Telescópio avançado para astrofísica de alta energia - Advanced Telescope for High Energy Astrophysics

Telescópio avançado para astrofísica de alta energia
Nomes Atena
Tipo de missão Telescópio espacial
Operador Agência Espacial Europeia (ESA)
Local na rede Internet www .the-athena-x-ray-observatory .eu
Duração da missão 4 anos (planejado)
Início da missão
Data de lançamento 2031 (planejado)
Foguete Ariane 64
Local de lançamento Centro Espacial Guyanais
Contratante Arianespace
Parâmetros orbitais
Sistema de referência  Ponto L 2 (linha de base)
Telescópio principal
Modelo Telescópio de raio x
Comprimento focal 12 m (39 pés)
 

O Telescópio Avançado para Astrofísica de Alta Energia ( Athena ) é uma missão de observatório de raios-X selecionada pela Agência Espacial Européia (ESA) dentro de seu programa de Visão Cósmica para abordar o tema científico Universo Quente e Energético. Athena irá operar na faixa de energia de 0,2–12 keV e oferecerá capacidades espectroscópicas e de imagem que excedem as dos satélites astronômicos de raios-X atualmente em operação - por exemplo, o Observatório de raios-X Chandra e XMM-Newton - em pelo menos uma ordem de magnitude em vários espaços de parâmetros simultaneamente.

Missão

Os principais objetivos da missão são mapear estruturas de gás quente, determinar suas propriedades físicas e procurar buracos negros supermassivos .

História e desenvolvimento

A missão tem as suas raízes em dois conceitos do início dos anos 2000, XEUS da ESA e Constellation-X Observatory (Con-X) da NASA . Por volta de 2008, essas duas propostas foram fundidas na proposta conjunta NASA / ESA / JAXA International X-ray Observatory (IXO). Em 2011, a IXO foi retirada e a ESA decidiu prosseguir com uma modificação de custo reduzido, que ficou conhecida como ATHENA. Athena foi selecionada em 2014 para se tornar a segunda missão Cosmic Vision de classe L (L2), abordando o tema da ciência Universo Quente e Energético.

O conselho científico para a missão Athena é fornecido pela Athena Science Study Team (ASST) composta por cientistas especialistas da comunidade. O ASST foi nomeado pela ESA em 16 de julho de 2014. O Cientista do Estudo da ESA e o Gerente de Estudo são o Dr. Matteo Guainazzi e o Dr. Mark Ayre, respectivamente. A Athena concluiu com êxito a sua Fase A com a Revisão da Formulação da Missão em 12 de novembro de 2019. O próximo marco importante será a adoção da missão pelo Comitê do Programa Científico da ESA (SPC), prevista para o segundo semestre de 2022, com lançamento previsto para 2031.

Órbita

Em 2031, um veículo de  lançamento Ariane 64 levará Atena a uma órbita de halo de grande amplitude em torno do ponto L2 do sistema Sol-Terra . A órbita ao redor de L2 foi selecionada devido ao seu ambiente térmico estável, boa visibilidade do céu e alta eficiência de observação. Athena realizará observações pré-planejadas programadas de até 300 locais celestiais por ano. Um modo especial de Alvo de Oportunidade permitirá uma manobra de re-ponto dentro de 4 horas para 50% de quaisquer eventos que ocorram aleatoriamente no céu.

Óptica e instrumentos

O observatório de raios-X Athena consiste em um único telescópio de raios-X com uma distância focal de 12 m , com uma área efetiva de aprox. 1,4 m 2 (a 1 keV) e uma resolução espacial de 5 segundos de arco no eixo, degradando-se graciosamente para menos de 10 segundos de arco a 30 minutos de arco fora do eixo. O espelho é baseado na tecnologia Silicon Pore Optics (SPO) da ESA. O SPO oferece uma excelente relação entre a área de coleta e a massa, ao mesmo tempo que oferece uma boa resolução angular. Ele também se beneficia de um alto nível de preparação de tecnologia e um design modular altamente adequado à produção em massa necessária para atingir a área de coleta telescópica sem precedentes. Um espelho móvel de montagem pode focalizar os raios-X em qualquer uma das Athena de dois instrumentos (WFI e X-IFU, ver abaixo), a qualquer momento dado.

Tanto o WFI quanto o X-IFU foram aprovados nas análises de requisitos preliminares em 31 de outubro de 2018 e 11 de abril de 2019, respectivamente.

