La misión NuStar, Nuclear Spectroscopic Telescope Array.

NuSTAR pone en el foco el Universo de alta energía.

Concepto del artista de NuSTAR en órbita. NuSTAR tiene un mástil de 10 m  de largo que se despliega después del lanzamiento para separar los módulos ópticos (derecho) de los detectores en el plano focal (izquierda). La nave espacial, que controla los punteros de NuSTAR, y los paneles solares están con el plano focal. NuSTAR tiene dos módulos ópticos idénticos con el fin de aumentar la sensibilidad. El fondo es una imagen del centro galáctico obtenida con el observatorio de rayos X de Chandra.

La misión.

La misión NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) ha desplegado los primeros telescopios en órbita para enfocar la luz en la región de rayos X de alta energía (3 - 79 keV) del espectro electromagnético. Nuestra visión del universo en esta ventana espectral ha sido limitada porque los telescopios orbitales anteriores no han empleado una óptica de enfoque real, sino que han utilizado aberturas codificadas que tienen fondos intrínsecamente altos y una sensibilidad limitada.

Durante una fase de dos años de misión primaria, NuSTAR mapeará regiones seleccionadas del cielo con el fin de:

• Llevar a cabo un censo de las estrellas colapsadas y agujeros negros de diferentes tamaños mediante el estudio de las regiones que rodean el centro de su propia galaxia de la Vía Láctea y realizar observaciones profundas del cielo extragaláctico.
• Realizar un mapa de material recientemente sintetizado en restos de supernovas jóvenes para entender cómo explotan las estrellas y cómo se crean los elementos.
• Entender lo que potencia los chorros relativistas de partículas de las galaxias activas más extremas que albergan agujeros negros supermasivos.

Comparación en el espectro de rayos X del observatorio NuSTAR con otros que trabajan en el mismo espectro.

Además de su programa científico básico, NuSTAR ofrecerá oportunidades para una amplia gama de investigaciones científicas, que van desde la exploración de orígenes de rayos cósmicos hasta el estudio de la física extrema alrededor de las estrellas colapsadas hasta el mapeo de microflares en la superficie del Sol. NuSTAR también responderá a objetivos de oportunidad incluyendo supernovas y rayos gamma.

El instrumento NuSTAR consta de dos telescopios de incidencia de pastoreo alineados con una óptica especialmente recubierta y detectores recién desarrollados que amplían la sensibilidad a energías superiores en comparación con misiones anteriores como Chandra y XMM Newton. Después de lanzar en órbita en un pequeño cohete, el telescopio NuSTAR se extiende para alcanzar una distancia focal de 10 metros. El observatorio proporcionará una combinación de sensibilidad, espacial, y los factores de resolución espectral de 10 a 100 mejorado sobre las misiones anteriores que han operado en estas energías de rayos X.

NuSTAR es una misión de la NASA Small Explorer (SMEX), NuSTAR fue lanzada el 13 de junio de 2012. El centro de operaciones del Nuclear Spectroscopic Telescope Array de la ciencia, NuSTAR, se encuentra en el campus del Instituto de Tecnología de California.

La ciencia del NuSTAR.

NuSTAR es el primer satélite de rayos X de enfoque duro en órbita, que proporciona más de dos órdenes de magnitud de mejora en la sensibilidad en comparación con anteriores misiones de alta energía que trabajan a energías similares. Los objetivos principales de la ciencia de NuSTAR son amplios, e incluyen el estudio de una gama de fuentes de alta energía.

• Los agujeros negros son rasgones en la tela del espacio-tiempo y están entre los objetos más exóticos en el universo. A medida que aumentan la materia, los sistemas de agujeros negros generan la luz de rayos X de alta energía estudiada por NuSTAR. NuSTAR tiene una serie de programas que estudian los agujeros negros, desde los agujeros negros de masa estelar en nuestra propia galaxia de la Vía Láctea hasta los agujeros negros supermasivos en los corazones de galaxias distantes.
• Las explosiones de supernovas, que ocurren al final de las vidas de las estrellas, son importantes para el ciclo de vida de la materia en el universo. Estas explosiones generan y distribuyen los elementos pesados ​​necesarios para crear planetas y personas. NuSTAR tiene varios objetivos científicos clave que mejorarán nuestra comprensión de estos importantes eventos energéticos.
• La galaxia de la Vía Láctea alberga una gama de emisores de alta energía, desde el agujero negro supermasivo en el corazón de nuestra galaxia, hasta las nubes de difusión, las estrellas de neutrones y los agujeros negros. NuSTAR tiene varios programas que estudian fuentes galácticas de alta energía.

  

  La impresión de este artista representa el disco de acreción que rodea a un agujero negro, en el que la región interior del disco precesa. "Precesión" significa que la órbita del material que rodea el agujero negro cambia de orientación alrededor del objeto central.
  
