INTEGRAL (observator)

Observatorul Internațional de Raze Gamma ( International  Gamma-Ray Astrophysics Laboratory / INTEGRAL ) este un observator orbital conceput pentru a studia obiecte galactice și extragalactice din raze X dure și gama de raze gamma . INTEGRAL este un proiect al Agenției Spațiale Europene (ESA) în cooperare cu Roscosmos și NASA , controlat de Centrul European de Control al Zborurilor Spațiale din Darmstadt , Germania și prin stații terestre din Belgia (Redu) și SUA ( Goldstone ).

Obiectivele proiectului

Obiectivele observatorului sunt:

• Furnizați date noi pentru a îmbogăți teoria nucleosintezei prin descoperirea nucleelor ​​atomice formate la sfârșitul vieții stelelor [1] .
• Descoperirea rămășițelor supernovelor antice prin identificarea nucleelor ​​elementelor radioactive, sintetizate de obicei de acestea în timpul unei explozii [2] .
• Identificați fenomenele de nucleosinteză la rece, adică scindarea atomilor care apar atunci când atomii sau protonii accelerați se ciocnesc cu atomii mediului interstelar . În timpul ciocnirii, atomii mediului interstelar (carbon, oxigen, azot) sunt distruși (procesul de scindare) și dau atomi mai ușori de litiu, beriliu, bor. Condițiile fizice din stele contribuie la distrugerea rapidă a acestor elemente în reacțiile nucleare, datorită cărora aproape toți atomii acestor elemente s-au format în mediul interstelar. INTEGRAL ar trebui să studieze acești atomi mai detaliat prin razele gamma emise de ei pe măsură ce se întorc dintr-o stare excitată la starea fundamentală [3] .
• Observarea noilor și a supernovelor [4] , inclusiv a supernovelor gravitaționale, adică a prăbușirii stelelor cu o masă ce depășește 8-10 mase solare [5] .
• Observarea obiectelor compacte precum piticele albe , stele neutronice , găurile negre [6] .
• Observarea galaxiilor, a clusterelor de stele, a nucleelor ​​galactice active , a blazarilor și a fundalului cosmic cu microunde [6] .
• Observarea proceselor și fenomenelor din centrul galaxiei noastre .
• Identificarea surselor de raze gamma, a căror origine este în prezent necunoscută [6] .
• Înregistrarea radiației de anihilare a pozitronilor din galaxia noastră [7] .

A fost cel mai sensibil observator de raze gamma din spațiu până la lansarea Fermi în 2008 [8] . Datorită faptului că fotonii din raze X dure și gama gamma sunt aproape imposibil de abate de la o propagare rectilinie și, astfel, de a focaliza, instrumentele de bază ale observatorului folosesc principiul deschiderii codificate pentru imagistica . Cel mai probabil, instrumentele observatorului INTEGRAL (precum și telescopul BAT al observatorului SWIFT ) vor fi ultimele din seria telescoapelor cu raze X dure cu deschidere codificată , datorită faptului că pentru a crește în continuare semnificativ sensibilitatea instrumentelor de acest tip, este necesară creșterea masei instrumentelor de peste 10 ori, ceea ce este imposibil în prezent cu suporturile disponibile (masa observatorului INTEGRAL ~4,2 tone). Metoda deschiderii codificate în domeniul spațial a fost aplicată pentru prima dată în 1989 de telescopul francez SIGMA la bordul observatorului spațial rusesc Granat .

Nave spațiale

După anularea de către Rusia în 2002 a programului Spektr-RG (în versiunea originală „grea”), în care laboratoarele europene și americane au cheltuit peste 300 de milioane de dolari SUA, Roscosmos și-a asumat obligațiile de a livra observatorul pe orbită [9] [ 10] .

INTEGRAL a fost lansat din Cosmodromul Baikonur în 2002. La lansarea pe orbită, au fost implicate un punct mobil de măsurare din America de Sud și un centru militar de control al misiunii sovietice . Orbita operațională a dispozitivului are o perioadă de 72 de ore și are o excentricitate mare cu un perigeu de 10.000 km, în cadrul centurii de radiații magnetosferice . Cu toate acestea, cea mai mare parte a fiecărei orbite trece în afara acestei regiuni, unde se pot face observații științifice. Ei ating cea mai mare distanță de Pământ ( apogeu ) la 153.000 km. Apogeul are loc în emisfera nordică pentru a scurta timpii de eclipsă și pentru a maximiza timpul de contact cu stațiile terestre din emisfera nordică. Pentru aceasta, orbita sa este sincronizată cu rotația Pământului [11] .

Datorită unei scheme speciale de lansare, observatorul a reușit să economisească o parte neașteptat de mare din combustibil, ceea ce permite dispozitivului să funcționeze fizic pe orbită mai mult de 10-15 ani, iar în acest moment și-a dublat serviciul planificat inițial. viaţă. Din noiembrie 2018, misiunea ei a fost prelungită până la sfârșitul anului 2020, cu o posibilă prelungire până în 2022 [12] .

