チャンドラX線観測所

チャンドラX線観測所
チャンドラのイラスト
名前先端X線天体物理学施設（AXAF）
ミッションタイプX線天文学
オペレーターNASA  / SAO  / CXC
コスパーID1999-040B
SATCAT番号25867
Webサイトhttps://chandra.harvard.edu/
ミッション期間計画期間: 5年経過期間: 26年6か月
宇宙船の特性
メーカーTRW株式会社
打ち上げ質量5,860 kg (12,930 ポンド) [ 1 ]
乾燥質量4,790 kg (10,560 ポンド) [ 1 ]
寸法展開時: 13.8 × 19.5 m (45.3 × 64.0 ft) [ 2 ] 収納時: 11.8 × 4.3 m (38.7 × 14.0 ft) [ 1 ]
力2,350ワット[ 2 ]
ミッション開始
発売日1999 年 7 月 23 日、04:30:59.984  UTC [ 3 ] ( 1999-07-23UTC04:30:59 )
ロケットスペースシャトルコロンビア( STS-93 )
発射場ケネディ、LC-39B
軌道パラメータ
参照システム地心説
政権非常に楕円形
半長軸80,795.9 km (50,204.2 マイル)
偏心0.743972
近地点高度14,307.9 km (8,890.5 マイル)
遠地点高度134,527.6 km (83,591.6 マイル)
傾斜76.7156°
期間3809.3分
ラーン305.3107°
近地点引数267.2574°
平均異常0.3010°
平均運動0.3780回転/日
エポック2015 年 9 月 4 日、04:37:54 UTC [ 4 ]
革命No.1358
主望遠鏡
タイプウォルター1型[ 5 ]
直径1.2メートル（3.9フィート）[ 2 ]
焦点距離10.0メートル（32.8フィート）[ 2 ]
収集エリア0.04 m 2 (0.43平方フィート) [ 2 ]
波長X線：0.12～  12nm（0.1～  10keV）[ 6 ]
解決0.5秒角[ 2 ]

チャンドラX線観測衛星（CXO ）は、以前は先進X線天体物理学施設（AXAF）として知られ、 1999年7月23日にNASAによってSTS-93ミッション中にスペースシャトル・コロンビア号に搭載されて打ち上げられたフラッグシップ級宇宙望遠鏡です。チャンドラは、その高い角度分解能により、従来のX線望遠鏡よりも100倍暗いX線源にも感度を持っています。地球の大気はX線の大部分を吸収するため、地上の望遠鏡では検出できません。そのため、これらの観測を行うには宇宙望遠鏡が必要となります。チャンドラは64時間周期で地球を周回する衛星で、2025年現在もミッションが継続されている。チャンドラは、ハッブル宇宙望遠鏡、コンプトンガンマ線観測所（1991年～2000年）、スピッツァー宇宙望遠鏡（2003年～2020年）とともに、偉大な観測所の一つである。この望遠鏡は、ノーベル賞を受賞したインド系アメリカ人の天体物理学者、スブラマニアン・チャンドラセカールにちなんで名付けられた。[ 7 ]そのミッションは、同じく1999年に打ち上げられたESAのXMM-ニュートン宇宙船のミッションと似ているが、2つの望遠鏡の設計焦点は異なっており、チャンドラははるかに高い角度分解能を持ち、XMM-ニュートンはより高い分光スループットを持っている。

米国議会が2024年にNASAへの資金を削減したことを受け、チャンドラ計画は10年以上の運用期間を残しているにもかかわらず、早期中止の危機に瀕している。この中止は、米国におけるX線天文学にとって「絶滅レベル」の潜在的事象とされている。 [ 8 ]天文学者グループは、十分な数のアメリカ国民を動員し、米国議会がチャンドラ計画の早期終了を回避するのに十分な資金を提供するよう説得するための広報プロジェクトを立ち上げた。[ 9 ]

