NASA har meddelat utvecklingen av ett rymdbaserat observatorium för att ge astronomer ett nytt sätt att se röntgenstrålar från exotiska föremål som svarta hål, neutronstjärnor och supernovaer. Uppdraget kallas Gravity and Extreme Magnetism Small Explorer (GEMS), och uppdraget är en del av NASA: s Small Explorer (SMEX) -serie av kostnadseffektiva och mycket produktiva rymdvetenskapssatelliter, och kommer att vara den första satelliten som mäter polarisationen av röntgenstrålar källor bortom solsystemet.
Polarisering är riktningen för det vibrerande elektriska fältet i en elektromagnetisk våg. Ett vardagligt exempel på polarisering är den dämpande effekten av vissa typer av solglasögon, som passerar ljus som vibrerar i en riktning medan de blockerar resten. Astronomer mäter ofta polarisationen av radiovågor och synligt ljus för att få insikt i fysiken hos stjärnor, nebulosor och det interstellära mediet, men få mätningar har alla gjorts av polariserade röntgenstrålar från kosmiska källor.
"Hittills har astronomer uppmätt röntgenpolarisering från endast ett enda föremål utanför solsystemet - den berömda Crab Nebula, det lysande molnet som markerar platsen för en exploderad stjärna," säger Jean Swank, en Goddard-astrofysiker och GEMS-rektor forskare. "Vi förväntar oss att GEMS kommer att upptäcka dussintals källor och verkligen öppna upp denna nya gräns."
Svarta hål står högt på listan över objekt som GEMS ska observera. Det extrema gravitationsfältet nära ett snurrande svart hål böjer inte bara röntgenstrålarnas vägar, det ändrar också deras elektriska fält. Polarisationsmätningar kan avslöja närvaron av ett svart hål och ge astronomer information om dess snurr. Snabbrörliga elektroner avger polariserade röntgenstrålar när de spiralerar genom intensiva magnetfält, vilket ger GEMS möjlighet att utforska en annan aspekt av extrema miljöer.
"Tack vare dessa effekter kan GEMS undersöka rumsliga skalor som är mycket mindre än något teleskop kan föreställa sig," sade Swank. Polariserade röntgenstrålar innehåller information om strukturen för kosmiska källor som inte finns på något annat sätt.
"GEMS kommer att vara cirka 100 gånger känsligare för polarisering än något tidigare röntgenobservatorium, så vi förutser många nya upptäckter," säger Sandra Cauffman, GEMS-projektledare och biträdande chef för flygprojekt på Goddard.
Några av de grundläggande frågorna som forskare hoppas att GEMS kommer att besvara inkluderar: Var släcks energin i närheten av svarta hål? Var kommer röntgenutsläppen från pulsars och neutronstjärnor härifrån? Vad är strukturen för magnetfält i supernovarester?
GEMS kommer att ha innovativa detektorer som effektivt mäter röntgenpolarisering. Med hjälp av tre teleskoper kommer GEMS att detektera röntgenstrålar med energier mellan 2 000 och 10 000 elektron volt. (Som jämförelse har synligt ljus energier mellan 2 och 3 elektronvolter.) Teleskopoptiken kommer att baseras på tunnfolie röntgenspeglar som utvecklats vid Goddard och redan bevisats i gemensamma Japan / U.S.A. Suzaku orbital observatorium.
GEMS kommer att lanseras tidigast 2014 på ett uppdrag som varar upp till två år. GEMS förväntas kosta 105 miljoner dollar, exklusive lanseringsfordon.
Orbital Sciences Corporation i Dulles, Va., Kommer att tillhandahålla rymdskeppsbuss och uppdrag. ATK Space i Goleta, Kalifornien, kommer att bygga en 4-meters utskjutbar bom som kommer att placera röntgenspeglarna på rätt avstånd från detektorerna när GEMS når bana. NASA: s Ames Research Center i Moffett Field, Kalifornien, kommer att vara partner i vetenskapen, tillhandahålla programvara för vetenskaplig databehandling och hjälpa till att spåra rymdskeppets utveckling.
Källa: NASA Goddard
Se även förslag till uppdrag som kan studera rymdtid runt svarta hål
