Was kann Halosat, was noch nicht möglich ist?

Ich bin Doktorand an der University of Iowa und arbeite an HaloSat.

Kurze Antwort: Großes Sichtfeld, spektral gut aufgelöste Beobachtungen der diffusen Röntgenemission des Halo über den gesamten Himmel mit der Flexibilität, Beobachtungen zu planen, um Kontaminationsereignisse in unserer lokalen Umgebung zu vermeiden. Keine Optik, bloße C1-Fenster-SD-Detektoren. Volle Reaktion 10 Grad Durchmesser keine Reaktion bei 14 Grad Durchmesser, wir überspringen die Scheibe der Milchstraße nicht, aber wir haben nur 332 Ziele am Himmel, wir haben Lücken in der Himmelsabdeckung, aber wir haben uns dafür entschieden statistische Signifikanz unserer Beobachtungen und basierend auf der erwarteten Einschränkung der Anzahl der Befehle, die wir jeden Tag hochladen könnten. Die Zählrate des diffusen Hintergrunds ist sehr niedrig und das große FOV und das Fehlen von Optiken sind für Emissionsmessungen von entscheidender Bedeutung.

Lange Antwort:

Wir haben das Instrument hier in Iowa gebaut. Es hat 3 amtpek C1-Fenster Fast SDDs an Bord, die in einem Band von 0,3-10 keV beobachten. Wir haben die Vorverstärker-, Verstärkungs-, Analog- und Verarbeitungsplatine im eigenen Haus entwickelt und unsere Maschinenwerkstatt bearbeitete das Chassis für das eigentliche Instrument HaloSat sowie die passive Abschirmung und die Grundplatten, an denen die Detektoren befestigt sind.

Der Raumfahrzeugbus wurde bei BCT gebaut. Das Raumschiff versorgt uns mit Strom, mehr Datenspeicherung, Kommunikation, Lageregelung, Sonnenkollektoren, Sonnensensoren usw. Wirklich alles, was für das Leben der Mission wichtig ist, wird vom Raumfahrzeugbus erledigt, und das Instrument macht das Kapital S Science.

Was macht HaloSat? Es ist ein Röntgenobservatorium, das den Halo der Milchstraße betrachten soll. Der Halo selbst ist ziemlich heiß, vermutlich aufgrund von Plasmaschocks durch SN oder einem anderen Mechanismus. Aufgrund seiner Temperatur ist der darin enthaltene Sauerstoff stark ionisiert. Hauptsächlich in O VII, O VIII und O IX, wobei O IX vollständig ionisierter Sauerstoff ist (O VII wird als „Oxygen Seven“ gesprochen, was sechsmal ionisierter Sauerstoff ist (ja, es ist dumm, aber OI ist neutraler Sauerstoff)). Das genaue Verhältnis von O VII:O VIII:O IX ist ein großartiger Indikator für die Temperatur im emittierenden Plasma, in dem die Stoßionisation vorherrscht. Die Rekombination von O VII und O VIII aus der freien Bindung (freies Elektron eingefangen und nun an Sauerstoff gebunden) sowie der gebundenen Bindung (Anregung und Rückführung in einen Grundzustand) emittiert in einer sehr regelmäßigen Kaskade von Photonen.

Die Menge dieser Photonen, die wir sehen, ist ein Indikator für die Sauerstoffmenge und damit für die Menge an baryonischer Materie im Plasma. Mehrere der O VII- und O VIII-Emissionsgruppierungen fallen in das Band von 0,5 bis 0,7 keV. Dadurch ist diese Bande sowohl in der Emission als auch in der Absorption besonders nützlich für die Röntgenastrophysik. Und HaloSat kann die O VII-Gruppierung von der O VIII lösen, obwohl es eine Menge Wissenschaft gibt, die wir tun könnten, wenn wir nicht dazu in der Lage wären. Wir machen auch keine Bilder, wir nehmen Spektren auf. Die SDD-Detektoren sind einzelne "Pixel"-Siliziumchips, und wir interessieren uns nur für die Gesamtzahl der einfallenden Photonen und nicht für das Bild.

Warum Sauerstoff und nicht Ne oder Fe oder Kohlenstoff? Das ist ein Gespräch für ein anderes Mal oder vielleicht einen anderen Astrophysiker.

