu śladów ciemnej materii. Dane z CALET potwierdziły metodę pomiaru zmian w słonecznym polu magnetycznym, które wpływa na pogodę i komunikację radiową na Ziemi.10
Monitor of All-sky X-ray Image (MAXI) firmy JAXA skanuje 95% nieba w poszukiwaniu źródeł promieniowania rentgenowskiego na każdej orbicie stacji kosmicznej. MAXI zaobserwował setki wybuchów, w tym pięć w latach 2016-2020 z rentgenowskiej gwiazdy podwójnej Aquila X-1.11 Obserwacja takich systemów ujawnia dynamikę procesów wysokoenergetycznych napędzanych przez transfer materii między gwiazdami. MAXI zaobserwował również po raz pierwszy masywną czarną dziurę połykającą gwiazdę w centrum galaktyki oddalonej o 3,9 miliarda lat świetlnych.12
Kiedy MAXI wykryje obiekt, który nagle jaśnieje, Orbiting High-energy Monitor Alert Network (OHMAN) ostrzega NICER, aby mógł obserwować obiekt. Dzięki bezpośredniemu połączeniu obu instrumentów, OHMAN skraca czas reakcji z godzin lub dni do minut i może umożliwić nowe odkrycia dotyczące fizyki stojącej za niektórymi z najpotężniejszych zdarzeń we wszechświecie.
Członkowie załogi podróżujący na Księżyc lub Marsa potrzebują ochrony przed promieniami kosmicznymi, wysokoenergetycznymi cząstkami pochodzącymi z odległych gwiazd. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) wykrywa cząstki promieniowania kosmicznego i określa ich ładunek. Wśród wielu prac wykorzystujących dane z AMS-02 znajduje się jedna, w której opisano wyraźne różnice w czasie trwania i sile dziennych przepływów elektronów i protonów w promieniach kosmicznych13. Dane te pomagają naukowcom lepiej zrozumieć promienie kosmiczne i mogą pomóc chronić astronautów podczas przyszłych misji.
John Love, ISS Research Planning Integration ScientistExpedition 70
Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej.
Cytaty:
1 Miller MC, Lamb FK, Dittmann AJ, Bogdanov S, Arzoumanian Z, Gendreau KC, et al. The Radius of PSR J0740+6620 from NICER and XMM-Newton Data. The Astrophysical Journal Letters. 2021 wrzesień; 918(2). DOI: 10.3847/2041-8213/ac089b.
2 Riley TE, Watts AL, Ray PS, Bogdanov S, Guillot S, et al. A NICER View of the Massive Pulsar PSR J0740+6620 Informed by Radio Timing and XMM-Newton Spectroscopy. The Astrophysical Journal Letters. 2021 wrzesień. 918(2). DOI: 10.3847/2041-8213/ac0a81
3 Miller MC, Lamb FK, Pittman AJ, Bogdanov S, Arzoumanian Z, et al. PSR J0030+0451 Mass and Radius from NICER Data and Implications for the Properties of Neutron Star Matter. The Astrophysical Journal Letters. 2019 grudzień. 887(1). DOI: 10.3847/2041-8213/ab50c5.
4 Riley TE, Watts AL, Bogdanov S, Ray PS, Ludlam RM, et al. A NICER View of PSR J0030+0451: Millisecond Pulsar Parameter Estimation. The Astrophysical Journal Letters. 2019 grudzień. 887(1). DOI: 10.3847/2041-8213/ab481c.
5 Moutard DL, Ludlam RM, Garcia JA, Altamirano D, Buisson DJ, et al. Jednoczesne obserwacje NICER i NuSTAR ultrakompaktowego rentgenowskiego układu podwójnego 4U 0614+091. The Astrophysical Journal. 2023 November; 957(1): 27. DOI: 10.3847/1538-4357/acf4f3.
6 Ludlam RM, Jaodand AD, Garcia JA, Degenaar N, Tomsick JA, et al. Simultaneous NICER and NuSTAR observations of the ultracompact X-Ray binary 4U 1543-624. The Astrophysical Journal. 2021 April; 911(2): 123. DOI: 10.3847/1538-4357/abedb0.
7 Yoneda H, Bosch-Ramon V, Enoto T, Khangulyan D, Ray PS, et al. Unveiling properties of the nonthermal X-ray production in the gamma-ray binary LS 5039 using the long-term pattern of its fast X-ray variability. The Astrophysical Journal. 2023 May; 948(2): 77. DOI: 10.3847/1538-4357/acc175.
8 Hu C, Kuiper LM, Harding AK, Younes GA, Blumer H, et al. A NICER view on the 2020 magnetar-like outburst of PSR J1846-0258. The Astrophysical Journal. 2023 sierpień; 952(2): 120. DOI 10.3847/1538-4357/acd850.
9 Orio M, Gendreau KC, Giese M, Luna GJ, Magdolen J, et al. Wybuch RS Oph z 2021 r. monitorowany w promieniach X za pomocą NICER. The Astrophysical Journal. 2023 wrzesień; 955(1): 37. DOI: 10.3847/1538-4357/ace9bd.
10 Adriani O, Akaike Y, Asano K, Asaoka Y, Berti E, et al, CALET Collaboration. Charge-sign dependent cosmic-ray modulation observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station. Physical Review Letters. 2023 May 25; 130(21): 211001. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.211001.
11 Niwano M, Murata KL, Ito N, Yatsu Y, Kawai N. Optical and X-ray variations during five outbursts of Aql X-1 in 3.6 yr from 2016. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2023 November 1; 525(3): 4358-4366. DOI: 10.1093/mnras/stad2561.
12 Burrows DN, Kennea JA, Ghisellini G, Mangano V, Zhang BB, et al. Relativistic jet activity from the tidal disruption of a star by a massive black hole. Nature. 2011 August 25; 476421-424. DOI: 10.1038/nature10374.
13 Aguilar-Benitez M, Ambrosi G, Anderson H, Arruda MF, Attig N, et a;. Struktury czasowe w widmach pozytonów i efekty znaku ładunku w galaktycznych promieniach kosmicznych. Physical Review Letters. 2023 październik 13; 131(15): 151002. DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.151002.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