Wide Field Imager (WFI)

A Wide Field Imager (WFI) é uma câmera de imagem espectral de grande campo de visão baseada na tecnologia exclusiva Silicon DEPFET desenvolvida no laboratório de semicondutores da Max Planck Society . Os DEPFETs fornecem uma excelente resolução de energia (<170eV a 7keV), baixo ruído, leitura rápida e alta resolução de tempo, com boa dureza de radiação. O instrumento combina o Large Detector Array, que é otimizado para um amplo campo de visão em uma área instantânea de 40 'x 40' do céu, com um Fast Detector separado adaptado para observar as fontes pontuais mais brilhantes do céu de raios-X com alto rendimento e baixo empilhamento. Esses recursos, em combinação com a área efetiva sem precedentes e o amplo campo do telescópio Athena , fornecerão recursos inovadores em espectroscopia de imagem de raios-X.

O WFI é desenvolvido por um consórcio internacional composto por estados membros da ESA. É liderado pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (DEU) com parceiros na Alemanha (ECAP, IAA Tübingen), Áustria ( Universidade de Viena ), Dinamarca (DTU), França ( CEA Saclay , Estrasburgo ), Itália ( INAF , Bolonha , Palermo ), Polônia (SRC PAS, NCAC PAS), Reino Unido ( University of Leicester , Open University ), Estados Unidos ( Pennsylvania State University (Penn State), SLAC, Massachusetts Institute of Technology (MIT), SAO), Suíça ( Universidade de Genebra ), Portugal (IA) e Grécia (Observatório de Atenas, Universidade de Creta ). O investigador principal é o Prof. Kirpal Nandra, Diretor do Grupo de Alta Energia do MPE.

Unidade de campo integral de raios-X (X-IFU)

A unidade de campo integral de raios-X é o espectrômetro de raios-X criogênico da Athena X-IFU que fornecerá espectroscopia de raios-X espacialmente resolvida , com um requisito de resolução espectral de 2,5 eV até 7 keV em um campo de visão hexagonal de 5 minutos de arco (diâmetro equivalente). O detector principal de X-IFU é feito de um grande formato de sensores de borda de transição de ouro de molibdênio acoplados a absorvedores feitos de Au e Bi para fornecer a potência de parada necessária. O tamanho do pixel corresponde a um pouco menos de 5 segundos de arco no céu, correspondendo assim à resolução angular da óptica de raios-X. Uma grande parte dos objetivos científicos de Atenas relacionados ao X-IFU depende da observação de fontes estendidas fracas (por exemplo, gás quente em aglomerados de galáxias para medir movimentos volumosos e turbulência ou sua composição química), impondo o fundo instrumental mais baixo possível. Isso é obtido pela adição de um segundo detector criogênico sob a matriz de plano focal principal. Desta forma, eventos não relacionados a raios-X, como partículas, podem ser vetados usando a coincidência temporal de detecção de energia em ambos os detectores simultaneamente. A matriz de plano focal, os sensores e os componentes eletrônicos da extremidade fria são resfriados a uma temperatura estável inferior a 100 mK por uma cadeia criogênica de vários estágios, montada por uma série de resfriadores mecânicos, com temperaturas de interface de 15 K, 4 K e 2 K e 300 mK, pré-resfriando um resfriador sub Kelvin feito de um resfriador de adsorção 3He acoplado a um refrigerador de desmagnetização adiabática . Os dados de calibração são adquiridos junto com cada observação de fontes moduladas de raios-X para permitir a calibração de energia necessária para atingir a resolução espectral desejada. Embora seja uma unidade de campo integral onde cada pixel oferece um espectro de raios X de alta resolução, a capacidade de desfocagem do espelho Athena permitirá que o feixe focal seja espalhado por centenas de sensores. O X-IFU será, portanto, capaz de observar fontes de raios-X muito brilhantes. Ele o fará com a resolução nominal, por exemplo, para detectar os bárions que se pensa residirem no meio intergaláctico quente quente , usando pós-luminescências de rajadas de raios gama brilhantes, como fontes de fundo brilhando através da teia cósmica, ou com uma resolução espectral de 3– 10 eV, por exemplo, para medir os spins e caracterizar os ventos e saídas de binários brilhantes de raios-X em energias onde suas assinaturas espectrais são mais fortes (acima de 5 keV).