  

• Las estrellas de neutrones son restos increíblemente densos dejados por algunas explosiones de supernova. Tienen masas comparables al Sol, pero tamaños comparables a una pequeña ciudad como Pasadena. NuSTAR tiene varios programas de estudio de la emisión de alta energía de las estrellas de neutrones, que nos están enseñando acerca de su formación y estados físicos.
• Los chorros relativistas de la radiación y de las partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz son algunas de las fuentes más de gran alcance de rayos X de alta energía en el universo. NuSTAR está estudiando una clase de agujeros negros supermasivos a distancias de miles de millones de años luz que actúan como potentes aceleradores cósmicos y proporcionan una visión de las condiciones físicas más extremas.
• El Sol también produce luz de alta energía que puede ser estudiada por NuSTAR. Como el primer satélite de rayos X de enfoque, NuSTAR tiene una gama de programas solares que mejorarán nuestra comprensión de nuestra estrella más cercana.

Los instrumentos del NuSTAR.

Óptica: NuSTAR implementa una aproximación cónica al diseño Wolter-I que consta de 133 capas de espejos concéntricos recubiertas con multicapa Pt / SiC y W / Si. La óptica opera en el rango de energía 3 - 79 keV.

Detectores: Los planos focales de NuSTAR están compuestos por cuatro detectores híbridos de rayos X duros que consisten en un sensor CdZnTe fabricado por eV Products unido a un chip de lectura personalizado desarrollado por Caltech. Cada uno de los cuatro híbridos (colocados en una matriz de 2 x 2 en el plano focal) se segmenta en 32 x 32 píxeles, cada uno subtending 12.5 "en el cielo.Los detectores miden el tiempo de llegada, la energía y la posición de interacción de cada incidente X -rayo.

Mástil: NuSTAR fue lanzado con un mástil de carga ligero, que al entrar en el espacio, se extendió a su longitud total de 10 metros.

Lanzamiento.

Fecha de lanzamiento: 13 de junio de 2012

Lanzamiento del vehículo: Pegasus XL Rocket

Sitio de Lanzamiento: Atolón de Kwajalein

Órbita: 650 km x 610 km, inclinación de 6 grados.

NuSTAR se lanzó en una órbita baja-Tierra, cerca-ecuatorial en un cohete de Pegasus XL del atolón de Kwajalein el 13 de junio de 2012. El vehículo de lanzamiento de Pegasus, construido por Orbital Sciences Corporation, confió en un sistema único del lanzamiento del aire con el cohete lanzado A aproximadamente 40.000 pies del avión "Stargazer" L-1011. El cohete luego cayó libremente en una posición horizontal durante cinco segundos antes de encender su motor de cohete de tres etapas. El Pegaso es uno de los vehículos de lanzamiento más flexibles y fiables.

"Stargazer" L-1011 con el cohete Pegasus justo
después del lanzamiento.
Crédito: OSC.

El lanzamiento de NuSTAR fue el cuarto lanzamiento de Pegasus conducido desde el Atolón de Kwajalein (8deg43min N, 167deg44min E). Kwajalein es el atolón coralino más grande del mundo, con una masa total de 2.4 millas cuadradas repartidas entre 97 islotes que rodean una laguna de 324 millas cuadradas. Kwajalein se encuentra en el centro de la cadena Ralik (puesta de sol) de las Islas Marshall, que se encuentran a medio camino entre Hawai y Australia, a aproximadamente 2.000 millas náuticas de cada una. A partir de 1.986, la República de las Islas Marshall es independiente, pero mantiene fuertes lazos con los Estados Unidos y alberga el sitio de prueba de defensa de misiles balísticos de Ronald Reagan en el atolón de Kwajalein.

El lanzamiento de Pegasus de Kwajalein posicionado NuSTAR en una órbita ecuatorial de órbita baja a una altitud de aproximadamente 600 km y una inclinación de 6 grados. Una órbita ecuatorial es particularmente importante para NuSTAR ya que minimiza la exposición a la Anomalía del Atlántico Sur (SAA), la región centrada sobre el Océano Atlántico sur, donde el cinturón Van Allen de la Tierra se aproxima más a la superficie de la Tierra. Los satélites a altitudes de unos pocos cientos de kilómetros y en órbitas inclinadas con respecto al ecuador experimentan intensa radiación de partículas durante los pasos a través del SAA. Esto es particularmente problemático para los telescopios de rayos X de alta energía debido al alto nivel de fondo radiactivo producido de este modo en los detectores. Este fondo producirá señales que imitan la emisión cósmica de rayos X que NuSTAR está detectando ahora.

Créditos:

NASA/JPL-Caltech/NuSTAR

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