مرصد تشاندرا للأشعة السينية

مرصد تشاندرا للأشعة السينية ( CXO )، المعروف سابقًا باسم مرفق الفيزياء الفلكية المتقدمة للأشعة السينية ( AXAF )، هو تلسكوب فضائي من فئة "فلاغشيب" أُطلق على متن مكوك الفضاء كولومبيا خلال مهمة STS-93 التابعة لوكالة ناسا في 23 يوليو 1999. يتميز تشاندرا بحساسيته لمصادر الأشعة السينية الأضعف بمئة مرة من أي تلسكوب أشعة سينية سابق ، وذلك بفضل الدقة الزاوية العالية لمراياه. ونظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض يمتص الغالبية العظمى من الأشعة السينية ، فإنها لا تُكتشف بواسطة التلسكوبات الأرضية ؛ لذا، فإن التلسكوبات الفضائية ضرورية لإجراء هذه الملاحظات. يدور تشاندرا حول الأرض في مدار يستغرق 64 ساعة، وتستمر مهمته حتى عام 2025.يُعدّ مرصد تشاندرا أحد المراصد العظيمة ، إلى جانب تلسكوب هابل الفضائي ، ومرصد كومبتون لأشعة غاما (1991-2000)، وتلسكوب سبيتزر الفضائي (2003-2020). سُمّي التلسكوب تيمنًا بعالم الفيزياء الفلكية الهندي الأمريكي الحائز على جائزة نوبل، سوبرامانيان تشاندراسيكار . ^{[ 7 ]} تتشابه مهمته مع مهمة مركبة إكس إم إم-نيوتن الفضائية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي أُطلقت أيضًا عام 1999، إلا أن التلسكوبين يختلفان في تصميم البؤرة، إذ يتمتع تشاندرا بدقة زاوية أعلى بكثير، بينما يتميز إكس إم إم-نيوتن بقدرة طيفية أعلى .

رداً على خفض الكونغرس الأمريكي تمويل وكالة ناسا عام ٢٠٢٤ ، يواجه مرصد تشاندرا خطر الإغلاق المبكر رغم تبقي أكثر من عقد من التشغيل. وقد وُصف هذا الإغلاق بسخرية بأنه حدثٌ كارثيٌّ محتملٌ لعلم الفلك بالأشعة السينية في الولايات المتحدة. ^{[ ٨ ]} وقد أطلق فريقٌ من علماء الفلك حملة توعيةٍ عامةٍ لحثّ عددٍ كافٍ من المواطنين الأمريكيين على إقناع الكونغرس بتوفير التمويل اللازم لتجنب الإغلاق المبكر للمرصد. ^{[ ٩ ]}

في عام ١٩٧٦، اقترح ريكاردو جياكوني وهارفي تانانباوم على وكالة ناسا إنشاء مرصد تشاندرا للأشعة السينية (الذي كان يُسمى آنذاك AXAF) . وبدأت الأعمال التمهيدية في العام التالي في مركز مارشال لرحلات الفضاء (MSFC) ومرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (SAO)، حيث يُشغّل التلسكوب حاليًا لصالح ناسا ^{[ ١٠ ]} في مركز تشاندرا للأشعة السينية التابع لمركز الفيزياء الفلكية بجامعة هارفارد وسميثسونيان . وفي غضون ذلك، أطلقت ناسا في عام ١٩٧٨ أول تلسكوب تصويري للأشعة السينية، وهو تلسكوب أينشتاين (HEAO-2)، إلى مداره. واستمر العمل على مشروع AXAF طوال ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين. وفي عام ١٩٩٢، ولتقليل التكاليف، أُعيد تصميم المركبة الفضائية، حيث تم الاستغناء عن أربع من المرايا الاثنتي عشرة المخطط لها، بالإضافة إلى اثنين من الأجهزة العلمية الستة. تم تغيير مدار مرصد AXAF المخطط له إلى مدار بيضاوي، ليصل إلى ثلث المسافة إلى القمر عند أبعد نقطة له. وقد أدى هذا التغيير إلى إلغاء إمكانية تحسينه أو إصلاحه بواسطة مكوك الفضاء ، ولكنه وضع المرصد فوق أحزمة الإشعاع الأرضي لمعظم مداره. وقد قامت شركة TRW (التي تُعرف الآن باسم أنظمة نورثروب غرومان للفضاء) بتجميع واختبار مرصد AXAF في ريدوندو بيتش ، كاليفورنيا .