Em dezembro de 2018, quando o consórcio X-IFU foi formalmente aprovado pela ESA como sendo responsável pela aquisição do instrumento para a Athena , o consórcio X-IFU reuniu 11 países europeus ( Bélgica , República Tcheca , Finlândia , França , Alemanha , Irlanda , Itália , Holanda , Polônia , Espanha , Suíça ), além do Japão e dos Estados Unidos . Mais de 50 institutos de pesquisa estão envolvidos no consórcio X-IFU. O investigador principal do X-IFU é o Dr. Didier Barret, Diretor de pesquisa do instituto de pesquisa em astrofísica e planetologia de Toulouse ( IRAP -OMP, CNRS UT3-Paul Sabatier / CNES , França ). O Dr. Jan-Willem den Herder ( SRON , Holanda) e o Dr. Luigi Piro ( INAF -IAPS, Itália) são co-investigadores principais do X-IFU. O CNES gere o projeto e, em nome do consórcio X-IFU, é responsável pela entrega do instrumento à ESA.

Objetivos de ciência de Atenas

O tema científico "Universo quente e energético" gira em torno de duas questões fundamentais na astrofísica : como a matéria comum se reúne nas estruturas de grande escala que vemos hoje? E como os buracos negros crescem e moldam o Universo ? Ambas as perguntas só podem ser respondidas usando um observatório espacial de raios-X sensível. Sua combinação de desempenho científico excede qualquer missão existente ou planejada de raios-X em mais de uma ordem de magnitude em vários espaços de parâmetros: área efetiva, sensibilidade de linha fraca, velocidade de pesquisa, apenas para citar alguns. Athena realizará medições muito sensíveis em uma ampla gama de objetos celestes. Ele investigará a evolução química do plasma quente que permeia o espaço intergaláctico em aglomerados de galáxias, busca por características de observação indescritíveis do meio intergaláctico quente-quente , investigará fluxos de saída poderosos ejetados de buracos negros de acréscimo em todo o seu espectro de massa e estudará seu impacto na galáxia hospedeira, e identificar amostras consideráveis ​​de populações comparativamente raras de Núcleos Galácticos Ativos (AGN)   que são a chave para a compreensão da evolução cosmológica simultânea de buracos negros e galáxias que se acumulam. Entre eles estão altamente obscurecidos e com alto redshift (z≥6) AGN. Além disso, Atenas será um observatório de raios-X aberto a toda a comunidade astronômica, preparado para fornecer descobertas abrangentes em quase todos os campos da astrofísica moderna, com um grande potencial de descoberta de fenômenos ainda desconhecidos e inesperados. Representa a contribuição de raios-X para a frota de instalações de observação em grande escala a operar na década de 2030 (incluindo SKA , ELT , ALMA , LISA ...)

O Escritório da Comunidade Athena

A Athena Science Study Team (ASST) criou o Athena Community Office (ACO) para obter apoio no desempenho das suas tarefas atribuídas pela ESA, e mais especialmente na função da ASST como "um ponto focal para os interesses da ampla comunidade científica". Atualmente, esta comunidade é formada por mais de 800 membros espalhados pelo mundo .

O ACO pretende se tornar um ponto focal para facilitar o intercâmbio científico entre as atividades do Athena e a comunidade científica em geral, e para divulgar os objetivos científicos do Athena para o público em geral. As principais tarefas do ACO podem ser divididas em três categorias:

  • Aspectos organizacionais e otimização dos esforços da comunidade auxiliando a ASST em vários aspectos, como por exemplo, ajudar na promoção das capacidades científicas de  Atenas no mundo da pesquisa, através de Conferências e Workshops ou apoiar a produção de documentos ASST, incluindo os White Papers de identificação científica sinergias de Atenas com outras instalações de observação no início de 2030
  • Manter a comunidade Athena informada sobre o andamento do projeto com o lançamento regular de newsletter , notícias breves, notícias semanais no portal Athena e nos canais sociais.
  • Desenvolver atividades de comunicação e divulgação, de particular interesse, são as pepitas de Atenas .

O ACO é liderado pelo Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC) . Outros contribuintes do ACO são a Université de Genève , o Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) e o Instituto de Recherche em Astrofísica e Planétologia (IRAP).

Veja também

Referências

links externos