X線天文学のしくみ

M51 のチャンドラ画像には、約 100 万秒の観測時間が含まれています。 X 線: NASA/CXC/Wesleyan Univ./R.Kilgard、他。光学: NASA/STScI

そこには隠された宇宙があり、人間が感知できない光の波長を放射しています。これらの放射線タイプの 1 つは、X線スペクトル. X 線は、近くの物質の過熱ジェットなど、非常に高温でエネルギーの高い物体やプロセスによって放出されます。 ブラックホール そしてその 超新星と呼ばれる巨大な星の爆発 .私たちの太陽は、家の近くで X 線を放出しています。 太陽風に遭遇した彗星 . X 線天文学の科学は、これらのオブジェクトとプロセスを調査し、天文学者が宇宙の他の場所で何が起こっているかを理解するのに役立ちます。

X線の宇宙

パルサーと呼ばれる非常に明るい物体は、銀河 M82 で X 線放射の形で信じられないほどのエネルギーを放出します。 Chandra と NuSTAR と呼ばれる 2 つの X 線感知望遠鏡は、超新星として爆発した超大質量星の急速に回転する残骸であるパルサーのエネルギー出力を測定するために、この物体に焦点を合わせました。チャンドラのデータは青色で表示されます。 NuSTAR のデータは紫色です。銀河の背景画像は、チリの地上から撮影されました。 X 線: NASA/CXC/大学。 Toulouse/M.Bachetti et al、Optical: NOAO/AURA/NSF

X線源は宇宙全体に散らばっています。恒星の高温の外層大気は、X 線の驚異的な発生源であり、特に (太陽のように) フレアが発生する場合に顕著です。 X 線フレアは信じられないほどエネルギーが高く、星の表面と下層大気の内部および周囲の磁気活動の手がかりを含んでいます。これらのフレアに含まれるエネルギーは、星の進化活動についても天文学者に伝えます。若い星は、初期の段階ではるかに活動的であるため、X 線のエミッターとしても頻繁に使用されます。

恒星、特に大質量の恒星が死ぬと、超新星として爆発します。これらの壊滅的な出来事は大量の X 線放射を放出し、爆発中に形成される重元素の手がかりを提供します。その過程で金やウランなどの元素が作られます。最も重い星は、崩壊して中性子星 (X 線も放出) とブラック ホールになる可能性があります。

ブラック ホール領域から放出される X 線は、特異点自体から来るわけではありません。代わりに、ブラック ホールの放射によって集められた物質が「降着円盤」を形成し、物質をゆっくりと回転させてブラック ホールに送り込みます。回転すると磁場が発生し、材料を加熱します。時々、物質は、磁場によって漏斗状に噴出されるジェットの形で逃げます。ブラック ホール ジェットも、銀河の中心にある超大質量ブラック ホールと同様に、大量の X 線を放出します。

銀河団には、個々の銀河の中や周りに過熱ガス雲があることがよくあります。それらが十分に熱くなると、それらの雲は X 線を放出する可能性があります。天文学者はこれらの領域を観察して、クラスター内のガスの分布と、雲を加熱するイベントをよりよく理解します。

地球からの X 線の検出

NuSTAR 天文台で見た、X 線で見た太陽。アクティブな領域は、X 線で最も明るいです。 NASA

宇宙の X 線観測と X 線データの解釈は、天文学の比較的新しい分野です。 X 線は地球の大気によって大部分が吸収されるため、科学者が観測ロケットや機器を搭載した気球を大気圏の高い高度に送り、X 線で「明るい」天体の詳細な測定を行うことができるようになるまでは、そうはいきませんでした。最初のロケットは、第二次世界大戦の終わりにドイツから鹵獲された V-2 ロケットに乗って 1949 年に打ち上げられました。太陽からのX線を検出しました。

気球搭載の測定では、次のようなオブジェクトが最初に発見されました。 かに星雲の超新星残骸（1964年） .その時以来、そのような飛行が数多く行われ、X線を放出するさまざまな天体や宇宙の出来事が研究されてきました。

宇宙からの X 線の研究

地球周回軌道上にあるチャンドラ X 線天文台の想像図。そのターゲットの 1 つが背景にある。 NASA/CXRO

X線オブジェクトを長期的に研究する最良の方法は、人工衛星を使用することです。これらの機器は、地球の大気の影響と戦う必要がなく、気球やロケットよりも長時間、標的に集中できます。 X 線天文学で使用される検出器は、X 線光子の数を数えることによって X 線放射のエネルギーを測定するように構成されています。これにより、天文学者は、オブジェクトまたはイベントによって放出されるエネルギーの量を知ることができます。アインシュタイン天文台と呼ばれる最初の自由周回 X 線天文台が宇宙に送られて以来、少なくとも 40 の X 線天文台が宇宙に送られてきました。 1978年に発売されました。

最もよく知られている X 線天文台には、レントゲン衛星 (ROSAT、1990 年に打ち上げられ、1999 年に廃止された)、EXOSAT (1983 年に欧州宇宙機関によって打ち上げられ、1986 年に廃止された)、NASA の Rossi X-ray Timing Explorer、ヨーロッパの XMM-Newton、日本のすざく衛星、チャンドラ X 線天文台。チャンドラの名前 インドの天体物理学者スブラマニアン・チャンドラセカール は 1999 年に打ち上げられ、X 線宇宙の高解像度ビューを提供し続けています。

次世代の X 線望遠鏡には、NuSTAR (2012 年に打ち上げられ、現在も稼働中)、Astrosat (インド宇宙研究機関によって打ち上げられた)、2007 年に打ち上げられたイタリアの AGILE 衛星 (Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero の略) が含まれます。他のものは、地球に近い軌道からの X 線宇宙の天文学の調査を継続することを計画中です。