Афина (космическая обсерватория)

Athena
IXOFlyby1Small.jpg
Организация: ЕКА
Дата запуска: планируется в 2028
Место запуска: Гвиана (департамент Франции) Куру
Научные инструменты

Косми́ческий телескóп «Афина» (англ. Athena, сокращение от Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) — планирующийся к запуску в 2028 году космический телескоп рентгеновского диапазона. Относится ко второму классу крупных миссий, осуществляемых Европейским космическим агентством в рамках программы Cosmic Vision[1][2][3]. Телескоп будет около 12 м в длину, и весить около 5 тонн. Его чувствительность должна быть в 100 раз больше, чем у лучших из существующих рентгеновских телескопов, таких как «Чандра» и XMM-Newton[4].


История и развитие[ | ]

Рисунок внешнего вида инструмента IXO в проекте НАСА

По первоначальному плану, проект должен был быть реализован к 2021 году совместными усилиями НАСА, Европейского космического агентства (ЕКА) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). В мае 2008 года ЕКА и НАСА была создана координационная группа с участием всех трёх агентств с целью изучения проведения совместной миссии путём слияния проектов XEUS и Constellation-X. Это было началом предполагаемого совместного исследования посредством International X-ray Observatory (IXO). Проект IXO конкурировал с двумя другими миссиями: Europa Jupiter System Mission (EJSM) и Laser Interferometer Space Antenna (LISA)[5][6][7][8][9][10][11][12].

Предшествующий «Афине» телескоп являлся кандидатом для миссии класса L1 программы Cosmic Vision, но был отменён с программой Jupiter Icy Moon Explorer. Сама «Афина» является перезапуском проекта IXO, планировавшегося в 2008—2011 годы, — окончательное решение об этом было принято 27 июня 2014 года[13] Теперь именно «Афина» выбран второй крупной миссией программы Cosmic Vision.[13]. Частично по причине выхода НАСА в 2011 году из участия в проекте IXO возникли изменения в подготовке к миссии[14].

Научная группа была сформирована к 16 июля 2014 года[15] Первичные вибрационные тесты кремния для зеркал оптики состоялись в августе 2014[16]. Встреча научного комитета программы Европейского космического агентства состоится в 2019 году для полного обзора и окончательного утверждения проекта до начала строительства в том же году[4][17].

Цели и задачи[ | ]

Телескоп IXO предназначен для работы в течение не менее 5 лет с прогнозируемой работоспособностью на протяжении 10 лет. Ожидается, что научные работы с IXO будут идти в период с 2021 по 2030 годы[7].

Основной задачей является изучение вопросов «горячей и расширяющейся Вселенной»[18]: картографирование движения горячих газовых структур, определение их физических свойств и поиск сверхмассивных чёрных дыр.

Выбранная научная тема «Горячая и энергетическая Вселенная» имеет целями ответить на вопросы астрофизики: «Что происходит вблизи чёрной дыры?» «Как обычная материя собирается в крупномасштабные структуры, которы мы видим сегодня?» «Как чёрные дыры разрастаются и формируют Вселенную?» «Какова взаимосвязь между этими процессами?»

Для решения этих задач IXO будет наблюдать орбиты, близкие к горизонту событий чёрной дыры, измерять скорости вращения чёрных дыр в несколько сотен активных ядер галактик, использовать спектроскопию для определения характеристик окружающей среды вокруг ядер галактик при их пиковой активности; поиск сверхмассивных чёрных дыр с красным смещением z > 10; поиск тёмной материи в крупномасштабной структуре Вселенной, используя квазары на фоне материи и наблюдение процессов галактического масштаба путём инъекции энергии чёрными дырами[19][20][21][22].

Орбита[ | ]

Запуск ракеты-носителя «Ариан-5» должен поднять «Афину» в 2028 году на гало-орбиту с большой амплитудой вокруг L2 точки Лагранжа посредством направленного ускорения. L2 была выбрана из-за своей стабильной тепловой среды, хорошей небесной видимости и высокой эффективности наблюдений. «Афина» планируется для ежегодных непрерывных наблюдений до 300 точечных небесных целей, от получаса до 1 часа за каждой, в течение не более 11 дней[23].

Оптика и инструменты[ | ]

«Афина» должна использовать рентгеновский телескоп с фокусным расстоянием в 12 м с эффективной площадью ~2 м² при чувствительности 1 кэВ[1] и двумя основными инструментами: интегральным полевым прибором рентгеновского излучения (X-ray Integral Field Unit, X-IFU) с высоким разрешением и среднего разрешения, но обладающим большим углом обзора широкоуглольным спектрометром (Wide Field Imager, WFI)[23].