Nava spațială INTEGRAL este o copie a satelitului XMM-Newton , care a redus semnificativ costurile proiectului. Pentru a controla satelitul, se folosește un motor cu hidrazină , din care 544 kg au fost stocate în 4 rezervoare externe. Bateriile solare nichel-cadmiu au o lungime de 16 metri și oferă o putere de 2,4 kW.

Controlul atitudinii este realizat pe stele de mai mulți senzori solari și mai multe giroscoape.

Producătorul de sateliți este Thales Alenia Space .

Aparate

Observatorul este format din două instrumente principale (IBIS, SPI) și două instrumente auxiliare (JEM-X, OMC).

• IBIS este un telescop cu mască de codare . Intervalul de energie de funcționare este de la 15 keV (radiație cu raze X dure) la 10 MeV (radiație gamma). În intervalul 15-300 k eV , fotonii sunt înregistrați de detectorul ISGRI (Integral Soft Gamma-Ray Imager) pe un set de elemente cadmiu - telururi ; în intervalul de 300 keV - 10 MeV - în principal prin detectorul PICsIT (Pixellated Ces-Iodude Telescope) pe elemente de cesiu - iod . Detectoarele telescopului au o suprafață totală de aproximativ 2500 cm², din care jumătate este eclipsată de masca de codificare. Rezoluția unghiulară este de 12 minute de arc, dar prin măturarea semnalului este posibil să-l îmbunătățiți la 1 minut de arc și mai mult, până la 30 de secunde de arc [7] . O mască din plăci dreptunghiulare de tungsten de 95 x 95 se află la 3,2 metri deasupra detectoarelor. Sistemul detector este format din 128 x 128 de celule ale detectorului de telură de cadmiu ISGRI, sub care se află un strat de 64 x 64 de celule ale detectorului de iodură de cesiu PICsIT. ISGRI este sensibil până la 1 MeV, în timp ce sensibilitatea PICsIT se extinde până la 10 MeV.
• SPI este un spectrometru cu germaniu , constând din 19 detectoare separate, care utilizează, de asemenea, o mască de codificare a plăcilor de tungsten hexagonale. Gama de energie de operare de la 20 keV la 8 MeV [7] . Detectoarele cu germaniu sunt răcite la o temperatură de aproximativ 80-90 K, ceea ce face posibilă obținerea unei rezoluții energetice fără precedent de 2 keV la o energie de 1 MeV. Ambele sisteme de detectare (IBIS și SPI) trebuie să fie ecranate pentru a reduce radiația de fond. Plăcile de tungsten ale măștii de codare sunt ecranate cu un strat de plastic scintilator , care absoarbe radiația secundară cauzată de impactul particulelor de mare energie asupra tungstenului. Detectoarele au fost protejate cu plăci de plumb și cristale de germanat de bismut (BGO). Câmpul optic este de 8° și rezoluția este de 2° [13] .
• Dispozitivele auxiliare JEM-X și OMC (Optical Monitor Camera) sunt concepute pentru a studia obiecte în raze X convenționale - 335 keV (JEM-X) și optice și ultraviolete (OMC) (lungime de undă 500-580 nm). OMC este capabil să înregistreze obiecte cu magnitudinea de până la 18,2 cu o expunere de 1000 de secunde [7] . Pe lângă extinderea acoperirii spectrale, imaginea este mai clară datorită lungimii de undă mai scurte. Detectoarele sunt scintilatoare gazoase (xenon și metan). Acestea sunt în principal instrumente de sprijin care pot înregistra și activitatea și starea unora dintre obiectele mai strălucitoare.
• Ultimul instrument este IREM (INTEGRAL Radiation Environment Monitor), care este responsabil de monitorizarea nivelului de fond orbital și este folosit și pentru calibrarea datelor. IREM este sensibil la electroni și protoni (le înregistrează independent) din centura de radiații a Pământului, precum și la razele cosmice. Dacă nivelul de fundal este prea ridicat, IREM poate opri instrumentele științifice pentru a le proteja.

Detectoarele cu deschidere codificată au fost dezvoltate sub conducerea Universității din Valencia , Spania.

Rezultate principale

Observatorul INTEGRAL continuă să funcționeze cu succes pe orbită. Printre principalele rezultate ale observatorului trebuie remarcate:

