Sanatçının yörüngedeki NuSTAR konsepti. Kredi: NASA/JPL-Caltech
X-ışını gözlemevindeki bir tasarım tuhaflığı, gökbilimcilerin daha önce istenmeyen ışığı kullanarak eskisinden daha fazla kozmik nesneyi incelemesini mümkün kıldı.
Neredeyse 10 yıldır, NASANuSTAR (Nükleer Spektroskopik Teleskop Dizisi) X-ışını uzay gözlemevi, çarpışan ölü yıldızlar ve sıcak gazla ziyafet çeken devasa kara delikler gibi evrendeki en yüksek enerjili nesnelerden bazılarını inceliyor. Bu süre boyunca, bilim adamları, gözlemevinin yanlarından sızan ve dış gürültünün bir telefon görüşmesini boğmasına çok benzer şekilde gözlemlere müdahale edebilecek başıboş ışıkla uğraşmak zorunda kaldılar.
Ancak şimdi ekip üyeleri, normal hedefli gözlemler gerçekleştirirken aynı zamanda NuSTAR’ın çevresel görüşündeki nesneler hakkında bilgi edinmek için bu başıboş X-ışını ışığını nasıl kullanacaklarını anladılar. Bu gelişme, NuSTAR’ın sağladığı bilgileri çoğaltma potansiyeline sahiptir. Yeni bir bilim makalesi Astrofizik Dergisi kozmik bir nesne hakkında bilgi edinmek için NuSTAR’ın başıboş ışık gözlemlerinin ilk kullanımını açıklar – bu durumda, bir nötron yıldızı.
Bir yıldızın çökmesinden sonra arta kalan madde parçacıkları, nötron yıldızları evrendeki en yoğun nesnelerden bazılarıdır ve karadeliklerden sonra ikinci sıradadır. Güçlü manyetik alanları gaz parçacıklarını yakalar ve onları nötron yıldızının yüzeyine doğru yönlendirir. Parçacıklar hızlanıp enerjilendikçe, NuSTAR’ın algılayabileceği yüksek enerjili X-ışınları yayarlar.
Bu çizim, NASA’nın uzaydaki NuSTAR X-ray teleskopunu göstermektedir. İki büyük bileşen, konuşlandırılabilir direk veya bom adı verilen 33 fit (10 metre) bir yapı ile ayrılır. Işık, bomun bir ucunda toplanır ve diğer ucundaki dedektörlere çarpmadan önce uzunluğu boyunca odaklanır. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Yeni çalışma, SMC X-1 adlı bir sistemi tanımlıyor. Samanyolu (Dünya’nın ana galaksisi). SMC X-1’in X-ışını çıkışının parlaklığı, teleskoplarla görüntülendiğinde çılgınca değişiyor gibi görünüyor, ancak NuSTAR ve diğer teleskoplar tarafından onlarca yıldır yapılan doğrudan gözlemler, dalgalanmaların bir modelini ortaya çıkardı. Bilim adamları, X-ışını teleskopları tarafından incelendiğinde SMC X-1’in parlaklığının değişmesinin birkaç nedenini saptadılar. Örneğin, nötron yıldızı her yörüngede yaşayan yıldızın arkasına daldıkça X-ışınlarının parlaklığı azalır. Makaleye göre, başıboş ışık verileri, bu iyi belgelenmiş değişikliklerin bazılarını yakalayacak kadar hassastı.
Caltech, Pasadena, California’da bir astrofizikçi olan McKinley Brumback, “Sanırım bu makale, bu başıboş ışık yaklaşımının güvenilir olduğunu gösteriyor, çünkü SMC X-1’deki nötron yıldızındaki parlaklık dalgalanmalarını gözlemledik ve bunu doğrudan gözlemlerle zaten doğruladık” dedi. ve yeni çalışmanın baş yazarı. “İleriye dönük olarak, parlaklıklarının düzenli olarak değişip değişmediğini henüz bilmediğimiz nesnelere bakmak için başıboş ışık verilerini kullanabilirsek ve potansiyel olarak değişiklikleri tespit etmek için bu yaklaşımı kullanabilirsek harika olurdu.”
Biçim ve İşlev
Yeni yaklaşım, NuSTAR’ın dambıl veya köpek kemiğine benzeyen şekli sayesinde mümkündür: Yerleştirilebilir direk adı verilen 33 fit uzunluğunda (10 metre uzunluğunda) dar bir yapının her iki ucunda iki hacimli bileşene sahiptir veya Boom. Tipik olarak, araştırmacılar, incelemek istedikleri nesnede optikleri veya X-ışınlarını toplayan donanımı içeren hacimli uçlardan birini işaret ederler. Işık, bom boyunca uzay aracının diğer ucunda bulunan dedektörlere gider. Işığı odaklamak için ikisi arasındaki mesafe gereklidir.
