Un telescopio spaziale completamente nuovo rivelerà una visione nascosta dell’universo, che potrebbe cambiare la nostra comprensione dei buchi neri, delle supernove e persino della natura dell’universo stesso.
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Molta attenzione è stata dedicata questo mese al James Webb Space Telescope, da NASA e l’Agenzia spaziale europea, il cui lancio è previsto per il 22 dicembre. Ma un gruppo più esclusivo di astronomi ha guardato con entusiasmo giovedì durante un viaggio nello spazio per un osservatorio più piccolo, ma anche trasformativo.
La NASA ha lanciato l’X-ray Polarimetry Explorer, o missione IXPE, in a spazioX Un razzo Falcon 9 dal Kennedy Space Center in Florida alle 01:00 EDT. Il costo dell’astronave è giusto 188 milioni di dollari Rispetto all’enorme budget di James Webb $ 9,7 miliardi, dovrebbe dimostrare una nuova forma di astronomia. Per la prima volta, immaginerà la polarimetria a raggi X in orbita, una tecnologia che può offrire agli astronomi intuizioni che nessun altro telescopio può eguagliare.
“Ci fornisce informazioni su alcune delle cose più insolite ed emozionanti nello spazio”, ha affermato Thomas Zurbuchen, amministratore associato della direzione della missione scientifica della NASA.
IXPE (pronunciato “ix-pee” dal team della missione) è stato messo in orbita a 340 miglia sopra la Terra dopo il lancio. Il telescopio trascorrerà lì diverse settimane per dispiegare i suoi strumenti scientifici e testare le sue apparecchiature, quindi inizierà la sua missione di due anni.
I raggi X sono un modo utile per osservare l’universo. Emessi da oggetti altamente energetici, consentono agli astronomi di sondare eventi – getti surriscaldati vicino a buchi neri o esplosioni di stelle, per esempio – in un modo che altre lunghezze d’onda, come la luce visibile, non possono. Ma i raggi X possono essere studiati solo dallo spazio perché sono per lo più assorbiti dall’atmosfera terrestre.
Una varietà di telescopi e strumenti spaziali a raggi X dedicati sono stati lanciati in orbita, in particolare l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e gli osservatori XMM-Newton dell’Agenzia spaziale europea, lanciati nel 1999. Con veicoli spaziali come questo, gli scienziati hanno rivelato il luoghi di nascita di stelle all’interno di nebulose gassose e mappato la diffusione della materia oscura in gruppi di galassie, tra gli altri lavori pionieristici.
Il L’uso della polarimetria a raggi X nell’imaging distingue IXPE dai suoi predecessori. Se hai mai indossato un paio di occhiali da sole polarizzati, potresti sapere che usano sottili fessure per bloccare la luce orizzontale, ma girandoli di lato blocca invece la luce verticale. Lo stesso principio viene utilizzato nella polarimetria a raggi X. Tecnologia Consentirà agli astronomi di monitorare la direzione del moto ondoso delle particelle di raggi X al loro arrivo, per rilevare la direzione dei campi elettrici e magnetici in arrivo. Armati di questi dati, gli astronomi possono raccogliere più informazioni dai raggi X emessi dai fenomeni astrofisici.
Piuttosto che osservare semplicemente i raggi X con un singolo strumento, il veicolo spaziale è in realtà tre telescopi separati, ciascuno composto da 24 specchi concentrici, all’estremità di un braccio lungo 13 piedi, che si estenderà per la prima settimana del telescopio nello spazio.
Con l’arrivo dei raggi X, saranno Messa a fuoco da ogni telescopio Su tre rilevatori alla fine del boom. Ciascun rivelatore contiene uno strato di elio con un diametro di 10 mm e un gas chiamato dimetiletere, o DME. Questo rivelerà la polarizzazione dei raggi X, che farà traiettorie di gas quando si scontrano.
“Questi rilevatori forniranno un’immagine della polarizzazione”, ha affermato Elisabetta Cavazzotti, responsabile del programma presso l’Agenzia spaziale italiana, che ha progettato i rilevatori.
