Kā darbojas rentgena astronomija

M51 Čandras attēls satur gandrīz miljonu sekunžu novērošanas laika. Rentgens: NASA/CXC/Wesleyan Univ./R.Kilgard, et al; Optiskais: NASA/STScI

Tur ir apslēpts Visums — tāds, kas izstaro gaismas viļņu garumus, ko cilvēki nevar sajust. Viens no šiem starojuma veidiem irrentgenstaru spektrs. Rentgenstarus izdala objekti un procesi, kas ir ārkārtīgi karsti un enerģiski, piemēram, pārkarsētas materiāla strūklas tuvumā. melnie caurumi un milzu zvaigznes sprādziens, ko sauc par supernovu . Tuvāk mājām mūsu pašu Saule izstaro rentgena starus, tāpat kā to dara komētas, saskaroties ar saules vēju . Rentgena astronomijas zinātne pēta šos objektus un procesus un palīdz astronomiem saprast, kas notiek citur kosmosā.

Rentgenstaru Visums

Ļoti gaišs objekts, ko sauc par pulsāru, galaktikā M82 izstaro neticamu enerģiju rentgena starojuma veidā. Divi rentgena staru jutīgi teleskopi, ko sauc par Chandra un NuSTAR, koncentrējās uz šo objektu, lai izmērītu pulsāra enerģiju, kas ir ātri rotējošas supermasīvas zvaigznes paliekas, kas uzspridzināja kā supernova. Čandras dati parādās zilā krāsā; NuSTAR dati ir purpursarkanā krāsā. Galaktikas fona attēls tika uzņemts no zemes Čīlē. Rentgens: NASA/CXC/Univ. of Toulouse/M.Bachetti et al, Optical: NOAO/AURA/NSF

Rentgenstaru avoti ir izkaisīti visā Visumā. Zvaigžņu karstā ārējā atmosfēra ir brīnišķīgi rentgenstaru avoti, īpaši, kad tās uzliesmo (kā to dara mūsu Saule). Rentgenstaru uzliesmojumi ir neticami enerģiski un satur norādes uz magnētisko aktivitāti zvaigznes virsmā un ap to un zemākajā atmosfērā. Šajos uzliesmojumos esošā enerģija arī stāsta astronomiem kaut ko par zvaigznes evolūcijas aktivitāti. Jaunās zvaigznes ir arī aizņemtas rentgenstaru izstarotājas, jo tās ir daudz aktīvākas agrīnā stadijā.

Kad zvaigznes mirst, īpaši vismasīvākās, tās eksplodē kā supernovas. Šie katastrofālie notikumi izdala milzīgu daudzumu rentgena starojuma, kas sniedz norādes par smagajiem elementiem, kas veidojas sprādziena laikā. Šis process rada tādus elementus kā zelts un urāns. Masīvākās zvaigznes var sabrukt, lai kļūtu par neitronu zvaigznēm (kas arī izstaro rentgena starus) un melnajiem caurumiem.

Rentgena stari, ko izstaro melno caurumu apgabali, nenāk no pašiem singularitātēm. Tā vietā materiāls, ko savāc melnā cauruma starojums, veido “akrecijas disku”, kas materiālu lēni griež melnajā caurumā. Tam griežoties, rodas magnētiskie lauki, kas uzsilda materiālu. Dažreiz materiāls izplūst strūklas veidā, ko izvada magnētiskie lauki. Melno caurumu strūklas arī izstaro lielu daudzumu rentgenstaru, tāpat kā supermasīvie melnie caurumi galaktiku centros.

Galaktiku kopās atsevišķās galaktikās un ap tām bieži ir pārkarsēti gāzes mākoņi. Ja tie kļūst pietiekami karsti, šie mākoņi var izstarot rentgena starus. Astronomi novēro šos reģionus, lai labāk izprastu gāzes sadalījumu kopās, kā arī notikumus, kas silda mākoņus.

Rentgenstaru noteikšana no Zemes

Saule rentgena staros, kā to redz NuSTAR observatorija. Aktīvie reģioni ir visspilgtākie rentgena staros. NASA

Visuma rentgenstaru novērojumi un rentgenstaru datu interpretācija ir salīdzinoši jauna astronomijas nozare. Tā kā rentgena starus lielā mērā absorbē Zemes atmosfēra, zinātnieki varēja veikt detalizētus rentgenstaru 'spožu' objektu mērījumus tikai tad, kad viņi varēja nosūtīt skaņas raķetes un ar instrumentiem piekrautus balonus augstu atmosfērā. Pirmās raķetes pacēlās 1949. gadā uz V-2 raķetes, kas tika sagūstīta no Vācijas Otrā pasaules kara beigās. Tas atklāja rentgena starus no Saules.

Balonu mērījumi vispirms atklāja tādus objektus kā Krabja miglāja supernovas paliekas (1964. gadā) . Kopš tā laika ir veikti daudzi šādi lidojumi, pētot dažādus rentgena starus izstarojošus objektus un notikumus Visumā.

Rentgenstaru izpēte no kosmosa

Mākslinieka priekšstats par Čandras rentgenstaru observatoriju orbītā ap Zemi ar vienu no tās mērķiem fonā. NASA/CXRO

Labākais veids, kā ilgtermiņā pētīt rentgena objektus, ir izmantot kosmosa satelītus. Šiem instrumentiem nav jācīnās ar Zemes atmosfēras ietekmi, un tie var koncentrēties uz saviem mērķiem ilgāku laiku nekā baloni un raķetes. Rentgena astronomijā izmantotie detektori ir konfigurēti, lai izmērītu rentgenstaru emisiju enerģiju, skaitot rentgena fotonu skaitu. Tas astronomiem sniedz priekšstatu par objekta vai notikuma izstarotās enerģijas daudzumu. Kopš pirmās brīvās orbītās nosūtīšanas, ko sauc par Einšteina observatoriju, uz kosmosu ir nosūtīti vismaz četri desmiti rentgenstaru observatoriju. Tas tika palaists 1978. gadā.

Starp pazīstamākajām rentgenstaru observatorijām ir Röntgen Satellite (ROSAT, palaists 1990. gadā un pārtraukts 1999. gadā), EXOSAT (Eiropas Kosmosa aģentūra palaida 1983. gadā, ekspluatāciju pārtrauca 1986. gadā), NASA Rossi rentgena laika pētnieks, Eiropas XMM-Newton, Japānas Suzaku satelīts un Chandra rentgenstaru observatorija. Čandra, nosaukta par Indijas astrofiziķis Subrahmanjans Čandrasekhars , tika palaists 1999. gadā un turpina sniegt augstas izšķirtspējas rentgenstaru visuma skatus.

Nākamās paaudzes rentgena teleskopi ietver NuSTAR (palaists 2012. gadā un joprojām darbojas), Astrosat (palaists Indijas Kosmosa pētniecības organizācija), Itālijas AGILE satelītu (kas apzīmē Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), palaists 2007. gadā. Citi plāno, kas turpinās astronomijas skatījumu uz rentgenstaru kosmosu no Zemes orbītas.