דמיון כוכבים

19 באוגוסט 1999, מרכז המצפה הרנטגן של צ'נדרה בסמית'סוניאן בקיימברידג ', מסצ'וסטס: חדר גדול מלא במחשבים, ציוד ניטור ומדענים חרדים. הם היו חרדים מכיוון שאחרי שנים ארוכות של עבודה קשה, אחרי שני שיגורים שפשפו וביצוע כמעט-הפלה, לאחר שבעה ירי רקטות בוסטרים שגיזרו את המכונות העדינות בדרך זו, וכי הטלסקופ הרנטגן שלהם סוף סוף היה במסלול ועמד להיפתח עסק.

תוכן קשור

• רחוק

"זו הייתה די סצנה", נזכר לאון ואן ספייברוק, אחד הגברים שהציבו את זה שם. "השיגור היה במעבורת החלל קולומביה, ונשא את המטען הגדול ביותר שלה אי פעם. עכשיו, חודש לאחר מכן, היינו מוכנים. אז שלחנו את פקודות המחשב וחיכינו. באופן מדהים, 80, 000 מיילים משם, המכשיר הפירוטכני שלנו התפוצץ - זה היה כמו זיקוק M-80. היא פתחה את הדלת של 120 פאונד בחללית - ממש כמתוכנן. "

קרני רנטגן קוסמיות האירו לראשונה על המראות העדינות של הטלסקופ היקר. המדענים בכדור הארץ המעקב אחר האירוע שלפו את האוזניות שלהם ומיהרו לחדר ההדמיה. במשך 45 דקות ארוכות חיכו כולם לראות אם הם יקבלו תמונה מהטלסקופ או אם כל הפרויקט יסתיים ב"דלי זכוכית שבורה ", כדברי ואן ספייברוק.

ואז, במונוטון של תקופת החלל הקבר הקלאסי, הודיע ​​מדען: "אנחנו מקבלים פוטונים."

ראשית רק נקודה על המסך - פוטונים שהם יחידות אור קטנטנות - אחר כך עוד אחת ועוד אחת. בהדרגה הופיעה תמונה של גלקסיה רחוקה.

יותר מ 23 שנים בהתהוותה, בעיקר במצפה הכוכבים האסטרופיזי של סמיתסוניאן בקיימברידג ', המהווה חלק מהמרכז לאסטרופיזיקה של הרווארד-סמיתסוניאן, ושמו זוכה פרס נובל המנוח סובראחמניאן צ'נדרסקהאר, התמונות הראשונות של טלסקופ צ'נדרה מדהימות את צופי החלל המתוחכמים.

התמונה הרשמית הראשונה של צ'נדרה מציגה את התוצאה של פיצוץ כוכבים עצום בקסיופיה A, שריד סופרנובה שנמצא במרחק 10, 000 שנות אור משם, בבהירות כזאת שנראה כי כוכב נויטרונים או חור שחור במרכזו.

"אנו רואים את התנגשות הפסולת מהכוכב המתפוצץ עם העניין סביבו", אמר מנהל המרכז הארווי טננבוים, ותיאר את הדימוי. "אנו רואים גלי הלם שוצפים לחלל הבין-כוכבי במיליוני מיילים לשעה, ולראשונה נקודת אור בסמוך למרכז השריד שיכולה להיות כוכב שהתמוטט."

תמונת רנטגן מוקדמת נוספת המעידה על כוחה ופוטנציאלו של צ'נדרה הגיעה עד הסוף מכיסר שישה מיליארד שנות אור משם. מכונה מדענים PKS 0637-752, הוא מקרין בכוחם של עשרה טריליון שמשות. משלים את טלסקופ החלל האבל, מצפה חלל גדול נוסף שעובר כעת על כדור הארץ. צ'נדרה צריכה לאפשר למדענים לנתח כמה מהמסתורין הגדולים של היקום. כבר יותר משנה הטלסקופ הרנטגן משדר זרם של תמונות שהלהיבו אתגר ואת הקהילה המדעית.

לדוגמה, התצפית של צ'נדרה על מזל קשת A *, מקור גלי רדיו בליבת שביל החלב שמניחים מדענים, מופעל על ידי חור שחור פי 2.6 מיליון ממסת שמשנו, עוררה סערה בחורף האחרון. עם הגילוי המופלא של מקור רנטגן מ- Sag A *, האסטרונומים קרובים מתמיד לפינוי תעלומת החור השחור העל-מסיבי.