В телескопе будет использована разработанная Европейским космическим агентством оптика с кремниевыми ячейками, что обеспечивает сочетание большого угла обзора и высокого углового разрешения. Каждая ячейка представляет собой телескоп Вольтера, но только несколько мм² в диаметре, с двумя рефлекторами в каждой ячейке, фокусирующими рентгеновское излучение. Всего должно быть использовано 1,5 млн ячеек. Телескоп будет создаваться в виде массива 60-миллиметровых коммерчески доступных для изготовления кремниевых пластин.[23]

X-ray Integral Field Unit

Этот инструмент использует массив охлаждаемых криогеном датчиков с диапазоном обнаружения 0,2—12 кэВ. Общий угол обзора составляет 5 угловых минут[24].

Wide Field Imager

Данный инструмент является рентгеновским спектрометром, состоящим из 5 массивов полевых транзисторов с переходами p-типа и диапазоном регистрируемого излучения 0,1—15 кэВ. Его центральный чип имеет размеры 256 x 256 px и угол обзора в 7,5 угловых минут. Четыре его внешних массива имеют размеры 448 x 640 px и угол обзора в 40 угловых минут.[25][26]:1,9

Планируемая стоимость проекта составит 1 млрд. долларов или 850 млн евро.[27].

Примечания[ | ]

  1. 1 2 ATHENA (англ.). ЕКА (16 June 2015). Проверено 3 октября 2015.
  2. ESA's new vision to study the invisible universe. ESA. Проверено 29 ноября 2013.
  3. Jonathan Amos. ESA selects 1bn-euro Juice probe to Jupiter. BBC News Online. BBC (2 May 2012). Проверено 13 мая 2012.
  4. 1 2 Jonathan Amos. Athena: Europe plans huge X-ray space telescope. BBC News Online. BBC (27 June 2014). Проверено 22 октября 2014.
  5. Announcing the International X-ray Observatory (IXO) — NASA
  6. Announcing the International X-ray Observatory (IXO) — ESA
  7. 1 2 The International X-ray Observatory Activity submission in response to the Astro2010 Program Prioritization Panel RFI#1
  8. IXO Science Performance Requirements on the ESA web site Архивировано 12 декабря 2012 года.
  9. IXO — Payload Definition Document Архивировано 12 декабря 2012 года.
  10. IXO Mission Concept Архивировано 12 декабря 2012 года.
  11. IXO Project Leadership
  12. Lasota Jean-Pierre. Astronomy at the Frontiers of Science. — Springer, 2011. — 180 с. — ISBN 9400716583.
  13. 1 2 ESA Science & Technology: Athena to study the hot and energetic Universe. ESA (27 June 2014). Проверено 23 августа 2014.
  14. About ATHENA. ESA (2 апреля 2012). Проверено 19 октября 2014.
  15. ESA appointed Science Study Team (недоступная ссылка — история). ATHENA website (16 July 2014). Проверено 19 октября 2014. Архивировано 5 октября 2015 года.
  16. Vibration testing of silicon pore optics module. ESA (19 August 2014). Проверено 19 октября 2014.
  17. Jacob Aron. Biggest X-ray eye in space to hunt hot cosmic objects. New Scientist (30 June 2014). Проверено 22 октября 2014.
  18. ESA в 2028 году запустит новую обсерваторию стоимостью $1 млрд (рус.). РИА Новости (30.09.2015).
  19. Stellar-Mass Black Holes and Their Progenitors, J. Miller et al.
  20. The Evolution of Galaxy Clusters Across Cosmic Time, M. Arnaud et al.
  21. The Missing Baryons in the Milky Way and Local Group, Joel N. Bregman et al.
  22. Cosmic Feedback from Supermassive Black Holes, Andrew C. Fabian et. al.
  23. 1 2 3 ESA Science & Technology: ATHENA. ESA (19 August 2014). Проверено 19 октября 2014.
  24. The X-ray Integral Field Unit (X-IFU). ATHENA website. Проверено 19 октября 2014. Архивировано 5 октября 2015 года.
  25. The Wide Field Imager (WFI) (недоступная ссылка — история). ATHENA website. Проверено 19 октября 2014. Архивировано 5 октября 2015 года.
  26. A. Rau. The Wide Field Imager (WFI) for Athena+ (DOCX) (недоступная ссылка — история) (19 October 2014). Проверено 19 октября 2014. Архивировано 5 октября 2015 года.
  27. ATHENA technical and programmatic review report. ЕКА (28 февраля 2012). Проверено 13 мая 2012.

Ссылки[ | ]