Een NASA-astronomiesatelliet die op 9 december vanuit het Kennedy Space Center op een SpaceX-raket werd gelanceerd, is begonnen met het observeren van het röntgenuniversum en is begonnen aan een missie om de aard van zwarte gaten en de superdichte skeletten te bestuderen die zijn achtergelaten door ontplofte sterren.
De Imaging X-ray Polarimetry Explorer, of IXPE, missie werd op 9 december gelanceerd aan boord van een SpaceX Falcon 9-raket, die de satelliet naar een unieke equatoriale baan op een hoogte van ongeveer 373 mijl (600 kilometer) bracht.
Nadat het zich had losgemaakt van de Falcon 9-draagraket, ontvouwde het 727-pond (330-kilogram) IXPE-ruimtevaartuig zijn zonnepanelen en voer het door een reeks tests. Op 15 december, minder dan een week na de lancering, breidde IXPE een origami-achtige giek uit die de drie röntgentelescopen van de satelliet vasthield, waardoor de satelliet een lengte van ongeveer 17 meter kreeg van begin tot eind.
De uitschuifbare giek heeft de juiste lengte om de spiegels van de telescopen in staat te stellen het röntgenlicht terug te focussen op detectoren in het hoofdgedeelte van het ruimtevaartuig, waardoor de IXPE-satelliet de mogelijkheid heeft om hoogenergetische golven te registreren die worden uitgezonden door zwarte gaten, neutronensterren en Röntgenbronnen die onzichtbaar zijn voor telescopen die zijn afgestemd om op andere golflengten waar te nemen.
"De inbedrijfstelling is met succes voltooid", zegt Martin Weisskopf, hoofdonderzoeker van IXPE van NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. “De twee meest zenuwslopende elementen van de inbedrijfstelling waren de plaatsing van de zonnepanelen en de plaatsing van de giek.”
Met de verlenging van de giek voltooid, brachten grondteams volgens NASA ongeveer drie weken door met het controleren van de manoeuvreer- en richtmogelijkheden van het observatorium en het uitlijnen van de telescopen.
"Alle functies van het ruimtevaartuig zijn geactiveerd en geverifieerd tijdens de inbedrijfstelling", zei Weisskopf tijdens een persconferentie van 10 januari tijdens een bijeenkomst van de American Astronomical Society.
IXPE is een van de vele röntgenastronomiemissies in NASA's portfolio, maar het is de eerste die is afgestemd om het polarisatiesignaal van röntgenlicht te meten. Eerdere telescopen, die in de ruimte moeten zijn om kosmische röntgenstraling te detecteren, hebben röntgenbronnen in hoge hoekresolutie afgebeeld, hun spectroscopie of chemische vingerafdrukken gemeten en de tijdsvariatie van röntgensignalen bestudeerd.
"Door deze missie te doen, voegen we twee variabelen toe aan de astrofysica-toolkit om deze bronnen te begrijpen", zei Weisskopf vóór de lancering van IXPE. "Dat is de mate van polarisatie en de richting die bij polarisatie hoort."
De polarisatie van röntgenlicht is een meting van de richting van zijn elektromagnetische veld, een veelbetekenend signaal dat astrofysici kan informeren over de extreme omgevingen rond zwarte gaten en superzware objecten, waaronder het superzware zwarte gat in het centrum van het Melkwegstelsel.
Weisskopf zei op 10 januari dat de detectoren van IXPE, de eerste die zijn ontworpen om röntgenpolarisatie vanuit de ruimte te meten, heldere kalibratiebronnen met bekende eigenschappen hebben waargenomen om grondteams te helpen de uitlijning van de telescopen van de missies te verfijnen.
De drie identieke telescopen van IXPE kunnen de energie, positie, aankomsttijd en polarisatie meten van elk röntgenfoton dat ze verzamelen.
Tevreden dat de IXPE-missie klaar is voor zijn wetenschappelijke campagne, gaven NASA-managers groen licht voor het ruimtevaartuig om de eerste van zijn reguliere astronomische observaties op 11 januari te beginnen.
Het eerste doel van IXPE heet Cassiopeia A, of Cas A, een gigantische puinwolk rond een superdichte neutronenster op ongeveer 11,000 lichtjaar afstand. Cassiopeia A ontstond ongeveer 350 jaar geleden, toen een ster die naar schatting vijf keer zwaarder was dan de zon, explodeerde in een gewelddadige supernova.
De explosie stuurde materie uit het binnenste van de ster de ruimte in alle richtingen in met bijna de lichtsnelheid, waarbij de ingestorte kern van de ster, een neutronenster, achterbleef. De waarnemingen van IXPE zullen inzicht geven in het magnetische veld rond de neutronenster.
Het observatorium zal Cassiopeia A ongeveer drie weken observeren. Het is de eerste van 33 geplande wetenschappelijke doelen die zijn geselecteerd voor het eerste jaar van de missie van IXPE, zei Weisskopf.
Missieplanners hebben ook observatietijd gereserveerd voor IXPE om zijn telescopen te richten op 'kansdoelen', zoals functies of objecten die plotseling oplichten aan de hemel, zei Weisskopf. "Dus als er iets interessants opduikt, kunnen we ernaar gaan kijken."
Het vluchtplan heeft tijd voor observaties van ongeveer 40 doelen in het eerste jaar van IXPE. IXPE zal zijn telescopen dagen of weken achter elkaar op elk doelwit richten en lange röntgenopnamen verzamelen zodat wetenschappers gepolariseerde signalen van achtergrondruis kunnen onderscheiden.
NASA financiert IXPE voor een primaire missie van twee jaar, die volgens het bureau 214 miljoen dollar oplevert, inclusief ontwikkeling, lancering en operaties. Het ruimtevaartuig heeft geen raketbrandstof nodig voor richt- of baanmanoeuvres.
IXPE is een samenwerking tussen NASA en het Italiaanse ruimteagentschap, dat de röntgendetectoren van de missie en een grondstation Kenia heeft geleverd om wetenschappelijke gegevens van de satelliet te ontvangen wanneer deze overvliegt.
Volgens Weisskopf kan röntgenpolarisatie wetenschappers vertellen over de spin van een zwart gat. Uit theoretische berekeningen blijkt dat de polarisatiegraad van een röntgensignaal varieert met de energie van het magnetische veld aan de bron.
"Zwarte gaten hebben niet veel eigenschappen, maar een ervan is spin", zei hij. "Dus dit is een zeer fascinerend gebruik van de polarimetrie om iets te bepalen over de aard van de bron, en dat verhaal geldt in veel andere gevallen."
Andere doelen voor IXPE zijn het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg, bekend als Sagittarius A*. De metingen van IXPE kunnen bevestigen of het zwarte gat slechts een paar honderd jaar geleden veel helderder was, zoals sommige wetenschappers denken.
IXPE zal ook kijken naar verder verwijderde doelen, zoals blazers in de centra van andere sterrenstelsels. Blazars hebben krachtige stralen van straling die toevallig direct op de aarde zijn gericht.
De missie zal ook de polarisatie bestuderen van röntgenstraling afkomstig van magnetars, die de sterkste magnetische velden van alle sterren hebben, zo'n duizend biljoen keer intenser dan het magnetische veld van de aarde.
E-mail de auteur.
Volg Stephen Clark op Twitter: @ StephenClark1.
