Kako deluje rentgenska astronomija

Chandrina slika M51 vsebuje skoraj milijon sekund opazovalnega časa. Rentgen: NASA/CXC/Wesleyan Univ./R.Kilgard, et al; Optično: NASA/STScI

Tam zunaj je skrito vesolje – tisto, ki seva v valovnih dolžinah svetlobe, ki jih ljudje ne zaznamo. Ena od teh vrst sevanja jerentgenski spekter. Rentgenske žarke oddajajo predmeti in procesi, ki so izjemno vroči in energični, kot so pregreti curki materiala v bližini črne luknje in eksplozija zvezde velikanke, imenovane supernova . Bližje domu naše sonce oddaja rentgenske žarke, prav tako kometi, ko se srečajo s sončnim vetrom . Znanost rentgenske astronomije preučuje te predmete in procese ter pomaga astronomom razumeti, kaj se dogaja drugje v vesolju.

Vesolje X-Ray

Zelo svetleč objekt, imenovan pulsar, oddaja neverjetno energijo v obliki rentgenskega sevanja v galaksiji M82. Dva teleskopa, občutljiva na rentgenske žarke, imenovana Chandra in NuSTAR, sta se osredotočila na ta objekt, da bi izmerila izhodno energijo pulsarja, ki je hitro vrteči se ostanek supermasivne zvezde, ki je eksplodirala kot supernova. Chandrini podatki so prikazani v modri barvi; Podatki NuSTAR so v vijolični barvi. Slika ozadja galaksije je bila posneta s tal v Čilu. Rentgen: NASA/CXC/Univ. Toulouse/M.Bachetti et al, Optični: NOAO/AURA/NSF

Viri rentgenskih žarkov so razpršeni po vsem vesolju. Vroče zunanje atmosfere zvezd so neverjetni viri rentgenskih žarkov, zlasti ko žarijo (kot to počne naše Sonce). Rentgenski izbruhi so neverjetno energični in vsebujejo namige o magnetni aktivnosti na in okoli zvezdne površine in spodnje atmosfere. Energija, ki jo vsebujejo ti izbruhi, astronomom pove tudi nekaj o evolucijski dejavnosti zvezde. Mlade zvezde so tudi zasedeni oddajniki rentgenskih žarkov, ker so veliko bolj aktivne v svojih zgodnjih fazah.

Ko zvezde umrejo, zlasti tiste najbolj masivne, eksplodirajo kot supernove. Ti katastrofalni dogodki oddajajo ogromne količine rentgenskega sevanja, ki zagotavljajo namige za težke elemente, ki nastanejo med eksplozijo. Ta proces ustvarja elemente, kot sta zlato in uran. Najbolj masivne zvezde se lahko zrušijo in postanejo nevtronske zvezde (ki prav tako oddajajo rentgenske žarke) in črne luknje.

Rentgenski žarki, ki jih oddajajo območja črnih lukenj, ne izvirajo iz samih singularnosti. Namesto tega material, ki ga zbere sevanje črne luknje, tvori 'akrecijski disk', ki material počasi vrti v črno luknjo. Med vrtenjem se ustvarjajo magnetna polja, ki segrevajo material. Včasih material uhaja v obliki curka, ki ga usmerjajo magnetna polja. Curki črnih lukenj prav tako oddajajo velike količine rentgenskih žarkov, prav tako supermasivne črne luknje v središčih galaksij.

Jate galaksij imajo pogosto pregrete plinske oblake v svojih posameznih galaksijah in okoli njih. Če se dovolj segrejejo, lahko ti oblaki oddajajo rentgenske žarke. Astronomi opazujejo te regije, da bi bolje razumeli porazdelitev plina v grozdih, pa tudi dogodke, ki segrejejo oblake.

Zaznavanje rentgenskih žarkov z Zemlje

Sonce v rentgenskih žarkih, kot ga vidi observatorij NuSTAR. Aktivne regije so najsvetlejše v rentgenskih žarkih. NASA

Rentgensko opazovanje vesolja in interpretacija rentgenskih podatkov je razmeroma mlada veja astronomije. Ker rentgenske žarke v veliki meri absorbira Zemljina atmosfera, so znanstveniki lahko opravili podrobne meritve rentgenskih 'svetlih' predmetov šele, ko so lahko visoko v atmosfero poslali sondirne rakete in balone z instrumenti. Prve rakete so poletele leta 1949 na krovu rakete V-2, ki so jo ob koncu druge svetovne vojne ujeli iz Nemčije. Zaznal je rentgenske žarke sonca.

Meritve z baloni so najprej odkrile predmete, kot so ostanek supernove meglice Rakovica (leta 1964) . Od takrat je bilo opravljenih veliko takšnih poletov, v katerih so proučevali vrsto predmetov, ki oddajajo rentgenske žarke, in dogodkov v vesolju.

Preučevanje rentgenskih žarkov iz vesolja

Umetnikova zasnova rentgenskega observatorija Chandra v orbiti okoli Zemlje z eno od njegovih tarč v ozadju. NASA/CXRO

Najboljši način za dolgoročno preučevanje rentgenskih objektov je uporaba vesoljskih satelitov. Tem instrumentom se ni treba boriti proti vplivom zemeljske atmosfere in se lahko osredotočijo na svoje cilje dlje časa kot baloni in rakete. Detektorji, ki se uporabljajo v rentgenski astronomiji, so konfigurirani za merjenje energije rentgenskih emisij s štetjem števila rentgenskih fotonov. To daje astronomom predstavo o količini energije, ki jo oddaja predmet ali dogodek. V vesolje so poslali vsaj štiri ducate rentgenskih observatorijev, odkar so poslali prvega v prosti orbiti, imenovanega Einsteinov observatorij. Uveden je bil leta 1978.

Med najbolj znanimi rentgenskimi observatoriji so Röntgen Satellite (ROSAT, izstreljen leta 1990 in razgrajen leta 1999), EXOSAT (izstrelila ga je Evropska vesoljska agencija leta 1983, razgrajen leta 1986), Nasin Rossi X-ray Timing Explorer, evropski XMM-Newton, japonski satelit Suzaku in rentgenski observatorij Chandra. Chandra, imenovan po Indijski astrofizik Subrahmanyan Chandrasekhar , je bil lansiran leta 1999 in še naprej daje poglede vesolja rentgenskih žarkov v visoki ločljivosti.

Naslednja generacija rentgenskih teleskopov vključuje NuSTAR (izstreljen leta 2012 in še vedno deluje), Astrosat (izstrelila ga je indijska organizacija za vesoljske raziskave), italijanski satelit AGILE (kar pomeni Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), izstreljen leta 2007 Druge so v načrtovanju, ki bodo nadaljevale astronomski pogled na rentgenski kozmos iz orbite blizu Zemlje.