أُعيد تسمية مرصد AXAF إلى تشاندرا ضمن مسابقة نظمتها وكالة ناسا عام 1998، والتي استقطبت أكثر من 6000 مشاركة من جميع أنحاء العالم. ^{[ 11 ]} اقترح الفائزان في المسابقة، جاتيلا فان دير فين وتايرل جونسون (كانتا آنذاك مُدرسة وطالبة في المرحلة الثانوية على التوالي)، هذا الاسم تكريمًا لعالم الفيزياء الفلكية الهندي الأمريكي الحائز على جائزة نوبل، سوبرامانيان تشاندراسيكار . يُعرف تشاندراسيكار بإسهاماته في تحديد الكتلة القصوى للنجوم القزمة البيضاء ، مما أدى إلى فهم أعمق للظواهر الفلكية عالية الطاقة، مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء . ^{[ 7 ]} ومن المناسب أن اسم تشاندرا يعني "القمر" في اللغة السنسكريتية . ^{[ 12 ]}

كان من المقرر إطلاق المركبة الفضائية "تشاندرا" في ديسمبر 1998، ^{[ 11 ]} إلا أن الإطلاق تأجل لعدة أشهر، ليُطلق في النهاية في 23 يوليو 1999، الساعة 04:31  بالتوقيت العالمي المنسق، بواسطة مكوك الفضاء كولومبيا خلال مهمة STS-93 . تم فصل "تشاندرا" بواسطة كادي كولمان ^{[ 13 ]} من كولومبيا الساعة 11:47 بالتوقيت العالمي المنسق. اشتعل محرك المرحلة الأولى من المرحلة العلوية بالقصور الذاتي الساعة 12:48 بالتوقيت العالمي المنسق، وبعد احتراقه لمدة 125 ثانية وانفصاله، اشتعلت المرحلة الثانية الساعة 12:51 بالتوقيت العالمي المنسق واستمر احتراقها لمدة 117 ثانية. ^{[ 14 ]} بوزن 22,753 كيلوغرامًا (50,162 رطلًا) ، ^{[ 1 ]} كانت "تشاندرا" أثقل حمولة أُطلقت على الإطلاق بواسطة المكوك، وذلك نتيجة لنظام الصاروخ المعزز ذي المرحلتين، المرحلة العلوية بالقصور الذاتي، اللازم لنقل المركبة الفضائية إلى مدارها العالي.    

بدأ مرصد تشاندرا بإرسال البيانات منذ الشهر الذي تلى إطلاقه. ويتولى تشغيله مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (SAO) في مركز تشاندرا للأشعة السينية في كامبريدج، ماساتشوستس ، بدعم من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وشركة نورثروب غرومان لتكنولوجيا الفضاء. وقد تعرضت أجهزة اقتران الشحنة (CCD) الخاصة بجهاز ACIS لأضرار جسيمية خلال مرورها المبكر بحزام الإشعاع. ولمنع المزيد من التلف، يتم الآن إبعاد الجهاز عن مستوى بؤرة التلسكوب أثناء مروره.

