NASA heeft de ontwikkeling aangekondigd van een op de ruimte gebaseerd observatorium om astronomen een nieuwe manier te bieden om röntgenstralen van exotische objecten zoals zwarte gaten, neutronensterren en supernovae te bekijken. Genaamd de Gravity and Extreme Magnetism Small Explorer (GEMS), de missie maakt deel uit van NASA's Small Explorer (SMEX) -serie van kostenefficiënte en zeer productieve ruimtewetenschappelijke satellieten, en zal de eerste satelliet zijn die de polarisatie van röntgenstralen meet bronnen buiten het zonnestelsel.
Polarisatie is de richting van het trillende elektrische veld in een elektromagnetische golf. Een alledaags voorbeeld van polarisatie is het verzwakkende effect van sommige soorten zonnebrillen, die licht doorlaten dat in één richting trilt en de rest blokkeert. Astronomen meten vaak de polarisatie van radiogolven en zichtbaar licht om inzicht te krijgen in de fysica van sterren, nevels en het interstellaire medium, maar er zijn maar weinig metingen gedaan van gepolariseerde röntgenstralen van kosmische bronnen.
"Tot nu toe hebben astronomen röntgenpolarisatie gemeten van slechts één enkel object buiten het zonnestelsel - de beroemde Krabnevel, de lichtgevende wolk die de plaats van een ontplofte ster markeert", zegt Jean Swank, een Goddard-astrofysicus en de GEMS-directeur onderzoeker. "We verwachten dat GEMS tientallen bronnen zal detecteren en deze nieuwe grens echt zal openen."
Zwarte gaten staan hoog op de lijst met objecten die GEMS kan observeren. Het extreme zwaartekrachtveld nabij een draaiend zwart gat buigt niet alleen de paden van röntgenstralen, het verandert ook de richting van hun elektrische velden. Polarisatie metingen kunnen de aanwezigheid van een zwart gat aan het licht brengen en astronomen informatie geven over de spin. Snel bewegende elektronen zenden gepolariseerde röntgenstralen uit terwijl ze door intense magnetische velden bewegen, waardoor GEMS de middelen krijgt om een ander aspect van extreme omgevingen te verkennen.
"Dankzij deze effecten kan GEMS ruimtelijke schalen onderzoeken die veel kleiner zijn dan welke telescoop dan ook kan voorstellen," zei Swank. Gepolariseerde röntgenstralen bevatten informatie over de structuur van kosmische bronnen die op geen enkele andere manier beschikbaar is.
"GEMS zal ongeveer 100 keer gevoeliger zijn voor polarisatie dan enig ander röntgenobservatorium, dus we anticiperen op veel nieuwe ontdekkingen", zegt Sandra Cauffman, GEMS-projectmanager en de adjunct-directeur voor vluchtprojecten bij Goddard.
Enkele van de fundamentele vragen die wetenschappers hopen dat GEMS zal beantwoorden, zijn onder meer: Waar komt de energie vrij in de buurt van zwarte gaten? Waar komen de röntgenemissies van pulsars en neutronensterren vandaan? Wat is de structuur van de magnetische velden in supernovaresten?
GEMS zal beschikken over innovatieve detectoren die röntgenpolarisatie efficiënt meten. Met drie telescopen detecteert GEMS röntgenstralen met energieën tussen 2.000 en 10.000 elektronvolt. (Ter vergelijking: zichtbaar licht heeft energieën tussen 2 en 3 elektronvolt.) De telescoopoptiek zal gebaseerd zijn op dunne folie röntgenspiegels die zijn ontwikkeld bij Goddard en al bewezen zijn in het gewricht Japan / VS. Suzaku orbitaal observatorium.
GEMS start niet eerder dan 2014 op een missie van maximaal twee jaar. GEMS kost naar verwachting $ 105 miljoen, exclusief lanceervoertuig.
Orbital Sciences Corporation in Dulles, Virginia, zal de bus- en missieoperaties van het ruimtevaartuig verzorgen. ATK Space in Goleta, Californië, zal een uitschuifbare giek van 4 meter bouwen die de röntgenspiegels op de juiste afstand van de detectoren zal plaatsen zodra GEMS de baan bereikt. Het Ames Research Center van NASA in Moffett Field, Californië, zal samenwerken in de wetenschap, software voor wetenschappelijke gegevensverwerking leveren en helpen bij het volgen van de ontwikkeling van het ruimtevaartuig.
Bron: NASA Goddard
Zie ook Voorgestelde missie zou ruimte-tijd rond zwarte gaten kunnen bestuderen