תמונות הרזולוציה הגבוהה של צ'נדרה בוודאי יעניקו לנו תובנות חדשות על חורים שחורים, שהם ישויות חלל כל כך צפופות עד ששום דבר שמיזמים קרובים לא יוכל לברוח מכוח המשיכה שלהם, אפילו לא מאור. היכולת של צ'נדרה לבחון חלקיקים עד אלפית השנייה לפני שהם נשאבים מחוץ לטווח הראייה תאפשר לאסטרונומים ללמוד את תורת הכובד בתנאים הקיצוניים ביותר.

מרכז הרנטגן צ'נדרה של סמית'סוניאן מפעיל את המצפה מבוסס החלל במסגרת חוזה עם מרכז טיסת החלל מרשל של נאס"א באלבמה. בביקורי במרכז סמיתסוניאן בקיימברידג 'הייתי זקוקה לעזרה רבה. (קיבלתי תואר דוקטור בפיזיקה במכינה.) וואלאס טאקר, אסטרופיזיקאי ודובר צ'נדרה, הצליח לדבר איתי ככל שיכול.

קרני רנטגן נמצאות בקצה הקצר של ספקטרום גלי האור. טלסקופים אופטיים יכולים להתמודד עם כוכבים המקרינים עשרות אלפי מעלות חום, אך טלסקופים רנטגן ( Smithsonian, יולי 1998) יכולים לצפות באובייקטים גזים עד כמה מאות מיליוני מעלות.

גל עם אנרגיה כה גבוהה להפליא קשה מאוד למיקוד או לכוון. אם שמים מולו טלסקופ קונבנציונאלי, הגל פשוט נקלט.

אבל, קטעתי, מה עם צילומי הרנטגן שלי בבית החולים? אה, השיב טאקר, התמונות האלה הן רק צללים. העצמות צפופות יותר מהבשר, הן מייצרות צל עמוק יותר כאשר קרני ה- X עוברות בכל גופך.

"חוץ מזה, " הוא הוסיף, "אנחנו מדברים על מרחקים ארוכים הרבה יותר ותמונות עדינות יותר. כמו להסתכל על אגורה ממרחק של ארבעה מיילים משם. "

הפיתרון לכיוון הגלים היה לעצב מראה שתשקף את הקרניים בזווית רדודה במיוחד כך שהם יתנפצו, כמו דילוג על אבנים על מים, במקום להיספג. לאחר מכן ניתן היה לכוון אותם לגלאי אלקטרוני, לאחסן ולהעביר אותם אחר כך למרכז צ'נדרה.

בעוד שמראות טלסקופ אופטיות הן כלים הממקדים את הקורות הקלשות מהחלל, המראות של צ'נדרה הן בצורת חבית. ארבעה זוגות מהם מקוננים כמו בובות רוסיות כדי לספק שטח גדול יותר לקרני ה- X לפגוע.

זה לא היה רעיון חדש. האנס וולטר עשה את עבודת העיצוב הבסיסית, המצאה גאומטרית על נייר, בגרמניה בשנת 1952. בשנות השבעים ריקרדו ג'אקוני התאים בהצלחה את העיקרון לאסטרונומיה של הרנטגן. ג'אקוני עבר לכיבושים אחרים בשנות השמונים, בעיקר כדי לכוון עבודה על טלסקופ החלל האבל, אך צוותו המשיך לכאן. כמובן שמספר גדול של אנשים מבריקים יצרו את צ'נדרה, אבל אני לא חושב יותר מדי לומר שמי שאחראי למראות הייחודיות, המומחה הגדול בעולם לעיצובם, הוא לאון ואן ספיירוק, רשמית מדען טלסקופ צ'נדרה., בוגר MIT מוויצ'יטה, קנזס, שהה עם הסמיתסוניאן מאז תחילת שנות השבעים.

