19 augustus 1999, Smithsonian's Chandra X-ray Observatory Center in Cambridge, Massachusetts: een grote ruimte vol computers, bewakingsapparatuur en angstige wetenschappers. Ze waren angstig omdat na vele jaren van hard werken, na twee geschrobde lanceringen en een bijna-afbreken, na zeven boosterraketvuren die het delicate apparaat op deze manier en daarmee aan het joggen waren, hun röntgentelescoop eindelijk in een baan was en op het punt stond zich open te stellen voor bedrijf.
gerelateerde inhoud
- Verziend
"Het was nogal een scène, " herinnerde Leon van Speybroeck, een van de mannen die het daar plaatste. “De lancering was op de ruimteveer Columbia, met zijn grootste lading ooit. Nu, een maand later, waren we klaar. Dus stuurden we de computeropdrachten en wachtten af. Verbazingwekkend genoeg, op 80.000 mijl afstand, explodeerde ons pyrotechnische apparaat - het was als een M-80 knaller. Het zwaaide de 120-pond deur op het ruimtevaartuig open - precies zoals gepland. "
Kosmische röntgenstralen scheen voor het eerst op de delicate spiegels van de kostbare telescoop. De wetenschappers terug op aarde die het evenement volgden, trokken hun koptelefoon af en snelden de beeldvormingsruimte binnen. Gedurende 45 lange minuten wachtte iedereen om te zien of ze een beeld van de telescoop zouden krijgen of dat het hele project zou eindigen met "een emmer gebroken glas", zoals van Speybroeck het zei.
Toen kondigde een wetenschapper in het klassieke ernstige ruimtetijdperk monotoon aan: "We krijgen fotonen."
Eerst slechts een stip op het scherm - fotonen zijn kleine lichteenheden - dan nog een en nog een. Geleidelijk verscheen er een foto van een verre melkweg.
Meer dan 23 jaar in de maak, voornamelijk in het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, dat deel uitmaakt van het Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics, en vernoemd naar wijlen Nobelprijswinnaar Subrahmanyan Chandrasekhar, verbaasden de eerste beelden van de Chandra-telescoop de verfijnde ruimtewatchers.
Het eerste officiële Chandra-beeld toont de nasleep van een enorme stellaire explosie in Cassiopeia A, een supernova-restant op 10.000 lichtjaar afstand, met een zodanige helderheid dat een neutronenster of zwart gat in het midden zichtbaar lijkt te zijn.
"We zien de botsing van het puin van de ontplofte ster met de materie eromheen, " zei centrumdirecteur Harvey Tananbaum, die het beeld beschreef. "We zien schokgolven met miljoenen mijlen per uur de interstellaire ruimte binnenstromen, en voor het eerst een lichtpunt nabij het centrum van het overblijfsel dat mogelijk een ingestorte ster kan zijn."
Een ander vroeg röntgenbeeld dat de kracht en het potentieel van Chandra getuigde, kwam helemaal uit een quasar die zes miljard lichtjaar verwijderd was. Nagesynchroniseerd PKS 0637-752 door wetenschappers, straalt het uit met de kracht van tien triljoen zonnen. Als aanvulling op de Hubble-ruimtetelescoop, een ander groot observatorium dat nu rond de aarde draait, zou Chandra wetenschappers in staat moeten stellen enkele van de grote mysteries van het universum te analyseren. Al meer dan een jaar zendt de röntgentelescoop een stroom beelden uit die de wetenschappelijke gemeenschap enthousiast en uitdagend hebben gemaakt.
Bijvoorbeeld, Chandra's observatie van Boogschutter A *, een bron van radiogolven in de kern van de Melkweg die wetenschappers vermoeden wordt aangedreven door een zwart gat van 2, 6 miljoen keer de massa van onze zon, zorgde voor opschudding afgelopen winter. Met de opmerkelijke detectie van een röntgenbron van Sag A * zijn astronomen dichter dan ooit klaar om het mysterie van het superzware zwarte gat op te helderen.
Chandra's hoge-resolutiebeelden zullen ons zeker nieuwe inzichten geven in zwarte gaten, die ruimtelijke entiteiten zo dicht zijn dat niets dat zich in de buurt begeeft aan hun zwaartekracht kan ontsnappen, zelfs niet licht. Chandra's vermogen om deeltjes tot de laatste milliseconde te onderzoeken voordat ze uit het zicht worden weggezogen, stelt astronomen in staat om de zwaartekrachttheorie onder de meest extreme omstandigheden te bestuderen.
Smithsonian's Chandra X-ray Center exploiteert het ruimtegebaseerde observatorium in opdracht van NASA's Marshall Space Flight Center in Alabama. Tijdens mijn bezoek aan het Smithsonian center in Cambridge had ik veel hulp nodig. (Ik kreeg een D in de natuurkunde op de voorbereidingsschool.) Wallace Tucker, astrofysicus en Chandra-woordvoerder, kon me zoveel mogelijk vertellen.
X-stralen bevinden zich aan het korte uiteinde van het lichtgolfspectrum. Optische telescopen kunnen omgaan met sterren die tienduizenden graden warmte uitstralen, maar röntgentelescopen ( Smithsonian, juli 1998) kunnen gasvormige objecten waarnemen tot enkele honderden miljoenen graden.
Een golf met zo'n fantastisch hoge energie is extreem moeilijk om scherp te stellen of te richten. Als je er een conventionele telescoop voor zet, wordt de golf eenvoudig geabsorbeerd.
