Kaip veikia rentgeno astronomija

M51 Chandra vaizde yra beveik milijonas sekundžių stebėjimo laiko. Rentgeno spinduliai: NASA/CXC/Wesleyan Univ./R.Kilgard ir kt.; Optinis: NASA/STScI

Ten yra paslėpta visata – tokia, kuri spinduliuoja šviesos bangų ilgiais, kurių žmonės negali pajusti. Vienas iš šių spinduliuotės tipų yrarentgeno spektras. Rentgeno spindulius skleidžia objektai ir procesai, kurie yra labai karšti ir energingi, pvz., perkaitintos medžiagos srovės arti Juodosios skylės ir milžiniškos žvaigždės, vadinamos supernova, sprogimas . Mūsų Saulė skleidžia rentgeno spindulius, kaip ir arčiau namų kometos, kai jos susiduria su saulės vėju . Rentgeno astronomijos mokslas tiria šiuos objektus ir procesus ir padeda astronomams suprasti, kas vyksta kitur kosmose.

Rentgeno visata

Labai šviečiantis objektas, vadinamas pulsaru, skleidžia neįtikėtiną energiją rentgeno spinduliuotės pavidalu galaktikoje M82. Du rentgeno spinduliams jautrūs teleskopai, vadinami Chandra ir NuSTAR, sutelkė dėmesį į šį objektą, kad išmatuotų pulsaro, kuris yra greitai besisukančios supermasyvios žvaigždės, kuri sprogo kaip supernova, energiją. Chandros duomenys rodomi mėlyna spalva; NuSTAR duomenys rodomi purpurine spalva. Galaktikos fono vaizdas buvo paimtas iš žemės Čilėje. Rentgeno spinduliai: NASA/CXC/Univ. Toulouse/M.Bachetti ir kt., Optinis: NOAO/AURA/NSF

Rentgeno spindulių šaltiniai yra išsibarstę po visą visatą. Karšta žvaigždžių išorinė atmosfera yra nuostabūs rentgeno spindulių šaltiniai, ypač kai jos plinta (kaip daro mūsų Saulė). Rentgeno spindulių blyksniai yra neįtikėtinai energingi ir juose yra užuominų apie magnetinį aktyvumą žvaigždės paviršiuje ir aplink jį bei apatinėje atmosferoje. Tuose blyksneliuose esanti energija astronomams taip pat kai ką pasakoja apie žvaigždės evoliucinį aktyvumą. Jaunos žvaigždės taip pat yra užsiėmusios rentgeno spindulių skleidėjais, nes ankstyvosiose stadijose yra daug aktyvesnės.

Kai žvaigždės miršta, ypač pačios masyviausios, jos sprogsta kaip supernovos. Tie katastrofiški įvykiai skleidžia didžiulius rentgeno spinduliuotės kiekius, kurie suteikia užuominų apie sunkius elementus, susidarančius per sprogimą. Šis procesas sukuria tokius elementus kaip auksas ir uranas. Masyviausios žvaigždės gali subyrėti ir tapti neutroninėmis žvaigždėmis (kurios taip pat skleidžia rentgeno spindulius) ir juodosiomis skylėmis.

Rentgeno spinduliai, skleidžiami iš juodųjų skylių regionų, kyla ne iš pačių singuliarumų. Vietoj to, medžiaga, kurią surenka juodosios skylės spinduliuotė, sudaro „akrecijos diską“, kuris lėtai sukasi medžiagą į juodąją skylę. Jai besisukant susidaro magnetiniai laukai, kurie šildo medžiagą. Kartais medžiaga išbėga purkštuko pavidalu, kurį nukreipia magnetiniai laukai. Juodųjų skylių purkštukai taip pat skleidžia didelius rentgeno spindulius, kaip ir supermasyvios juodosios skylės galaktikų centruose.

Galaktikos klasteriai dažnai turi perkaitintų dujų debesis atskirose galaktikose ir aplink juos. Jei jie pakankamai įkaista, tie debesys gali skleisti rentgeno spindulius. Astronomai stebi tuos regionus, kad geriau suprastų dujų pasiskirstymą klasteriuose, taip pat įvykius, kurie kaitina debesis.

Rentgeno spindulių aptikimas iš Žemės

Saulė rentgeno spinduliuose, kaip matyti iš NuSTAR observatorijos. Rentgeno spinduliuose aktyvios sritys yra ryškiausios. NASA

Visatos rentgeno stebėjimai ir rentgeno duomenų interpretavimas yra palyginti jauna astronomijos šaka. Kadangi rentgeno spindulius didžiąja dalimi sugeria Žemės atmosfera, mokslininkai galėjo atlikti išsamius rentgeno spinduliuotės „ryškių“ objektų matavimus, kol atmosferoje pavyko pasiųsti skambančias raketas ir prietaisais prikrautus balionus. Pirmosios raketos pakilo 1949 m. V-2 raketoje, paimtoje iš Vokietijos Antrojo pasaulinio karo pabaigoje. Jis aptiko rentgeno spindulius iš Saulės.

Balionu nešiojami matavimai pirmiausia atskleidė tokius objektus kaip Krabo ūko supernovos liekana (1964 m.) . Nuo to laiko buvo atlikta daug tokių skrydžių, tiriant įvairius rentgeno spindulius skleidžiančius objektus ir įvykius visatoje.

Rentgeno spindulių iš kosmoso studijos

Menininko idėja apie Čandros rentgeno observatoriją orbitoje aplink Žemę su vienu iš jos taikinių fone. NASA/CXRO

Geriausias būdas tirti rentgeno objektus ilgą laiką yra naudoti kosminius palydovus. Šiems instrumentams nereikia kovoti su Žemės atmosferos poveikiu ir jie gali susikoncentruoti ties savo taikiniais ilgesnį laiką nei balionai ir raketos. Rentgeno astronomijoje naudojami detektoriai yra sukonfigūruoti taip, kad matuotų rentgeno spinduliuotės energiją skaičiuojant rentgeno fotonų skaičių. Tai suteikia astronomams supratimą apie objekto ar įvykio skleidžiamą energijos kiekį. Į kosmosą buvo išsiųstos mažiausiai keturios dešimtys rentgeno observatorijų, kai buvo išsiųsta pirmoji laisvoje orbitoje skriejanti observatorija, vadinama Einšteino observatorija. Jis buvo paleistas 1978 m.

Tarp žinomiausių rentgeno observatorijų yra Röntgen Satellite (ROSAT, paleistas 1990 m., o eksploatavimas nutrauktas 1999 m.), EXOSAT (Europos kosmoso agentūros paleistas 1983 m., nutrauktas 1986 m.), NASA Rossi X-ray Timing Explorer, Europos XMM-Newton, Japonijos Suzaku palydovas ir Chandra rentgeno observatorija. Chandra, pavadinta Indijos astrofizikas Subrahmanjanas Čandrasekharas , buvo paleistas 1999 m. ir toliau pateikia didelės raiškos rentgeno visatos vaizdus.

Naujos kartos rentgeno teleskopai apima NuSTAR (paleistas 2012 m. ir vis dar veikiantis), Astrosat (paleistas Indijos kosmoso tyrimų organizacijos), Italijos AGILE palydovą (kuris reiškia Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), paleistą 2007 m. Kiti planuoja tęsti astronomijos žvilgsnį į rentgeno kosmosą iš artimos Žemės orbitos.