على الرغم من أن العمر الافتراضي المتوقع لمرصد تشاندرا كان خمس سنوات، إلا أن وكالة ناسا مددت عمره إلى عشر سنوات في 4 سبتمبر/أيلول 2001 "استنادًا إلى النتائج المتميزة التي حققها المرصد". ^{[ 15 ]} ومن الناحية العملية، قد يستمر تشاندرا في العمل لفترة أطول بكثير. فقد أشارت دراسة أجريت عام 2004 في مركز تشاندرا للأشعة السينية إلى أن المرصد قد يستمر لمدة خمس عشرة سنة على الأقل. ^{[ 16 ]} وهو يعمل حاليًا اعتبارًا من عام 2026، وقد نشر مركز تشاندرا للأشعة السينية جدولًا زمنيًا للملاحظات القادمة. ^{[ 17 ]}

في يوليو 2008، تم اقتراح المرصد الدولي للأشعة السينية ، وهو مشروع مشترك بين وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ووكالة ناسا ووكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) ، ليكون المرصد الرئيسي التالي للأشعة السينية، ولكن تم إلغاؤه لاحقًا. ^{[ 18 ]} ثم أعادت وكالة الفضاء الأوروبية إحياء نسخة مصغرة من المشروع تحت اسم التلسكوب المتقدم لفيزياء الطاقة العالية (ATHENA)، مع اقتراح إطلاقه في عام 2028. ^{[ 19 ]}

في 10 أكتوبر/تشرين الأول 2018، دخل مرصد تشاندرا في وضع التشغيل الآمن نتيجة خلل في الجيروسكوب. وأفادت وكالة ناسا بأن جميع الأجهزة العلمية كانت سليمة. ^{[ 20 ] [ 21 ]} وفي غضون أيام، تم تحديد سبب الخطأ الذي بلغ 3 ثوانٍ في بيانات أحد الجيروسكوبات، ووُضعت خطط لإعادة تشاندرا إلى الخدمة الكاملة. وُضع الجيروسكوب الذي تعرض للخلل في وضع الاحتياط، وهو الآن سليم. ^{[ 22 ]}

في مارس 2024، قرر الكونغرس خفض تمويل وكالة ناسا ومهامها. وقد يؤدي ذلك إلى إنهاء هذه المهمة قبل أوانها. ^{[ 23 ]} وفي يونيو 2024، حثّ أعضاء مجلس الشيوخ وكالة ناسا على إعادة النظر في تخفيضات ميزانية مرصد تشاندرا الفضائي، وهو ما وافقت عليه الوكالة. ^{[ 24 ]}

لقد ساهمت البيانات التي جمعها مرصد تشاندرا بشكل كبير في تطوير مجال علم الفلك بالأشعة السينية . فيما يلي بعض الأمثلة على الاكتشافات التي دعمتها ملاحظات تشاندرا:

• أتاحت أول صورة ضوئية ، لبقايا المستعر الأعظم كاسيوبيا أ ، لعلماء الفلك أول لمحة عن الجسم المضغوط في مركز البقايا، والذي يُحتمل أن يكون نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود. ^{[ 25 ] [ 26 ]}
• في سديم السرطان ، وهو بقايا مستعر أعظم آخر، أظهر مرصد تشاندرا حلقة لم يسبق رؤيتها من قبل حول النجم النابض المركزي ونفثات لم ترَها التلسكوبات السابقة إلا جزئياً. ^{[ 27 ]}
• تم رصد أول انبعاث للأشعة السينية من الثقب الأسود فائق الكتلة ، القوس أ* ، في مركز مجرة ​​درب التبانة . ^{[ 28 ]}
• أكد تشاندرا أن الأشعة السينية في النجوم من النوع O تتولد من خلال الصدمات البلازمية المضمنة في رياحها. ^{[ 29 ]}
• عثر مرصد تشاندرا على كمية من الغاز البارد تفوق بكثير ما كان متوقعاً، وهو يدور حلزونياً نحو مركز مجرة ​​أندروميدا .
• تمت ملاحظة جبهات الضغط بالتفصيل لأول مرة في Abell 2142 ، حيث تندمج مجموعات المجرات.
• تم التقاط أقدم الصور بالأشعة السينية للموجة الصدمية لمستعر أعظم من نوع SN 1987A .
• أظهر مرصد تشاندرا لأول مرة ظل مجرة ​​صغيرة وهي تُلتهم من قبل مجرة ​​أكبر، في صورة لبرساوس أ .
• تم اكتشاف نوع جديد من الثقوب السوداء في مجرة ​​M82 ، وهي أجسام متوسطة الكتلة يُزعم أنها الحلقة المفقودة بين الثقوب السوداء ذات الحجم النجمي والثقوب السوداء فائقة الكتلة . ^{[ 30 ]}
• تم ربط خطوط انبعاث الأشعة السينية لأول مرة بانفجار أشعة جاما ، انفجار بيتهوفن GRB 991216. ^{[ 31 ]}
• اكتشف طلاب المدارس الثانوية، باستخدام بيانات تشاندرا، نجمًا نيوترونيًا في بقايا المستعر الأعظم IC 443. ^{[ 32 ]}
• تشير الملاحظات التي أجراها كل من تشاندرا وبيبوساكس إلى أن انفجارات أشعة جاما تحدث في مناطق تشكل النجوم .
• أشارت بيانات تشاندرا إلى أن RX J1856.5-3754 و 3C58 ، اللذين كان يُعتقد سابقًا أنهما نجمان نابضان، قد يكونان أجسامًا أكثر كثافة: نجوم الكواركات . ولا تزال هذه النتائج محل نقاش.
• تم رصد موجات صوتية ناتجة عن نشاط عنيف حول ثقب أسود فائق الكتلة في عنقود برساوس (2003).