Maar ik onderbrak, hoe zit het met mijn röntgenfoto's in het ziekenhuis? Ah, antwoordde Tucker, die foto's zijn slechts schaduwen. De botten zijn dichter dan het vlees, ze maken een diepere schaduw als de x-stralen door je hele lichaam gaan.
"Bovendien, " voegde hij eraan toe, "hebben we het over veel langere afstanden en fijnere beelden. Zoals kijken naar een dubbeltje van vier mijl afstand. '
De oplossing voor het richten van de golven was om een spiegel te ontwerpen die de stralen onder een extreem ondiepe hoek zou reflecteren zodat ze zouden stuiteren, zoals stenen op water overslaan, in plaats van te worden geabsorbeerd. Daarna konden ze op een elektronische detector worden gericht, opgeslagen en later naar het Chandra-centrum worden verzonden.
Terwijl optische telescoopspiegels schotels zijn die de zwakke stralen vanuit de ruimte focussen, zijn Chandra's spiegels tonvormig. Vier paren van hen zijn genest zoals Russische poppen om een groter gebied te bieden voor de x-stralen om te raken.
Het was geen nieuw idee. Hans Wolter deed het basisontwerp, een geometrische uitvinding op papier, in 1952 in Duitsland. In de jaren 1970 paste Riccardo Giacconi het principe met succes aan aan röntgenastronomie. Giacconi ging in de jaren tachtig over naar andere veroveringen, met name om het werk aan de Hubble Space Telescope te leiden, maar zijn team ging hier door. Natuurlijk creëerde een groot aantal briljante mensen Chandra, maar ik denk niet dat het te veel is om te zeggen dat de persoon die verantwoordelijk is voor de unieke spiegels, 's werelds grootste expert op het gebied van hun ontwerp, Leon van Speybroeck is, officieel de Chandra Telescope Scientist, een MIT-afgestudeerde uit Wichita, Kansas, die sinds het begin van de jaren zeventig bij het Smithsonian werkt.
"Giacconi had het idee in de jaren 1960, " merkte Tucker op, "maar NASA was sceptisch. De Chandra-spiegels vormen een hoogtepunt in Leon's carrière. ”We hebben het over een spiegel die zo glad is dat als het de staat Colorado was, Pikes Peak minder dan een centimeter hoog zou zijn. We hebben het over gladheid tot op enkele atomen, gladheid die vrijwel perfect is in wiskunde. De spiegels zijn twee tot vier voet in diameter, bijna drie voet lang en wegen meer dan een ton.
"Ze moesten speciale structuren maken om deze spiegels te bouwen, " vertelde Tucker me. “Ze zochten de hele wereld naar maalpoeders. Uiteindelijk ontwikkelde een man in Tennessee een ceriumoxideverbinding die werd gemengd met een boomsap-extract uit Zwitserland. ”
En delicaat: raak het oppervlak aan en vet van uw vingertoppen kan het verpesten. Stelt u zich niet alleen voor dat u deze spiegels bouwt, maar ze precies in lijn brengt, en zo stevig dat de schok van het de ruimte in worden geslingerd hen niet van hun stuk kan brengen.
Ik bestudeerde een kleurenfoto van Cassiopeia A en het was moeilijk om de foto te relateren aan de eerste stippen die op het bord verschenen. Het portret bouwen is een moeizaam proces, de ultieme pointillistische kunst.
"We detecteren de fotonen één voor één en houden bij wanneer ze werden gevonden, waar en hoeveel energie erin zat", vertelde Tucker.
En hoe zit het met de camera die deze verbazingwekkende bezienswaardigheden vastlegt? Er zijn er twee, een hoge resolutie, ontworpen door Smithsonian wetenschappers, met 69 miljoen glazen buizen in een raster voor het bepalen van de exacte positie en aankomsttijd van elke röntgenfoto, en een imaging spectrometer, een speciale digitale camera waarvan tien röntgengevoelige chips bevatten elk een miljoen pixels om de positie en energie van de stralen vast te leggen. Twee speciale screeningstoestellen verspreiden de stralen in een energierijke regenboog, zoals een spectroscoop met duizenden verschillende kleuren, om de chemie van hun hemelse bron te bestuderen.
"NASA's Deep Space Network-stations in Australië, Spanje en Californië sturen ons de gegevens", vervolgt Tucker. “En we sturen informatie terug om te zeggen waar we Chandra de volgende keer om de 72 uur willen laten kijken. De doelen worden geselecteerd door een peer review-proces. ”
Het vliegende observatorium reist bijna een derde van de weg naar de maan in een elliptische baan variërend van 6000 tot 86.400 mijl omhoog terwijl het om de 64 uur rond de aarde draait. Gemiddeld is zijn baan 200 keer hoger dan die van de Hubble-telescoop.
Er zijn andere röntgentelescopen geweest, maar Chandra kan objecten zien die 20 keer zwakker zijn dan alles wat ze konden detecteren.
Chandra's oplossend vermogen is 0, 5 boogseconden, wat betekent dat het de letters van een stopbord van 12 mijl afstand kon lezen. Of een krantenkop van een centimeter hoog op een afstand van een halve mijl. Aan de andere kant kan het röntgenstralen in gaswolken zo breed waarnemen dat het vijf miljoen jaar duurt om ze over te steken. En het kan quasars bestuderen waarvan het licht tien miljard jaar heeft geduurd om bij ons te komen, zodat we zoveel jaren in het verleden zien. Ik hou van statistieken.
Zoals Edward Weiler, een top NASA-beheerder, het verwoordde: “De geschiedenis leert ons dat wanneer je tien keer beter een telescoop ontwikkelt dan voorheen, je een revolutie teweeg zult brengen in de astronomie. Chandra is klaar om dat te doen. '
