Constellation-X: Ένα σμήνος τεσσάρων διαστημικών παρατηρητηρίων ακτίνων-Χ σχεδιάζει να εκτοξεύσει το 2015 η NASA

Άρθρο, Φεβρουάριος 2008

Η NASA σχεδιάζει να εκτοξεύσει περίπου το 2015 τέσσερα ισχυρά τηλεσκόπια ακτίνων-X που θα είναι σε τροχιά το ένα κοντά στο άλλο και θα δουλεύουν μαζί για να παρατηρούν ταυτόχρονα τα ίδια απόμακρα αντικείμενα, συνδυάζοντας τα στοιχεία τους έτσι ώστε να έχουν 100 φορές την ισχύ οποιουδήποτε προηγούμενου απλού τηλεσκοπίου των ακτίνων X. Το όνομα αυτής της αποστολής είναι Constellation-X κι έχει σχεδιαστεί για να εκτελέσει φασματοσκοπία ακτίνων X με μια πρωτοφανή ευαισθησία και φασματική ανάλυση.

Η μέτρηση ενός μεγάλου αριθμού φασματικών γραμμών στις ακτίνες X σε καυτό πλάσμα θα βοηθήσει τους αστρονόμους να καθορίσουν τη ροή του αερίου στους δίσκους προσαύξησης ή συσσώρευσης γύρω από τις μαύρες τρύπες, στους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες, και στις δυαδικές πηγές ακτίνων X, να μετρήσουν τον πληθυσμό των πρόσφατα δημιουργημένων στοιχείων στα κατάλοιπα των υπερκαινοφανών, και να ανιχνεύσει την επίδραση της σκοτεινής ύλης στο καυτό διαγαλαξιακό μέσο στα σμήνη των γαλαξιών. Η αποστολή Constellation-X, που αυτή την περίοδο σχεδιάζεται, είναι ένα βασικό στοιχείο στο πρόγραμμα Structure and Evolution of the Universe της NASA. Τα τρέχοντα σχέδια προβλέπουν ένα σμήνος από τέσσερις δορυφόρους και την εκτόξευση περίπου το 2015, αν και η NASA δεν έχει ακόμα οριστικοποιήσει το πρόγραμμα.

Οι επιστημονικοί στόχοι της αποστολής Constellation-X είναι επιτεύξιμοι εξ αιτίας της σημερινής ανάπτυξης των διαφόρων οργάνων (οπτικά όργανα και ανιχνευτές) που υπόσχονται να φθάσουν σε ικανότητα το κβαντικό επίπεδο. Τα υψηλής ανάλυσης φάσματα στις ακτίνες X από τα φασματόμετρα του Chandra και του XMM-Newton φθάνουν σε ένα επίπεδο λεπτομέρειας, που μέχρι τώρα είχαμε στην οπτική ζώνη του φάσματος, που δείχνει την ισχύ της φασματοσκοπίας των ακτίνων X, αλλά που περιορίζεται από τον μικρό αριθμό των φωτεινών πηγών των ακτίνων X. Η ενεργειακή ζώνη των ακτίνων-X 0,3 έως 10 keV περιέχει εσωτερικές γραμμές (φλοιός Κ) για όλα τα μέταλλα από τον άνθρακα έως τον ψευδάργυρο, καθώς επίσης και πολλές γραμμές της στιβάδας L. Αυτές οι ατομικές μεταβάσεις δίνουν πληροφορίες για το πλάσμα, επιτρέποντας τον ακριβή χαρακτηρισμό των φυσικών καταστάσεων στις πηγές. Δηλαδή η φασματικά ανάλυση μας πληροφορεί για την πυκνότητα και τις θερμοκρασίες των πηγών, τη σύνθετη δομή των δίσκων προσαύξησης των μαύρων οπών και τις απόλυτες μετρήσεις της ταχύτητας, που κυμαίνονται από 100-1000 km/s, και που συναντάμε σε πολλά αστρονομικά συστήματα.

Η αποστολή Constellation-X (με πάνω από 100 φορές την απόδοση του Chandra και του XMM-Newton) μαζί με την υψηλή φασματική ανάλυση της είναι βασική για την επίτευξη των τεσσάρων αρχικών επιστημονικών στόχων που περιγράφονται εδώ:

*Μαύρες τρύπες: Χρησιμοποίηση των μαύρων οπών για να εξεταστεί η γενική σχετικότητα (GR) και η μέτρηση της περιστροφής των μαύρων οπών

*Σκοτεινή ενέργεια: Βελτίωση των περιορισμών στις βασικές παραμέτρους της σκοτεινής ενέργειας (DE) κατά έναν παράγοντα δέκα

*Τα χαμένα Βαρυόνια: Σαφής ανίχνευση της καυτής φάσης του θερμού-καυτού διαγαλαξιακού μέσου (WHIM) σε z>0

*Εξίσωση της κατάστασης των άστρων νετρονίων: Μέτρηση της σχέσης μάζας-ακτίνας των άστρων νετρονίων για να καθοριστεί η εξίσωση της κατάστασης (EOS) της  εξαιρετικά πυκνής ύλης

Επιπλέον, η μεγάλη αύξηση των ικανοτήτων, όπως προβλέπεται, του παρατηρητηρίου Constellation-X θα φέρει σημαντικές προόδους σε πολλούς τομείς της αστροφυσικής, από ηλιακά συστήματα έως απόμακρα κβάζαρ.

Μια καλλιτεχνική άποψη των 4 τηλεσκοπίων του σμήνους Constellation-X που θα αναπτυχθεί στην τροχιά L2. Προγραμματίζεται δε η κατασκευή 4 ομοίων τηλεσκοπίων προκειμένου να μειωθούν συγχρόνως το κόστος και οι διάφοροι κίνδυνοι. Θα παρατηρούν δε ταυτόχρονα τον ίδιο στόχο.

Όπως όλα τα τηλεσκόπια των ακτίνων X, έτσι και το Constellation-X πρέπει να τοποθετηθεί στο διάστημα επειδή η ακτινοβολία των ακτίνων X δεν διαπερνά τη γήινη ατμόσφαιρα. Ακόμα, στο σχεδιασμό του Constellation-X, οι επιστήμονες θέλησαν να έχουν μεγάλη ευαισθησία - 100 φορές μεγαλύτερη από οποιαδήποτε προηγούμενη ή τρέχουσα δορυφορική αποστολή σε ακτίνες X.  Ουσιαστικά, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να συλλέξουν περισσότερα στοιχεία σε μία ώρα μόνο, από αυτά που θα είχαν συλλέξει σε πολλές ημέρες ή και εβδομάδες με τα τρέχοντα τηλεσκόπια των ακτίνων X.

Πηγές: NASA