Un telescopio espacial completamente nuevo revelará una vista oculta del universo, lo que podría cambiar nuestra comprensión de los agujeros negros, las supernovas e incluso la naturaleza del propio universo.
No no Esta.
Este mes se está prestando mucha atención al telescopio espacial James Webb, de la NASA y la Agencia Espacial Europea, cuyo lanzamiento está programado para el 22 de diciembre. Pero un grupo más exclusivo de astrónomos observó con entusiasmo el jueves durante un viaje al espacio desde el observatorio más pequeño, pero también transformador.
La NASA lanzó la misión Explorer’s X-ray Polarimetry, o IXPE, en un cohete SpaceX Falcon 9 desde el Centro Espacial Kennedy en Florida a la 1 a.m.EDT. El costo de la nave espacial es solo $ 188 millones Comparado con el enorme presupuesto de James Webb $ 9,7 mil millones, se espera que demuestre una nueva forma de astronomía. Obtendrá, por primera vez, imágenes de polarimetría de rayos X en órbita, una tecnología que puede ofrecer a los astrónomos conocimientos que ningún otro telescopio puede igualar.
“Nos da información sobre algunas de las cosas más inusuales y emocionantes en el espacio”, dijo Thomas Zurbuchen, administrador asociado de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA.
IXPE (pronunciado “ix-pee” por el equipo de la misión) se puso en órbita a 340 millas sobre la Tierra después del lanzamiento. El telescopio pasará varias semanas allí para desplegar sus instrumentos científicos y probar su equipo, luego comenzará su misión de dos años.
Los rayos X son una forma útil de observar el universo. Emitidos por objetos altamente energéticos, permiten a los astrónomos sondear eventos (chorros sobrecalentados cerca de agujeros negros o explosiones de estrellas, por ejemplo) de una manera que otras longitudes de onda, como la luz visible, no pueden. Pero los rayos X solo se pueden estudiar desde el espacio porque son absorbidos principalmente por la atmósfera de la Tierra.
Se han puesto en órbita una variedad de instrumentos y telescopios espaciales de rayos X dedicados, en particular el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y los observatorios XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, que se lanzaron en 1999. Con naves espaciales como esta, los científicos han revelado que lugares de nacimiento de estrellas dentro de nebulosas gaseosas y mapeó la propagación de la materia oscura en grupos de galaxias, entre otros trabajos pioneros.
los El uso de polarimetría de rayos X en la obtención de imágenes distingue a IXPE de sus predecesores. Si alguna vez usó un par de gafas de sol polarizadas, es posible que sepa que usan ranuras delgadas para bloquear la luz horizontal, pero al girarlas hacia los lados se bloquea la luz vertical. El mismo principio se utiliza en polarimetría de rayos X. Tecnología Permitirá a los astrónomos monitorear la dirección del movimiento de onda de las partículas de rayos X a medida que llegan, para detectar la dirección de los campos eléctricos y magnéticos entrantes. Armados con estos datos, los astrónomos pueden recopilar más información de los rayos X emitidos por fenómenos astrofísicos.
En lugar de simplemente observar rayos X con un solo instrumento, la nave espacial es en realidad tres telescopios separados, cada uno de los cuales consta de 24 espejos concéntricos, al final de un brazo de 13 pies de largo, que se extenderá a lo largo de la primera semana del telescopio en el espacio.
Con la llegada de las radiografías, serán Enfocado por cada telescopio En tres detectores al final del boom. Cada detector contiene una capa de helio con un diámetro de 10 mm y un gas llamado dimetiléter o DME. Esto revelará la polarización de los rayos X, que harán trayectorias de gas cuando colisionen.
“Estos detectores proporcionarán una imagen de la polarización”, dijo Elisabetta Cavazzotti, directora de programas de la Agencia Espacial Italiana, que diseñó los detectores.