Ci sono stati diversi tentativi di eseguire la polarimetria a raggi X nello spazio prima, ha detto Martin Weisskov, investigatore principale della missione al Marshall Space Flight Center della NASA. Nel 1971, il Dr. Weisskopf ha preso parte a una missione sperimentale di successo che ha fatto brevi osservazioni della polarizzazione dei raggi X della Nebulosa del Granchio nella nostra galassia utilizzando un razzo sonda, che va su e giù ma non entra in orbita. Secondo il dott. Weiskopf, un successivo tentativo di lanciare un polarometro più avanzato a bordo della navicella spaziale sovietica Spectrum-X negli anni ’90 è stato interrotto dal crollo dell’Unione Sovietica.
“Abbiamo aspettato molto tempo per avere il lavoro del misuratore di polarizzazione”, ha detto.
La sua pazienza e quella di altri ricercatori hanno dato i suoi frutti nel 2017, quando la NASA IXPE selezionato Nell’ambito del Programma Giovani Esploratori.
Nei due anni successivi al lancio, la navicella spaziale IXPE osserverà più di 100 bersagli cosmici, tra cui buchi neri, supernovae e stelle esotiche.
Uno degli obiettivi del telescopio è osservare la rotazione di buchi neri relativamente piccoli, che hanno una massa circa 10 volte quella del nostro sole. La polarimetria a raggi X sarà in grado di esplorare gli effetti relativistici che si verificano vicino a questi buchi neri, poiché si prevede che l’angolo di polarizzazione dei fotoni di raggi X sfuggiti cambierà mentre viaggiano attraverso lo spaziotempo gravemente distorto causato dalla rotazione del buco nero.
“Per la prima volta possiamo provare a misurare queste distorsioni”, ha detto Adam Ingram, docente di astrofisica presso l’Università di Newcastle in Inghilterra.
IXPE esaminerà anche le stelle di neutroni, i nuclei rimanenti lasciati dalle stelle giganti dopo il loro collasso. Gli scienziati sono particolarmente interessati alle pulsar, che orbitano rapidamente attorno alle stelle di neutroni, e alle magnetar, che sono stelle altamente magnetizzate.
Concentrandosi sulle magnetar, i ricercatori sperano di vedere quanto siano rigide le leggi della fisica. IXPE sarà in grado di investigare un effetto chiamato vicino a queste stelle Elettrodinamica quantistica, o QED, poiché campi magnetici estremamente forti devono causare un alto livello di polarizzazione nelle particelle di raggi X emesse.
“QED è il fondamento della nostra comprensione della fisica”, ha affermato Ilaria Caiso, ricercatrice del California Institute of Technology. “Se scopriamo che questo non è vero, rivoluzionerà tutto. Mi aspetto che confermeremo questo effetto”.
Altrove, IXPE può dirci di più sui momenti dopo l’esplosione di una stella, una supernova. I dati della navicella riveleranno come il materiale espulso da una supernova interagisce con il mezzo interstellare circostante mentre si precipita dentro a velocità estreme, creando un’onda d’urto di fronte. Gli elettroni possono quindi passare avanti e indietro attraverso la parte anteriore dell’urto, un processo noto come accelerazione dell’urto diffusivo.
“È un processo molto importante in astronomia, ma non ne comprendiamo appieno i dettagli”, ha affermato il dott. Ingram. “Si ritiene che la ragione dietro la luminosità dei resti di supernova”.
La missione principale di IXPE dovrebbe durare due anni. Se la NASA estendesse la missione, ha affermato il dott. Weiskopf, la navicella spaziale potrebbe durare quasi due decenni. Con più tempo, gli astronomi possono studiare altri obiettivi, come Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia. Cercando i riflessi dei raggi X sulle nubi di gas vicino al buco nero, possono cercare prove di un aumento dell’attività dell’arco A* negli ultimi secoli.
“Le nuvole non sarebbero così luminose come sembrano a meno che il buco nero non fosse più luminoso di qualche centinaio di anni”, ha affermato il dott. Weisskopf. “Puoi calcolare quanto tempo impiegano i raggi X per raggiungere la nuvola e rimbalzare verso di noi. È un esperimento molto difficile”.
Rispetto ai super telescopi come James Webb, IXPE può essere relativamente modesto. Ma mette in evidenza l’ampiezza dell’astronomia che gli scienziati stanno ora facendo e i nuovi modi in cui le macchine avanzate vengono utilizzate per esplorare il nostro universo.
Polarimetria a raggi X, una volta aperta una finestra chiusa nell’universo – e con essa, verranno svelati una serie di segreti nascosti.
“E ‘davvero un nuovo modo di guardare il cielo”, ha detto il dottor Zurbuchen.
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