Ancak başıboş ışık, optiği atlayarak bomun yanlarından girerek dedektörlere de ulaşır. NuSTAR’ın görüş alanında, teleskobun doğrudan gözlemlediği nesneden gelen ışıkla birlikte görünür ve genellikle gözle tespit edilmesi oldukça kolaydır: Görüntünün kenarlarından çıkan zayıf bir ışık çemberi oluşturur. (Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, başıboş ışık, diğer birçok uzay ve yer tabanlı teleskop için bir sorundur.)
Bir grup NuSTAR ekip üyesi, son birkaç yılını çeşitli NuSTAR gözlemlerinden başıboş ışığı ayırarak geçirdi. Her gözlemin çevresindeki parlak, bilinen X-ışını kaynaklarını belirledikten sonra, yakınlardaki hangi parlak nesneye bağlı olarak ne kadar başıboş ışığın görüneceğini tahmin etmek için bilgisayar modelleri kullandılar. Ayrıca, başıboş ışığın açıklayıcı işaretini doğrulamak için hemen hemen her NuSTAR gözlemine baktılar. Ekip, NuSTAR’ın başıboş ışık gözlemleri topladığı yaklaşık 80 nesneden oluşan bir katalog oluşturdu ve koleksiyona “StrayCats” adını verdi.
Caltech’te kıdemli araştırma bilimcisi ve StrayCats çalışmasına liderlik eden NuSTAR ekibi üyesi Brian Grefenstette, “Sessiz bir sinemada oturduğunuzu, bir drama izlediğinizi ve yan tarafta oynayan aksiyon filmindeki patlamaları işittiğinizi hayal edin” dedi. “Geçmişte, başıboş ışık böyleydi – odaklanmaya çalıştığımız şeyden dikkatimizi dağıtmak. Artık bu ekstra gürültüyü kullanışlı verilere dönüştürecek araçlara sahibiz ve evreni incelemek için NuSTAR’ı kullanmanın yepyeni bir yolunu açtık.”
Elbette, başıboş ışık verileri NuSTAR tarafından yapılan doğrudan gözlemlerin yerini alamaz. Dağınık ışığın odaklanmamış olmasının yanı sıra, NuSTAR’ın doğrudan gözlemleyebildiği birçok nesne, başıboş ışık kataloğunda görüntülenemeyecek kadar soluktur. Ancak Grefenstette, birçok Caltech öğrencisinin verileri taradığını ve nötron yıldızlarının yüzeylerindeki termonükleer patlamalar gibi herhangi bir sayıda dramatik olay olabilecek çevresel nesnelerden hızlı parlaklık örnekleri bulduğunu söyledi. Bir nötron yıldızının parlaklıktaki değişikliklerinin frekansını ve yoğunluğunu gözlemlemek, bilim adamlarının bu nesnelere ne olduğunu deşifre etmesine yardımcı olabilir.
Renee Ludlam, “Bir X-ışını kaynağının uzun vadeli davranışında veya parlaklığında bir model aramaya çalışıyorsanız, başıboş ışık gözlemleri daha sık kontrol etmek ve bir temel oluşturmak için harika bir yol olabilir,” dedi. NASA Hubble Burs Programı Einstein üyesi Caltech ve StrayCats ekibinin üyesi. “Ayrıca, beklemediğimiz veya normalde NuSTAR’ı doğrudan onlara doğrultamayacağımız zamanlarda bu nesnelerdeki tuhaf davranışları yakalamamıza izin verebilirler. Başıboş ışık gözlemleri doğrudan gözlemlerin yerini almaz, ancak daha fazla veri her zaman iyidir.”
Referans: McKinley C. Brumback, Brian W. Grefenstette, Douglas JK Buisson, Matteo Bachetti, Riley Connors, Javier A. García, Amruta Jaodand, Roman “SMC X-1’in Spin ve Orbital Behavior for NuSTAR Stray Light ile Temelini Genişletme” Krivonos, Renee Ludlam, Kristin K. Madsen, Guglielmo Mastroserio, John A. Tomsick ve Daniel Wik, 24 Şubat 2022, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac4d24
Misyon Hakkında Daha Fazla Bilgi
NuSTAR 13 Haziran 2012’de başlatıldı. Caltech tarafından yönetilen ve yönetilen bir Küçük Kaşif görevi JPL NASA’nın Washington’daki Bilim Misyonu Müdürlüğü için Danimarka Teknik Üniversitesi (DTU) ve İtalyan Uzay Ajansı (ASI) ile ortaklaşa geliştirildi. Teleskop optikleri tarafından yapılmıştır. Kolombiya Üniversitesi, NASA’nın Greenbelt, Maryland ve DTU’daki Goddard Uzay Uçuş Merkezi. Uzay aracı Orbital Sciences Corp. tarafından Dulles, Virginia’da inşa edildi. NuSTAR’ın görev operasyonları merkezi, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley, ve resmi veri arşivi NASA’nın Yüksek Enerji Astrofizik Bilim Arşivi Araştırma Merkezi’ndedir. ASI, görevin yer istasyonunu ve bir ayna veri arşivini sağlar. Caltech, NASA için JPL’yi yönetiyor.