Ha habido varios intentos de realizar polarimetría de rayos X en el espacio antes, dijo Martin Weisskov, investigador principal de la misión en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA. En 1971, el Dr. Weisskopf participó en una exitosa misión experimental que realizó breves observaciones de la polarización de rayos X de la Nebulosa del Cangrejo en nuestra galaxia utilizando un cohete sonoro, que sube y baja pero no entra en órbita. Según el Dr. Weiskopf, un intento posterior de lanzar un polarómetro más avanzado a bordo de la nave espacial soviética Spectrum-X en la década de 1990 fue detenido por el colapso de la Unión Soviética.
“Hemos estado esperando mucho tiempo para tener el trabajo del medidor de polarización”, dijo.
Su paciencia y la de otros investigadores dieron sus frutos en 2017, cuando la NASA IXPE seleccionado Como parte del Programa de Jóvenes Exploradores.
En los dos años posteriores a su lanzamiento, la nave espacial IXPE observará más de 100 objetivos cósmicos, incluidos agujeros negros, supernovas y estrellas exóticas.
Uno de los objetivos del telescopio es observar la rotación de agujeros negros relativamente pequeños, que tienen una masa aproximadamente 10 veces la masa de nuestro sol. La polarimetría de rayos X podrá explorar los efectos relativistas que ocurren cerca de estos agujeros negros, ya que se espera que el ángulo de polarización de los fotones de rayos X escapados cambie a medida que viajan a través del espacio-tiempo severamente distorsionado causado por el giro del agujero negro.
“Por primera vez podemos intentar medir estas distorsiones”, dijo Adam Ingram, profesor de astrofísica en la Universidad de Newcastle en Inglaterra.
IXPE también examinará las estrellas de neutrones, los núcleos restantes que dejaron las estrellas gigantes después de que colapsaron. Los científicos están particularmente interesados en púlsares, que orbitan rápidamente alrededor de estrellas de neutrones, y magnetares, que son estrellas altamente magnetizadas.
Al centrarse en los magnetares, los investigadores esperan ver cuán estrictas son las leyes de la física. IXPE podrá investigar un efecto llamado cerca de estas estrellas. Electrodinámica cuántica, o QED, ya que los campos magnéticos extremadamente fuertes deben causar un alto nivel de polarización en las partículas de rayos X emitidas.
“QED es la base de nuestra comprensión de la física”, dijo Ilaria Caiso, investigadora del Instituto de Tecnología de California. “Si descubrimos que esto no es cierto, revolucionará todo. Espero que confirmemos este efecto”.
En otros lugares, IXPE puede contarnos más sobre los momentos posteriores a la explosión de una estrella, una supernova. Los datos de la nave espacial revelarán cómo el material expulsado de una supernova interactúa con el medio interestelar circundante a medida que se precipita hacia él a velocidades extremas, creando una onda de choque en el frente. Los electrones pueden luego pasar de un lado a otro a través del frente del choque, un proceso conocido como aceleración del choque difusivo.
“Es un proceso muy importante en astronomía, pero no comprendemos completamente los detalles”, dijo el Dr. Ingram. “Se cree que la razón detrás del brillo de los restos de supernova”.
Se espera que la misión principal de IXPE dure dos años. Si la NASA extiende la misión, dijo el Dr. Weiskopf, la nave espacial podría durar casi dos décadas. Con más tiempo, los astrónomos pueden estudiar otros objetivos, como Sagitario A *, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Al buscar reflejos de rayos X en las nubes de gas cerca del agujero negro, pueden buscar evidencia de un aumento de la actividad del arco A * en los últimos siglos.
“Las nubes no serían tan brillantes como parecen a menos que el agujero negro sea unos cientos de años más brillante”, dijo el Dr. Weisskopf. “Puede calcular cuánto tardan los rayos X en llegar a la nube y rebotar hacia nosotros. Es un experimento muy difícil”.
En comparación con los súper telescopios como James Webb, el IXPE puede ser relativamente modesto. Pero destaca la amplitud de la astronomía que los científicos están haciendo ahora y las nuevas formas en que se utilizan máquinas avanzadas para explorar nuestro universo.
Polarimetría de rayos X, una vez que se abre una ventana cerrada al universo, y con ella, se descubrirán una gran cantidad de secretos ocultos.
“Es realmente una nueva forma de mirar el cielo”, dijo el Dr. Zurbuchen.
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