Warum HaloSat und nicht Chandra oder XMM-Newton oder ROSAT oder Röntgenobservatorium hier einfügen? HaloSat hat ein großes Sichtfeld (FOV) und keine Optik. Unser Kreis-FOV mit 10 Grad Durchmesser wird durch eine Aluminiumscheibe eingestellt. Das FOV des Detektors ist sogar noch größer. HaloSat musterte den gesamten* Himmel mit 332 Zielen, wohingegen ein typisches Observatorium zehnmal so viel brauchte, um eine einzelne Beobachtung von HaloSat abzudecken. Röntgenstrahl-Zählraten von diffusem Hintergrund (Plasma des Halos der Milchstraße) sind so niedrig, dass Emissionsbeobachtungen bei kleinem FOV schwer über dem Hintergrund zu sehen sind. Unser großes FOV hilft uns, den diffusen Hintergrund über einen viel größeren Teil des Himmels zu erfassen. Wir können auch etwas länger auf einen einzelnen Teil des Himmels zielen, als wir es könnten, wenn wir die von anderen Observatorien benötigte Anzahl von Observationen aufnehmen müssten. Die meisten Beobachtungen des Halos werden durchgeführt, indem man die Absorption einer Hintergrundquelle durch den Vordergrundhalo betrachtet. Andere All-Sky Surveys wie ROSAT haben nicht die Auflösung für die Emissionslinien von Sauerstoff, die wir brauchen, um den baryonischen Gehalt zu unterscheiden. HaloSat hat nur eine Auflösung von etwa 0,07 keV und ein Energieniveau von 0,5-0,7 keV, aber das reicht für unsere Zwecke aus.

Wir haben auch die Möglichkeit, unsere Beobachtungen um die Kontamination verschiedener lokaler Phänomene herum zu planen, wie z. B. den Ladungsaustausch des heliosphärischen und magenetosphärischen Sonnenwinds (SWCX Hochionisierter Sauerstoff im Sonnenwind, der Ladung von den Neutralen im ISM oder der Geocorona stiehlt). Eine flexible Planung hilft uns, die Kontamination durch SWCX zu untersuchen und sie zu vermeiden, indem wir mit den Leuten von NASA Goddard zusammenarbeiten.

Ich habe 2016 hier in Iowa angefangen und konnte dabei helfen, eine weltraumgestützte Mission zu entwerfen, dann zu bauen, dann zu starten, Beobachtungen zu planen und Daten zu analysieren. Die Finanzierung selbst begann 2016 und wir erhalten jetzt im Herbst 2018 Spektren. Für einen Doktoranden war es großartig für meine Erfahrung in Instrumentierung, weltraumgestützten Missionsoperationen und Datenanalyse.

Ich beantworte gerne alle Fragen, tut mir leid, dass ich das so lange nicht gesehen habe.

HaloSat-Website:

http://halosat.physics.uiowa.edu/news.html

Halosat ist ein Soft-Röntgen-Detektor.

HaloSat ist ein 6U CubeSat, der in der Lage ist, die Sauerstofflinienemission aus dem heißen galaktischen Halo zu messen. Ein dedizierter CubeSat ermöglicht ein Instrumentendesign und eine Beobachtungsstrategie, um das Halo-Signal zu maximieren und gleichzeitig die Vordergründe von Wechselwirkungen des Ladungsaustauschs im Sonnenwind innerhalb des Sonnensystems zu minimieren. HaloSat bildet die Verteilung von heißem Gas in der Milchstraße ab und bestimmt, ob es einen ausgedehnten und damit massiven Halo ausfüllt oder ob der Halo kompakt ist und daher nicht wesentlich zur Gesamtmasse der Milchstraße beiträgt.

Es ist nicht wirklich ein Teleskop, es hat nicht diese Art von räumlicher Auflösung, es sucht nach bestimmten Wellenlängen, die mit heißem ionisiertem Gas verbunden sind.

HaloSat untersucht den weichen Röntgenhimmel, indem es die Röntgenstrahlung von mehr als 200 separaten Feldern mit jeweils 10 Grad Durchmesser misst. HaloSat arbeitet für mindestens 6 Monate mit einem Ziel von 12 Monaten und beobachtet für 45 Minuten auf der Nachtseite jeder 90-minütigen Satellitenumlaufbahn. Die Daten werden über die Wallops-Bodenstation der NASA übertragen. Der wissenschaftliche Betrieb wird von der University of Iowa und der Missionsbetrieb von Blue Canyon Technologies, Inc. aus Boulder, CO, durchgeführt.

Es verwendet kommerzielle Komponenten sowohl für das Fahrzeug als auch für den Detektor:

HaloSat verwendet einen kommerziellen CubeSat-Bus von Blue Canyon Technologies, Inc. und kommerziell erhältliche Röntgendetektoren von Amptek, Inc.

Im Gegensatz zu den viel komplexeren Röntgenteleskopen mit langer Plan-to-Fly-Zeit ist dies eine gezielte Mission, die nach einer Sache sucht.

(Zitate stammen alle von der NASA ISS-Webseite für den Satelliten )

Moderne kommerzielle Röntgendetektoren eignen sich besonders gut für Atomlinien. Zum Beispiel kann eine Standard-AmpTek-Einheit (nicht sicher, ob es die auf Halosat ist) dies tun:

Beachten Sie die gut getrennte Sauerstofflinie links bei 0,5 keV.