• 

  شوهد TWA 5B، وهو قزم بني ، يدور حول نظام ثنائي من النجوم الشبيهة بالشمس .
• جميع النجوم تقريباً على التسلسل الرئيسي هي مصادر للأشعة السينية. ^{[ 33 ]}
• تم رصد ظل تيتان بالأشعة السينية عندما عبر سديم السرطان.
• انبعاثات الأشعة السينية من المواد المتساقطة من قرص كوكبي أولي إلى نجم. ^{[ 34 ]}
• تم قياس ثابت هابل بقيمة 76.9  كم/ث/ ميجابارسيك باستخدام تأثير سونيايف-زيلدوفيتش . ^{[ 35 ]}
• في عام 2006، وجد تشاندرا أدلة قوية على وجود المادة المظلمة من خلال مراقبة تصادم العناقيد المجرية العملاقة. ^{[ 36 ]}
• وفي عام 2006 أيضاً، كشفت حلقات وخيوط وأنابيب باعثة للأشعة السينية حول ثقب أسود فائق الكتلة داخل مجرة ​​ميسييه 87 عن وجود موجات ضغط وموجات صدمية وموجات صوتية. وقد يكون تطور مجرة ​​ميسييه 87 قد تأثر بشكل كبير. ^{[ 37 ]}
• ^{[ 38 ]} وضعت ملاحظات عنقود الرصاصة حدودًا على المقطع العرضي للتفاعل الذاتي للمادة المظلمة .
• صورة "يد الله" لـ PSR B1509-58 .
• لوحظ أن أشعة إكس لكوكب المشتري قادمة من القطبين، وليس من حلقة الشفق القطبي. ^{[ 39 ]}
• تم العثور على هالة كبيرة من الغاز الساخن تحيط بمجرة درب التبانة. ^{[ 40 ]}
• تمت ملاحظة المجرة القزمة فائقة الكثافة والإضاءة ، M60-UCD1 . ^{[ 41 ]}
• في الخامس من يناير/كانون الثاني 2015، أفادت وكالة ناسا بأن مرصد الأشعة السينية المركزي (CXO) رصد توهجًا للأشعة السينية أشد سطوعًا بـ 400 مرة من المعتاد، وهو رقم قياسي، قادمًا من القوس أ* ، الثقب الأسود فائق الكتلة في مركز مجرة ​​درب التبانة . ويُرجّح علماء الفلك أن يكون هذا الحدث غير المألوف ناتجًا عن تفكك كويكب سقط في الثقب الأسود، أو عن تشابك خطوط المجال المغناطيسي داخل الغاز المتدفق إلى القوس أ*. ^{[ 42 ]}
• في سبتمبر 2016، أُعلن أن مرصد تشاندرا قد رصد انبعاثات أشعة سينية من بلوتو ، وهو أول رصد للأشعة السينية من جسم في حزام كايبر . وكان تشاندرا قد أجرى هذه الرصدات في عامي 2014 و2015، لدعم مركبة نيو هورايزونز الفضائية في رحلتها إلى بلوتو في يوليو 2015. ^{[ 43 ]}
• في سبتمبر 2020، أفادت التقارير أن مرصد تشاندرا ربما يكون قد رصد كوكبًا خارج المجموعة الشمسية في مجرة ​​الدوامة ، والذي سيكون أول كوكب يُكتشف خارج مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}
• في أبريل 2021، أعلنت وكالة ناسا عن نتائج مرصدها في تغريدة جاء فيها: "علماء الفلك يكتشفون أن أورانوس يُصدر أشعة سينية". سيكون لهذا الاكتشاف "آثارٌ بالغة الأهمية لفهم أورانوس" إذا تأكد أن الأشعة السينية مصدرها الكوكب نفسه وليست صادرة عن الشمس. ^{[ 47 ]}

