" "

China onthult plannen voor röntgensatellieten om de meest gewelddadige uithoeken van het universum te onderzoeken

De verbeterde X-Ray Timing en Polarimetry-missie, gepland voor lancering rond 2025, zou röntgenfoto's van gewelddadige, snel veranderende kosmische gebeurtenissen onderzoeken.

INSTITUUT VOOR HOGE ENERGIEFYSICA

China onthult plannen voor röntgensatellieten om de meest gewelddadige uithoeken van het universum te onderzoeken

Door Dennis NormileMar. 7, 2018, 15:00

China verhoogt de inzet in zijn poging om een ​​belangrijke speler in de ruimtewetenschap te worden. Tijdens een startbijeenkomst in Beijing vorige week, begon het National Space Science Center van China, onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), gedetailleerde ontwerpstudies voor een satelliet die een reeks baanplatforms zou afronden voor het onderzoeken van röntgenfoto's van de meest gewelddadige uithoeken van de kosmos.

De verbeterde X-Ray Timing en Polarimetry (eXTP) -missie zou China's meest ambitieuze satelliet voor ruimtewetenschap ooit zijn en het duurste, met een geschat prijskaartje van $ 473 miljoen. Om dit voor elkaar te krijgen, werkt China samen met meer dan 200 wetenschappers tot nu toe uit tientallen instellingen in 20 landen. Als de eXTP-missie volgend jaar een laatste evaluatie doorstaat, zou deze rond 2025 van start gaan.

Chinese wetenschappers 'worden leiders op het gebied van x-ray astrofysica', zegt Andrea Santangelo, een astrofysicus aan de Universiteit van T bingen in Duitsland en eXTP's internationale coördinator. Vorig jaar lanceerde het National Space Science Center de Hard X-ray Modulation Telescope, die objecten met een hoge energie waarneemt, zoals zwarte gaten en neutronensterren. Al in 2021 wordt het vergezeld door de Einstein-sonde, een breedveld-röntgensensor voor tijdelijke verschijnselen zoals gammastraaluitbarstingen en de titanische botsingen van neutronensterren of zwarte gaten die zwaartekrachtsgolven genereren. "We gebruiken al jaren gegevens van Amerikaanse en Europese missies", zegt eXTP-projectmanager Lu Fangjun, een astrofysicus bij het CAS Institute of High Energy Physics in Beijing. Nu zegt hij: "We willen [observatiegegevens] bijdragen aan de internationale gemeenschap."

De eXTP-missie zou een unieke niche in de röntgenastronomie vullen. Twee baanbrekende röntgentelescopen die in 1999 werden gelanceerd, NASA's Chandra X-ray Observatory en Europa's XMM-Newton, vangen röntgenfoto's van het verre universum en verzamelen aanwijzingen voor de vorming en evolutie van sterren en sterrenstelsels. eXTP zal neutronensterren en zwarte gaten dichter bij huis onderzoeken en controleren hoe zij en hun omgevingen op korte tijdschalen veranderen. "Het doel is om fundamentele fysica te bestuderen in de meest extreme omstandigheden in termen van dichtheid van materie, magnetische velden en zwaartekracht die je niet kunt reproduceren in laboratoria, " zegt Santangelo.

eXTP zou in staat zijn om meer fotonen te verzamelen met een groter bereik van energieën dan eerdere telescopen. Drie van zijn instrumenten zouden tegelijkertijd energiespectra en polarisatie van röntgenstralen uit kosmische bronnen meten en volgen hoe emissies over microseconden naar milliseconden veranderen terwijl objecten pulseren of roteren. "Deze krachtige lading is absoluut uniek", zegt Santangelo. Paul Ray van het US Naval Research Laboratory in Washington, DC, hoofdonderzoeker van een soortgelijke voorgestelde missie genaamd STROBE-X, zegt: recente ontwikkelingen in röntgendetectortechnologieën in vaste toestand zijn opgenomen in verschillende missieconcepten, waaronder STROBE-X en eXTP. Deze nieuwe instrumenten zullen van cruciaal belang zijn in het tijdperk van tijddomeinastronomie.

Dergelijke gegevens zouden aanwijzingen kunnen geven over hoe materie zich gedraagt ​​wanneer deze wordt gecomprimeerd tot de extreme dichtheden waarvan wordt gedacht dat ze bestaan ​​in de kernen van neutronensterren, en kunnen onthullen of de sterren echt zijn gemaakt van neutronen of dat de deeltjes zijn uiteengevallen in hun samenstellende quarks of andere exotische staten . eXTP kan ook meten hoe materie zich gedraagt ​​in de sterke zwaartekracht in de buurt van zwarte gaten. De algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, die de zwaartekracht beschrijft, doet voorspellingen, maar deze zijn nooit getest onder zulke extreme omstandigheden. En de reeks instrumenten van eXTP zou bewijs zoeken om voorspellingen te ondersteunen over hoe licht en materie op elkaar inwerken in de krachtige magnetische velden die geassocieerd zijn met bepaalde neutronensterren.

De eXTP Wide Field Monitor zou in de tussentijd een grote strook lucht observeren voor flitsen van röntgenstralen van voorbijgaande gebeurtenissen, bijvoorbeeld van samenvoegende zwarte gaten en neutronensterren. Andere eXTP-instrumenten, evenals zichtbaar licht en zwaartekrachtgolfobservatoria op de grond, zouden dan hun zicht kunnen trainen op het object van interesse.

Europa en China hadden elk overwogen om het alleen te doen op een röntgensatelliet van de volgende generatie voordat ze opteerden voor een team. Een Europees consortium heeft toegezegd om twee van de vier wetenschappelijke instrumenten van de satelliet te bouwen. En Europese en Chinese wetenschappers zullen elektronica en detectoren voor elkaars instrumenten leveren. Europa zou meer hardware of zelfs financiering kunnen opsporen als de European Space Agency (ESA) aan het project deelneemt, dat Santangelo "wenselijk en waarschijnlijk" noemt.

eXTP zal "een vlaggenschipmissie voor astrofysica" zijn totdat andere observatoria online komen, zegt Santangelo. Deze omvatten ESA's geavanceerde telescoop voor hoogenergetische astrofysica, die, indien definitief goedgekeurd, rond 2028 zou kunnen worden gelanceerd.

Ray en zijn collega's werken aan een wetenschapscasus en -ontwerp voor STROBE-X, dat vervolgens zal worden beoordeeld door de decadale enquête voor astrofysica in 2020. Het heeft vergelijkbare doelen als eXTP, maar kan tot twee keer het budget hebben. "eXTP krijgt goede schattingen van de stralen van enkele neutronensterren, maar voor het in kaart brengen van de parameterruimte die de natuur biedt, is STROBE-X vereist", zegt teamlid Thomas Maccarone van de Texas Tech University in Llubbock. Een handvol Amerikaanse wetenschappers helpen bij het definiëren van de wetenschappelijke doelstellingen van eXTP en zullen waarschijnlijk gegevens analyseren, die Lu naar verwachting openlijk zal delen.

Met rapportage door Daniel Clery.