Цивилизация
В отличие от других космических обсерваторий NASA, NuSTAR отправилась в космос отнюдь не с мыса Канаверал и не с помощью одной ракеты-носителя. Свой старт обсерватория приняла, находясь на борту самолета Stargazer, который оторвался от Земли с атолла Кваджалейн на Маршалловых островах. После этого с борта самолета была выпущена ракета-носитель Pegasus XL — она-то и вывела NuSTAR в космос. К настоящему моменту аппарат уже успешно вышел на заданную орбиту.
Название телескопа NuSTAR — это сокращение от английского название Nuclear Spectroscopic Telescope Array — «массив ядерных спектроскопических телескопов». Обсерватория состоит из двух телескопов, расположенных на одной оси.
Фокусное расстояние телескопа составляет 10 метров, что является беспрецедентно большой величиной для рентгеновских телескопов.
Этот показатель будет достигнут за счет специальной раздвижной фермы, которая уже в космосе сможет разнести два телескопа друг от друга на такое расстояние.
В большинстве своем рентгеновские лучи не отражаются от поверхности зеркала, а поглощаются. Достичь отражения и отправить отраженный сигнал на детектор можно несколькими способами. Большинство предыдущих рентгеновских телескопов использовало принцип кодирующей апертуры, основанный на том, что источники излучения в разных положениях относительно маски, состоящей из прозрачных и непрозрачных элементов, создают на приемнике излучения различную конфигурацию теней. Недостаток таких систем состоит в том, что поток источника излучения «размазывается» практически на весь приемник, что значительно увеличивает влияние шумов приемника на чувствительность прибора.
Создатели телескопа NuSTAR пошли по другому пути, который был апробирован ими в 2005 году в ходе эксперимента HEFT, когда в верхние слои атмосферы на воздушном шаре был запущен рентгеновский детектор.
У этого подхода есть два основных принципа. Первый заключается в том, чтобы отправлять сигнал на зеркала под небольшим углом — это увеличивает вероятность того, что излучение будет отражено, а не поглотится. Второй принцип — использование системы зеркал, вложенных друг в друга, как матрешка. Причем зеркала для телескопа NuSTAR имеют вид не «тарелки», как для телескопов, работающих в оптике или в радио, а представляют собой набор тонких цилиндров. Одна из поясняющих фотографий на сайте NuSTAR демонстрирует рабочий телескоп обсерватории, состоящий из 133 вложенных друг в друга зеркальных цилиндров, каждый толщиной с человеческий ноготь. Данная фотография называется NuSTAR's Russian Doll-like Mirrors – «зеркала телескопа NuSTAR, подобные матрешке».<1>
В такой системе излучение от источника проецируется на небольшую часть детектора, поэтому влияние его шумов на несколько порядков меньше, чем при использовании принципа кодирующей апертуры.
Подобный метод фокусировки изображения в рентгеновской астрономии использовался только в диапазоне до энергий порядка 10 кэВ (например, на спутниках «Чандра» и «XMM-Ньютон»). Специалисты отмечают, что использование таких систем на энергиях почти в 10 раз выше (NuSTAR будет работать в диапазоне 5–80 кэВ, в котором из действующих обсерваторий работают INTEGRAL и SWIFT) — это огромный прорыв. К тому же NuSTAR будет обладать угловым разрешением всего в 9,5 угловой секунды, что в 75 раз лучше, чем у INTEGRAL, то есть кроме хороших изображений спутник будет строить и спектры с существенным разрешением. Правда, негативным побочным эффектом при этом будет сужение поля зрения.<2>
Стоит отметить, что разработка телескопа началась в 2005 году, параллельно с реализацией эксперимента HEFT, но в 2007 году из-за сокращения бюджета NASA на научные программы проект был закрыт.
Впрочем, ненадолго: уже в том же году учёные возобновили работу над телескопом.
«Мы очень ждали запуска этой обсерватории. С ее беспрецедентным пространственным и спектральным разрешением по отношению к предыдущим исследованиям этой области рентгеновского спектра, NuSTAR откроет новое окно во Вселенной и дополнит своими данными результаты таких значимых миссий, как «Ферми», «Чандра», «Хаббл» и «Спитцер», — заявил Пол Хертц, директор отделения астрофизики NASA.
После вывода на орбиту обсерватории понадобится около месяца для настройки и проверки работоспособности всех систем. Затем NuSTAR в течение примерно 18 месяцев будет выполнять свою основную научную программу.
«За это время NuSTAR поможет нам найти самые неуловимые и наиболее мощные по энергетике черные дыры, помочь нам понять структуру Вселенной», — заявила научный руководитель проекта Фиона Харрисон из Калифорнийского технологического института.
Решать задачу по поиску черных дыр обсерватория будет, проводя регулярный обзор площадок неба (включая область центра Галактики) с максимальной чувствительностью. Также NuSTAR будет заниматься построением карт излучения радиоактивных элементов в молодых остатках вспышек сверхновых и изучением происхождения релятивистских струй частиц, вылетающих из сверхмассивных черных дыр.
Оставшееся после выполнения миссии время (5–6 месяцев) телескоп будет решать дополнительные задачи. Их список постоянно уточняется, но предполагается, что в рамках этой части работы NuSTAR сможет больше узнать о происхождении космических лучей, исследовать физику экстремальных состояний вещества у компактных объектов в нашей Галактике и даже проводить картографирование микровспышек на Солнце.
Лишь через пять лет спутник должен сгореть в плотных слоях атмосферы. Поэтому есть вероятность продления работы обсерватории NuSTAR с двух лет на больший срок.