على عكس التلسكوبات البصرية التي تمتلك أسطحًا مكافئة بسيطة مطلية بالألومنيوم (مرايا)، تستخدم تلسكوبات الأشعة السينية عمومًا تلسكوب وولتر الذي يتكون من أسطح مكافئة ومضاعفة أسطوانية متداخلة مطلية بالإيريديوم أو الذهب . تمتص أسطح المرايا العادية فوتونات الأشعة السينية ، لذا فإن المرايا ذات زاوية السقوط المنخفضة ضرورية لعكسها. يستخدم مرصد تشاندرا أربعة أزواج من المرايا المتداخلة، بالإضافة إلى هيكلها الداعم، والذي يُسمى مجموعة المرايا عالية الدقة (HRMA)؛ ركيزة المرآة مصنوعة من زجاج بسمك 2 سم، مع سطح عاكس مطلي بالإيريديوم بسمك 33 نانومتر، وأقطارها 65 سم، 87 سم، 99 سم، و123 سم. ^{[ 48 ]} سمحت الركيزة السميكة والتلميع الدقيق للغاية بالحصول على سطح بصري دقيق للغاية، وهو المسؤول عن دقة تشاندرا التي لا مثيل لها: حيث يتم تركيز ما بين 80% و95% من طاقة الأشعة السينية الواردة في دائرة قطرها ثانية قوسية واحدة . ومع ذلك، فإن سمك الركيزة يحد من نسبة الفتحة التي يتم ملؤها، مما يؤدي إلى انخفاض مساحة التجميع مقارنة بـ XMM-Newton .      

يُمكّن مدار تشاندرا الإهليلجي للغاية من الرصد المستمر لمدة تصل إلى 55 ساعة من دورته المدارية التي تبلغ 64 ساعة . عند أبعد نقطة مدارية له عن الأرض، يُعد تشاندرا أحد أبعد الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض. ويأخذه هذا المدار إلى ما وراء الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض، وإلى ما وراء حزام فان ألين الخارجي . ^{[ 49 ]}

بفضل دقة زاوية تبلغ 0.5 ثانية قوسية (2.4 ميكروراديان)، يمتلك تشاندرا دقة أفضل بأكثر من 1000 مرة من دقة أول تلسكوب للأشعة السينية يدور حول الأرض.