歴史

1976年、リッカルド・ジャコーニとハーヴェイ・タナンバウムがNASAにチャンドラX線観測衛星（当時AXAFと呼ばれていた）を提案した。翌年、マーシャル宇宙飛行センター（MSFC）とスミソニアン天体物理観測所（SAO）で準備作業が開始され、現在この望遠鏡はNASAのためにハーバード・スミソニアン天体物理学センター内のチャンドラX線センターで運用されている[ 10 ]。その間の1978年、NASAは世界初の撮像X線望遠鏡、アインシュタイン（HEAO-2）を軌道上に打ち上げた。AXAFプロジェクトの作業は1980年代から1990年代にかけて続けられた。1992年、コスト削減のため宇宙船の再設計が行われ、計画されていた12枚の鏡のうち4枚と、6つの科学機器のうち2枚が削除された。 AXAFの計画軌道は楕円軌道に変更され、月の最遠点の3分の1まで到達することになった。これによりスペースシャトルによる改修や修理の可能性はなくなったが、AXAFは軌道の大部分において地球の放射線帯の上空に位置することとなった。AXAFは、カリフォルニア州レドンドビーチにあるTRW社（現ノースロップ・グラマン・エアロスペース・システムズ社）によって組み立てられ、試験された。

スペースシャトルコロンビア、STS-93は1999年に打ち上げられました。

AXAFは、1998年にNASAが開催したコンテスト（世界中から6,000件以上の応募があった）の一環としてチャンドラに改名されました。[ 11 ]コンテスト優勝者のジャティラ・ファン・デル・ヴィーン氏とタイレル・ジョンソン氏（当時は高校教師と高校生）は、ノーベル賞を受賞したインド系アメリカ人天体物理学者スブラマニアン・チャンドラセカール氏に敬意を表してこの名前を提案しました。彼は白色矮星の最大質量を決定する研究で知られ、中性子星やブラックホールなどの高エネルギー天文現象の理解を深めました。[ 7 ]チャンドラという名前はサンスクリット語で「月」を意味します。[ 12 ]

当初1998年12月に打ち上げられる予定だったが[ 11 ] 、数ヶ月遅れ、最終的には1999年7月23日午前4時31分（UTC）、スペースシャトル・コロンビア号によってSTS-93で打ち上げられた。チャンドラはキャディ・コールマン[ 13 ]によってコロンビア号から午前11時47分（UTC）に展開された。慣性上段の第1段モーターは午前12時48分（UTC）、点火され、125秒間燃焼して分離された後、第2段は午前12時51分（UTC）、点火され、117秒間燃焼した。[ 14 ] 22,753キログラム（50,162ポンド）で[ 1 ] 、シャトルで打ち上げられたペイロードとしては史上最大となり、宇宙船を高軌道に運ぶために2段式の慣性上段ブースターロケットシステムが必要となった。

チャンドラは打ち上げの翌月からデータを送信し続けています。マサチューセッツ州ケンブリッジにあるチャンドラX線センターのSAO（宇宙科学観測局）が、 MITとノースロップ・グラマン・スペース・テクノロジーの支援を受けて運用しています。ACIS CCDは、初期の放射線帯通過時に粒子による損傷を受けました。さらなる損傷を防ぐため、現在、放射線帯通過中は望遠鏡の焦点面から装置が外されています。

チャンドラの当初の寿命は5年とされていましたが、2001年9月4日、NASAは「観測所の優れた成果に基づき」寿命を10年に延長しました。[ 15 ]チャンドラは物理的にはもっと長く稼働する可能性があります。チャンドラX線センターで2004年に行われた研究では、観測所は少なくとも15年間は稼働できると示唆されています。[ 16 ]チャンドラは2024年現在も稼働しており、今後の観測スケジュールはチャンドラX線センターによって発表されています。[ 17 ]

2008年7月、ESA、NASA、JAXAの共同プロジェクトである国際X線観測所が、次期主要X線観測所として提案されたが、後に中止された。[ 18 ] ESAはその後、このプロジェクトの縮小版を高エネルギー天体物理学向け先進望遠鏡（ATHENA）として復活させ、2028年に打ち上げを計画した。[ 19 ]

2018年10月10日、チャンドラはジャイロスコープの不具合によりセーフモード運用に入りました。NASAはすべての科学機器は安全であると報告しました。[ 20 ] [ 21 ]数日後、1つのジャイロスコープのデータに3秒の誤差があったことが判明し、チャンドラをフル稼働に戻す計画が立てられました。不具合が発生したジャイロスコープは予備として保管され、それ以外は健全です。[ 22 ]

