INTEGRAL (observatorium)

International Gamma Ray Observatory ( International  Gamma-Ray Astrophysics Laboratory / INTEGRAL ) är ett orbitalobservatorium designat för att studera galaktiska och extragalaktiska objekt i området för hård röntgen och gammastrålning . INTEGRAL är ett projekt av European Space Agency (ESA) i samarbete med Roscosmos och NASA , styrt från European Space Flight Control Center i Darmstadt , Tyskland och genom markstationer i Belgien (Redu) och USA ( Goldstone ).

Projektmål

Observatoriets mål är:

• Tillhandahåll ny data för att berika teorin om nukleosyntes genom att upptäcka atomkärnor som bildas i slutet av stjärnornas liv [1] .
• Upptäcka resterna av forntida supernovor genom att identifiera kärnorna av radioaktiva grundämnen, vanligtvis syntetiserade av dem under en explosion [2] .
• Identifiera fenomenen med kall nukleosyntes, det vill säga splittringen av atomer som uppstår när atomer eller accelererade protoner kolliderar med atomer i det interstellära mediet . Under kollisionen förstörs atomerna i det interstellära mediet (kol, syre, kväve) (klyvningsprocessen) och ger lättare atomer av litium, beryllium, bor. De fysiska förhållandena i stjärnor bidrar till den snabba förstörelsen av dessa element i kärnreaktioner, på grund av vilka nästan alla atomer av dessa element bildades i det interstellära mediet. INTEGRAL bör studera dessa atomer mer i detalj genom de gammastrålar som sänds ut av dem när de återgår från ett exciterat tillstånd till grundtillståndet [3] .
• Observation av nya och supernovor [4] , inklusive gravitationssupernovor, det vill säga kollapsen av stjärnor med en massa som överstiger 8-10 solmassor [5] .
• Observation av kompakta föremål som vita dvärgar , neutronstjärnor , svarta hål [6] .
• Observation av galaxer, stjärnhopar, aktiva galaktiska kärnor , blazarer och den kosmiska mikrovågsbakgrunden [6] .
• Observation av processer och fenomen i mitten av vår galax .
• Identifiering av källor till gammastrålar, vars ursprung för närvarande är okänt [6] .
• Registrering av annihilationsstrålning av positroner i vår galax [7] .

Det var det känsligaste observatoriet för gammastrålning i rymden fram till lanseringen av Fermi 2008 [8] . På grund av det faktum att fotoner i de hårda röntgen- och gammaområdena är nästan omöjliga att avvika från en rätlinjig utbredning och därmed att fokusera, använder observatoriets grundläggande instrument den kodade aperturprincipen för avbildning . Troligtvis kommer instrumenten från INTEGRAL-observatoriet (liksom SWIFT -observatoriets BAT-teleskop ) att vara de sista i serien av hårdröntgenteleskop med kodad bländare , på grund av det faktum att för att ytterligare avsevärt öka känslighet för instrument av denna typ, är det nödvändigt att öka massan av instrument med mer än 10 gånger, vilket för närvarande är omöjligt med tillgängliga bärare (massan av INTEGRAL-observatoriet ~4,2 ton). Den kodade bländarmetoden i rymddomänen tillämpades första gången 1989 av det franska SIGMA-teleskopet ombord på det ryska rymdobservatoriet Granat .

Rymdskepp

Efter Rysslands annullering 2002 av Spektr-RG- programmet (i den ursprungliga "tunga" versionen), där europeiska och amerikanska laboratorier spenderade mer än 300 miljoner US-dollar, övertog Roscosmos skyldigheterna att leverera observatoriet i omloppsbana [9] [ 10] .

INTEGRAL lanserades från Baikonur Cosmodrome 2002. Vid uppskjutning i omloppsbana var en mobil mätpunkt i Sydamerika och ett militärt sovjetiskt uppdragskontrollcenter inblandade . Anordningens operativa omloppsbana har en period av 72 timmar och har en hög excentricitet med en perigeum på 10 000 km, inom det magnetosfäriska strålningsbältet . Men det mesta av varje omloppsbana passerar utanför denna region, där vetenskapliga observationer kan göras. De når sitt största avstånd från jorden ( apogeum ) på 153 000 km. Apogee förekommer på norra halvklotet för att förkorta förmörkelsetiderna och maximera kontakttiden med markstationer på norra halvklotet. För detta är dess omloppsbana synkroniserad med jordens rotation [11] .

Tack vare ett speciellt uppskjutningsschema lyckades observatoriet spara en oväntat stor del av bränslet, vilket gör att enheten fysiskt kan fungera i omloppsbana i mer än 10-15 år, och för tillfället har den mer än fördubblat sin ursprungligen planerade tjänst liv. Från och med november 2018 har hennes uppdrag förlängts till slutet av 2020, med en möjlig förlängning till 2022 [12] .