• Cartografierea regiunii Centrului Galaxiei în intervalul de raze X dure cu o sensibilitate foarte mare.
• Descoperirea unui întreg set de surse de raze X galactice dure ascunse de absorbția prafului în alte intervale de energie (de exemplu, raze X standard 1-10 keV sau optice)
• Descoperirea unei noi componente dure de raze X în radiația așa-numitelor pulsari și magnetare de raze X anomale . Originea acestei componente nu este complet clară.
• Măsurare de înaltă precizie a formei spectrului de radiații de anihilare a pozitronilor. Astfel, oamenii de știință au reușit să determine că aproximativ jumătate din antimateria produsă în Galaxie se datorează găurilor negre sau stelelor neutronice care rup materie din satelitul lor cu o masă mai mică sau egală cu masa Soarelui [14] .
• Radiația de pe creasta Galaxiei la energii de peste 20 keV a fost măsurată pentru prima dată. Se arată că până la energii de 50–60 keV este produs de radiația totală a unui număr mare de pitice albe care se acreează .
• Au fost efectuate calcule ale surselor de radiații cu raze X dure pe tot cerul. Pe baza rezultatelor acestor calcule, au fost măsurate caracteristicile statistice ale surselor galactice și extragalactice din Universul apropiat.
• Descoperirea unui nou tip de quasar (așa-numitul „quasar de fier”).
• Descoperirea unei noi categorii de stele binare cu raze X masive , care, datorită observatoarelor de la sol, au fost identificate ca obiecte compacte pe orbită în jurul stelelor supergigant [15] .
• Identificarea a 700 de noi surse de raze gamma, inclusiv o categorie de pulsari capabile să genereze câmpuri magnetice de un miliard de ori mai puternice decât cele create în laboratoarele de pe Pământ.
• A fost întocmit un catalog al găurilor negre descoperite, care ar trebui să permită estimarea numărului acestora în Univers.
• INTEGRAL a făcut posibilă stabilirea faptului că gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre are o activitate foarte scăzută [16] .
• Observatorul spațial servește ca sistem de avertizare pentru apariția unor explozii rapide de raze gamma care durează de la câteva secunde la câteva minute prin utilizarea indirectă a instrumentelor sale. În același timp, vă permite să indicați rapid coordonatele altor instrumente mai eficiente la sursa acestui fenomen trecător. Astfel, datorită INTEGRAL-ului, oamenii de știință pot detecta o sursă de explozie de raze gamma situată la o distanță scurtă (deci, în trecutul recent) și o putere mult mai mică, ceea ce este important pentru identificarea acesteia [17] .
• A fost elaborată o hartă a distribuției aluminiului-26 , ceea ce face posibilă clarificarea cunoștințelor despre procesul de nucleosinteză a acestui atom. Lucrările continuă la cartografierea distribuției titanului-44 [18] .

Vezi și

• Lista navelor spațiale cu detectoare de raze X și gamma la bord

Note

1. ↑ Astrophysique nucleare . irfu.cea.fr. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020. (nedefinit)
2. ↑ Sur la piste des supernovae manquantes . irfu.cea.fr. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020. (nedefinit)
3. ↑ à la recherche des sites de nucléosynthèse froide . irfu.cea.fr. Preluat la 4 februarie 2020. Arhivat din original la 25 decembrie 2021. (nedefinit)
4. ↑ Novae et supernovae . irfu.cea.fr. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020. (nedefinit)
5. ↑ Supernovae gravitationnelles . irfu.cea.fr. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020. (nedefinit)
6. ↑ 1 2 3 ESA Știință și Tehnologie - Obiective . sci.esa.int. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020. (nedefinit)
7. ↑ 1 2 3 4 Roman Krivonos. INTEGRAL . Departamentul de Astrofizică a Energiei Înalte. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020. (Rusă)
8. ↑ BJ Teegarden, SJ Sturner. INTEGRAL Observații ale exploziilor Gamma-Ray   // HEAD . — 1999-04. — p. 17.01 . Arhivat din original pe 4 februarie 2020.
9. ↑ Dezvoltarea Spektr-R . www.russianspaceweb.com. Consultat la 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 21 februarie 2020. (nedefinit)
10. ↑ Istoricul proiectului Spektr . www.russianspaceweb.com. Consultat la 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 19 februarie 2020. (nedefinit)
11. ↑ Privire de ansamblu integrală  . www.esa.int. Preluat la 4 februarie 2020. Arhivat din original la 19 octombrie 2012.
12. ↑ ESA Science & Technology - Durată de viață extinsă pentru misiunile științifice ale ESA . sci.esa.int. Preluat la 4 februarie 2020. Arhivat din original la 3 iunie 2020. (nedefinit)
13. ↑ Mască codată SPI . Laboratorul de procesare a imaginilor . Preluat la 10 mai 2022. Arhivat din original la 31 martie 2022. (nedefinit)
14. ↑ Raie d'annihilation positron/électron à 511 keV  (fr.) . Integral. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020.
15. ↑ Identification des sources de haute energie  (franceză) . Integral. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020.
16. ↑ Cartes des sources gamma individuelles et mesure du fond cosmique X  (fr.) . Integral. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020.
17. ↑ Sursauts gamma  (fr.) . Integral. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020.
18. ↑ La Nucleosynthese  (franceză) . Integral. Extras 4 februarie 2020. Arhivat din original pe 4 februarie 2020.

Link -uri

• Site-ul oficial al observatorului (link inaccesibil) . Consultat la 5 noiembrie 2008. Arhivat din original pe 8 noiembrie 2008. (nedefinit) 
• Catalog all-sky obținut folosind datele observatoarelor de la Institutul de Cercetare Spațială al Academiei Ruse de Științe
• Centrul Rus de Date Științifice al proiectului INTEGRAL
• Observatorul INTEGRAL - 10 ani pe orbită (20-11-2012)

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	LCCN : n2002012007 VIAF : 267710829 World Cat VIAF : 267710829