2024年3月、議会はNASAとそのミッションへの資金削減を決定しました。これにより、このミッションは早期に終了する可能性があります。[ 23 ] 2024年6月、上院議員はNASAに対し、チャンドラへの予算削減の再検討を促し、NASAはこれを受理しました。[ 24 ]

発見例

STS-93の乗組員とスケールモデル

チャンドラによって収集されたデータは、X線天文学の分野を大きく進歩させました。以下は、チャンドラの観測によって裏付けられた発見の例です。

技術的な説明

望遠鏡の組み立て
AXAF（チャンドラ）のメインミラー
チャンドラのHRC飛行ユニット

単純なアルミニウム製の放物面（ミラー）を持つ光学望遠鏡とは異なり、X線望遠鏡は一般的に、イリジウムまたは金でコーティングされた入れ子状の円筒放物面と双曲面で構成されるウォルター望遠鏡を使用します。X線光子は通常のミラー表面で吸収されるため、反射するには低い斜入射角を持つミラーが必要です。チャンドラは、高解像度ミラーアセンブリ（HRMA）と呼ばれるサポート構造とともに、4組の入れ子になったミラーを使用します。ミラー基板は厚さ2cmのガラスで、反射面は33nmのイリジウムコーティングされており、直径は65cm、87cm、99cm、123cmです。[ 48 ]厚い基板と特に注意深い研磨により、非常に精密な光学面が可能になり、チャンドラの比類のない解像度の要因となっています。入射X線エネルギーの80%から95%が1秒角の円に収束します。しかし、基板の厚さによって、満たされる開口部の割合が制限され、XMM-Newtonと比較して収集面積が小さくなります。

チャンドラは高度に楕円形の軌道を周回するため、65時間の周回周期のうち最大55時間にわたり連続観測を行うことができます。地球から最も遠い軌道点では、チャンドラは地球を周回する衛星の中で最も遠い衛星の一つです。この軌道は、静止衛星の軌道を越え、外縁ヴァン・アレン帯の外側まで到達します。[ 49 ]

チャンドラは、 0.5秒角（2.4μrad） の角度解像度を備えており、最初の軌道X線望遠鏡の1000倍以上の解像度を備えています。

CXOは機械式ジャイロスコープ[ 50 ]を搭載しており、これは望遠鏡の向きを決定するのに役立つセンサーです。[ 51 ] CXOに搭載されているその他の航法・方位システムには、アスペクトカメラ、地球・太陽センサー、リアクションホイールなどがあります。また、移動用と運動量放出用の2組のスラスターも搭載されています。[ 51 ]

楽器

科学機器モジュール (SIM) には、2 つの焦点面機器、つまり、先進 CCD イメージング分光計(ACIS) と高解像度カメラ(HRC) が搭載されており、観測中は必要に応じてどちらかを所定の位置に移動します。

ACISは10個のCCDチップで構成され、観測対象物の画像とスペクトル情報を提供します。0.2～ 10keVの光子エネルギー範囲で動作します。HRCは2つのマイクロチャンネルプレートコンポーネントを備え、0.1～10keVの範囲で画像を取得します。また、16マイクロ秒の時間分解能を備えています。これらの装置は単独で使用することも、観測所の2つの透過型回折格子のいずれかと組み合わせて使用​​することもできます。

チャンドラは、ミラーの背後の光路に挿入される透過型回折格子によって、高分解能分光を実現しています。高エネルギー透過型回折格子分光計（HETGS）は0.4～10keVの波長範囲で動作し、スペクトル分解能は60～1000です。低エネルギー透過型回折格子分光計（LETGS）は0.09～3keVの波長範囲で動作し、スペクトル分解能は40～2000です。

要約: [ 52 ]

  • 高解像度カメラ（HRC）
  • 高度CCDイメージング分光計（ACIS）
  • 高エネルギー透過型回折格子分光計（HETGS）
  • 低エネルギー透過型回折格子分光計（LETGS）
CXOのラベル付き図
1999年8月7日からのチャンドラX線観測衛星の地球周回軌道のアニメーション  チャンドラ ·  地球

参照

参考文献

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さらに読む

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