"לגיאקוני היה הרעיון בשנות השישים", ציין טאקר, "אבל נאס"א הייתה ספקנית. מראות צ'נדרה הן נקודת שיא בקריירה של ליאון. "אנחנו מדברים על מראה כל כך חלקה שאם הייתה מדינת קולורדו, פייק שיא היה בגובה של פחות מסנטימטרים. אנו מדברים על החלקות בתוך כמה אטומים, חלקות שהיא מתמטית כמעט בשלמותה. קוטרו של המראות בגודל של מטר עד ארבעה מטרים, אורכם כמעט שלושה מטרים ומשקלם עולה על טון.

"הם היו צריכים לבנות מבנים מיוחדים רק כדי לבנות את המראות האלה, " אמר לי טאקר. "הם חיפשו ברחבי העולם אבקות טחינה. בסופו של דבר בחור בטנסי פיתח תרכובת תחמוצת גרעין שהייתה מעורבת עם תמצית מוהל משוויץ.

ועדין: מגע במשטח ושומן מקצות אצבעותיך עלול להרוס אותו. תאר לעצמך לא רק לבנות את המראות האלה אלא לתקן אותן בדיוק בתור, וכל כך בתקיפות, שההלם של השלכתן לחלל לא יפיל אותן בשיער.

בחנתי תצלום צבעוני של קסיופיאה א ', והיה קשה לקשר את התמונה לנקודות הראשונות שהופיעו בצלחת. בניית הדיוקן היא תהליך מייגע, אומנות הפויליסט האולטימטיבית.

"אנו מזהים את הפוטונים בזה אחר זה ועוקבים אחר המועד שבו הם נמצאו, איפה וכמה אנרגיה הייתה בהם, " אמר לי טאקר.

ומה עם המצלמה שמתעדת את המראות המדהימים האלה? יש שניים מהם, רזולוציה גבוהה, שתוכננה על ידי מדעני סמית'סוניאן, עם 69 מיליון צינורות זכוכית ברשת לקביעת המיקום המדויק וזמן ההגעה של כל רנטגן, וספקטרומטר הדמיה, מצלמה דיגיטלית מיוחדת שעשרה שבבים רגישים לרנטגן מכילים מיליון פיקסלים כל אחד כדי לרשום את מיקום האנרגיה של הקרניים. שני מכשירי הקרנה מיוחדים מפזרים את הקרניים לקשת בענן עתיר אנרגיה, כמו ספקטרוסקופ עם אלפי צבעים מובהקים, כדי לאפשר לימוד הכימיה של המקור השמימי שלהם.

"תחנות רשת החלל העמוקה של נאס"א באוסטרליה, ספרד וקליפורניה שולחות לנו את הנתונים, " המשיך טאקר. "ואנחנו שולחים בחזרה מידע שאומר איפה אנחנו רוצים שצ'נדרה תסתכל בהמשך, כל 72 שעות בערך. היעדים נבחרים על ידי תהליך בדיקת עמיתים. "

המצפה המעופף נוסע כמעט שליש מהדרך לירח במסלול אליפטי שנע בין 6, 000 ל 86, 400 מיילים למעלה כשהוא מקיף את כדור הארץ כל 64 שעות. בממוצע מסלולו גבוה פי 200 מזו של טלסקופ האבל.

היו טלסקופים אחרים על הרנטגן, אך צ'נדרה יכולה לראות עצמים שהם פי 20 יותר חלשים מכל מה שהם יכלו לאתר.

כוח הפיתרון של צ'נדרה הוא 0.5 שניות קשת, מה שאומר שהוא יכול לקרוא את האותיות של שלט עצירה ממרחק של 12 מיילים משם. או כותרת בעיתון בגובה של סנטימטר במרחק של חצי מייל. מצד שני, הוא יכול לצפות בקרני רנטגן בענני גז כה רחבים עד שלוקח אור חמש מיליון שנה לחצות אותם. וזה יכול ללמוד קוואזרים שלאורם ארך עשרה מיליארד שנים להגיע אלינו, כך שאנו רואים הרבה שנים אל העבר. אני אוהב סטטיסטיקות.

כפי שניסח זאת אדוארד ויילר, מנהל נאס"א, כי "ההיסטוריה מלמדת אותנו כי בכל פעם שתפתח טלסקופ טוב פי עשרה ממה שקודם לכן, תחולל מהפכה באסטרונומיה. צ'נדרה מוכנה לעשות בדיוק את זה. "