Rymdfarkosten INTEGRAL är en kopia av XMM-Newton- satelliten , som har minskat projektkostnaderna avsevärt. För att styra satelliten används en hydrazinmotor , varav 544 kg lagrades i 4 utombordstankar. Solar nickel-kadmium batterier har en spännvidd på 16 meter och ger en effekt på 2,4 kW.

Attitydkontroll utförs på stjärnorna av flera solsensorer och flera gyroskop.

Satellittillverkaren är Thales Alenia Space .

Apparater

Observatoriet består av två huvudinstrument (IBIS, SPI) och två hjälpinstrument (JEM-X, OMC).

• IBIS är ett kodande maskteleskop . Driftenergiområdet är från 15 keV (hård röntgenstrålning) till 10 MeV (gammastrålning). I intervallet 15-300 k eV registreras fotoner av ISGRI-detektorn (Integral Soft Gamma-Ray Imager) på en uppsättning kadmium - telluridelement ; i intervallet 300 keV - 10 MeV - främst av PICsIT (Pixellated Ces-Iodide Telescope) detektor på cesium - jodelement . Teleskopets detektorer har en total yta på cirka 2500 cm², varav hälften förmörkas av kodningsmasken. Vinkelupplösningen är 12 bågminuter, men genom att svepa signalen är det möjligt att förbättra den till 1 bågminut och högre, upp till 30 bågsekunder [7] . En mask av 95 x 95 rektangulära volframplattor sitter 3,2 meter ovanför detektorerna. Detektorsystemet består av 128 x 128 celler av ISGRI-kadmiumtelluriddetektorn, under vilket är ett lager av 64 x 64 celler från cesiumjodid PICsIT-detektorn. ISGRI är känslig ner till 1 MeV, medan känsligheten hos PICsIT sträcker sig upp till 10 MeV.
• SPI är en germaniumspektrometer , som består av 19 separata detektorer, som också använder en hexagonal volframwafer-kodningsmask. Driftenergiområde från 20 keV till 8 MeV [7] . Germaniumdetektorer kyls till en temperatur på cirka 80-90 K, vilket gör det möjligt att uppnå en oöverträffad energiupplösning på 2 keV vid en energi på 1 MeV. Båda detektorsystemen (IBIS och SPI) måste vara skärmade för att minska bakgrundsstrålningen. Volframplattorna på kodningsmasken är skärmade med ett lager av scintillatorplast , som absorberar sekundär strålning orsakad av inverkan av högenergipartiklar på volfram. Detektorerna var skärmade med blyplattor och vismutgermanat (BGO) kristaller. Det optiska fältet är 8° och upplösningen är 2° [13] .
• Hjälpenheterna JEM-X och OMC (Optical Monitor Camera) är designade för att studera objekt i de konventionella röntgenområdena - 335 keV (JEM-X) och optiska och ultravioletta (OMC) områden (våglängd 500-580 nm). OMC:n kan registrera objekt upp till magnituden 18,2 med en exponering på 1000 sekunder [7] . Förutom att utöka den spektrala täckningen blir bilden skarpare på grund av den kortare våglängden. Detektorerna är gasformiga scintillatorer (xenon och metan). Dessa är främst stödverktyg som också kan registrera aktiviteten och tillståndet för några av de ljusare objekten.
• Det sista instrumentet är IREM (INTEGRAL Radiation Environment Monitor), som ansvarar för att övervaka den orbitala bakgrundsnivån och som även används för datakalibrering. IREM är känsligt för elektroner och protoner (registrerar dem oberoende) i jordens strålningsbälte, samt för kosmisk strålning. Om bakgrundsnivån är för hög kan IREM stänga av vetenskapliga instrument för att skydda dem.

Kodade bländardetektorer har utvecklats under ledning av universitetet i Valencia , Spanien.

Huvudresultat

INTEGRAL-observatoriet fortsätter att fungera framgångsrikt i omloppsbana. Bland de viktigaste resultaten från observatoriet bör det noteras:

• Kartläggning av området i Galaxens centrum i det hårda röntgenområdet med mycket hög känslighet.
• Upptäckt av en hel uppsättning galaktiska hårda röntgenkällor dolda av dammabsorption i andra energiområden (till exempel standardröntgen 1-10 keV eller optisk)
• Upptäckt av en ny hård röntgenkomponent i strålningen från de så kallade anomala röntgenpulsarerna och magnetarerna . Ursprunget till denna komponent är inte helt klart.
• Högprecisionsmätning av formen på positronförintelsestrålningsspektrumet. Således kunde forskare fastställa att ungefär hälften av den antimateria som produceras i galaxen beror på att svarta hål eller neutronstjärnor river materia från sin satellit med en massa som är mindre än eller lika med solens massa [14] .
• Strålningen från galaxryggen vid energier över 20 keV har uppmätts för första gången. Det visas att upp till energier på 50–60 keV produceras den av den totala strålningen från ett stort antal anhopande vita dvärgar.
• Beräkningar av källor till hård röntgenstrålning över himlen har utförts. Baserat på resultaten av dessa beräkningar mättes de statistiska egenskaperna hos galaktiska och extragalaktiska källor i det närliggande universum.
• Upptäckt av en ny typ av kvasar (den så kallade "järnkvasaren").
• Upptäckten av en ny kategori av massiva röntgenbinära stjärnor , som tack vare markbaserade observatorier har identifierats som kompakta objekt i omloppsbana runt superjättestjärnor [15] .
• Identifiering av 700 nya gammastrålkällor, inklusive en kategori av pulsarer som kan generera magnetiska fält en miljard gånger starkare än de som skapas i laboratorier på jorden.
• En katalog över upptäckta svarta hål har sammanställts, som ska göra det möjligt att uppskatta deras antal i universum.
• INTEGRAL gjorde det möjligt att fastställa att det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax har mycket låg aktivitet [16] .
• Rymdobservatoriet fungerar som ett varningssystem för uppkomsten av plötsliga snabba gammastrålningsskurar som varar från några sekunder till flera minuter genom indirekt användning av dess instrument. Samtidigt låter det dig snabbt ange koordinaterna för andra mer effektiva verktyg till källan till detta flyktiga fenomen. Således, tack vare INTEGRAL, kan forskare upptäcka en gammastrålningskälla belägen på kort avstånd (därav i det senaste förflutna) och mycket lägre effekt, vilket är viktigt för dess identifiering [17] .
• En karta över distributionen av aluminium-26 sammanställdes , vilket gör det möjligt att klargöra kunskap om processen för nukleosyntes av denna atom. Arbetet fortsätter med att kartlägga distributionen av titan-44 [18] .

Se även

• Lista över rymdfarkoster med röntgen- och gammadetektorer ombord

Anteckningar

1. ↑ Astrophysique nucléaire . irfu.cea.fr. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020. (obestämd)
2. ↑ Sur la piste des supernovae manquantes . irfu.cea.fr. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020. (obestämd)
3. ↑ à la recherche des sites de nucléosynthèse froide . irfu.cea.fr. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 25 december 2021. (obestämd)
4. ↑ Novae et supernovae . irfu.cea.fr. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020. (obestämd)
5. ↑ Supernovor gravitationnelles . irfu.cea.fr. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020. (obestämd)
6. ↑ 1 2 3 ESA Science & Technology - Mål . sci.esa.int. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020. (obestämd)
7. ↑ 1 2 3 4 Roman Krivonos. INTEGRAL . Institutionen för högenergiastrofysik. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020. (ryska)
8. ↑ BJ Teegarden, SJ Sturner. INTEGRALA Observationer av gammastrålning   // HEAD . — 1999-04. — S. 17.01 . Arkiverad från originalet den 4 februari 2020.
9. ↑ Spektr-R utveckling . www.russianspaceweb.com. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 21 februari 2020. (obestämd)
10. ↑ Spektr-projektets historia . www.russianspaceweb.com. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 19 februari 2020. (obestämd)
11. ↑ Integral  översikt . www.esa.int. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 19 oktober 2012.
12. ↑ ESA Science & Technology - Förlängd livslängd för ESA:s vetenskapsuppdrag . sci.esa.int. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 3 juni 2020. (obestämd)
13. ↑ SPI-kodad mask . Bildbehandlingslaboratoriet . Hämtad 10 maj 2022. Arkiverad från originalet 31 mars 2022. (obestämd)
14. ↑ Raie d'annihilation positron/elektron à 511 keV  (fr.) . Väsentlig. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020.
15. ↑ Identifiering des sources de haute energi  (franska) . Väsentlig. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020.
16. ↑ Cartes des sources gamma individuelles et mesure du fond cosmique X  (fr.) . Väsentlig. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020.
17. ↑ Sursauts gamma  (fr.) . Väsentlig. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020.
18. ↑ La Nucleosynthese  (franska) . Väsentlig. Hämtad 4 februari 2020. Arkiverad från originalet 4 februari 2020.

Länkar

• Observatoriets officiella webbplats (otillgänglig länk) . Hämtad 5 november 2008. Arkiverad från originalet 8 november 2008. (obestämd) 
• All-sky-katalog erhållen med hjälp av observatoriedata vid Ryska vetenskapsakademins rymdforskningsinstitut
• Russian Center for Scientific Data i INTEGRAL-projektet
• INTEGRAL Observatory - 10 år i omloppsbana (2012-11-20)

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	LCCN : n2002012007 VIAF : 267710829 World Cat VIAF : 267710829