يستخدم تلسكوب CXO جيروسكوبات ميكانيكية ، ^{[ 50 ]} وهي عبارة عن مستشعرات تساعد في تحديد اتجاه توجيه التلسكوب. ^{[ 51 ]} تشمل أنظمة الملاحة والتوجيه الأخرى الموجودة على متن CXO كاميرا زاوية، ومستشعرات للأرض والشمس ، وعجلات رد فعل . كما يحتوي على مجموعتين من المحركات النفاثة، إحداهما للحركة والأخرى لتفريغ الزخم. ^{[ 51 ]}

تحتوي وحدة الأدوات العلمية (SIM) على جهازي المستوى البؤري، وهما مطياف التصوير CCD المتقدم (ACIS) وكاميرا عالية الدقة (HRC)، ويتم تحريك أي منهما حسب الحاجة إلى وضعه في مكانه أثناء عملية الرصد.

يتكون جهاز ACIS من 10 رقاقات CCD ، ويُوفر صورًا ومعلومات طيفية للجسم المرصود. ويعمل ضمن نطاق طاقة الفوتون من 0.2 إلى 10 كيلو إلكترون فولت . أما جهاز HRC، فيحتوي على مكونين من ألواح القنوات الدقيقة، ويُوفر صورًا ضمن نطاق طاقة الفوتون من 0.1 إلى 10  كيلو إلكترون فولت. كما يتميز بدقة زمنية تبلغ 16 ميكروثانية . ويمكن استخدام كلا الجهازين بشكل منفرد أو بالاقتران مع أحد محززي النقل الموجودين في المرصد .

توفر محززات النقل، التي تتحرك داخل المسار البصري خلف المرايا، لمرصد تشاندرا طيفًا عالي الدقة. يعمل مطياف محزز النقل عالي الطاقة  (HETGS) ضمن نطاق طاقة يتراوح بين 0.4 و10 كيلو إلكترون فولت، ويتميز بدقة طيفية تتراوح بين 60 و1000. أما مطياف محزز النقل منخفض الطاقة (LETGS) فيعمل ضمن نطاق طاقة يتراوح بين 0.09 و3  كيلو إلكترون فولت، ويتميز بدقة طيفية تتراوح بين 40 و2000.

ملخص: ^{[ 52 ]}

• كاميرا عالية الدقة (HRC)
• مطياف التصوير CCD المتقدم (ACIS)
• مطياف محزز النقل عالي الطاقة (HETGS)
• مطياف محزز النقل منخفض الطاقة (LETGS)

• 
  الأشعة السينية لكوكب بلوتو
• 
  كوكب المشتري تحت ضوء الأشعة السينية
• 
  بقايا مستعر تيكو الأعظمي تحت ضوء الأشعة السينية
• 
  المستعر الأعظم SN 2006gy (أعلى اليمين) والمجرة الأم NGC 1260
• 
  مدار CXO اعتبارًا من 7 يناير 2014
• 
  قلب M31 تحت ضوء الأشعة السينية
• 
  PSR B1509-58 – أحمر، أخضر، وأزرق/طاقة قصوى
• 
  قد تمنع الاضطرابات تجمعات المجرات من التبريد.
• 
  توهج أشعة سينية ساطع من القوس أ* ، ثقب أسود فائق الكتلة في مجرة ​​درب التبانة ^{[ 42 ]}
• 
  SNR 0519–69.0 – بقايا نجم منفجر في سحابة ماجلان الكبرى
• 
  صور تم نشرها احتفالاً بالسنة الدولية للضوء 2015
• 
  مجموعة من النجوم المتشكلة حديثًا في سديم الجبار
• 
  جي كي بيرسي : نوفا عام 1901
• 
  حلقات ضوئية من الأشعة السينية من نجم نيوتروني في سيرسينوس إكس-1
• 
  سيغنوس إكس-1 ، أول ثقب أسود قوي تم اكتشافه
• 
  صورة لحقل تشاندرا العميق الجنوبي، والتي قدرت كيمبرلي أركاند أنها تُظهر 5000 ثقب أسود

• أجايل (قمر صناعي) ، تلسكوب مداري إيطالي للأشعة السينية
• برنامج المراصد العظيمة
• قائمة الحقول العميقة
• قائمة التلسكوبات الفضائية
• قائمة تلسكوبات الأشعة السينية الفضائية
• مرصد لينكس للأشعة السينية ، خليفة محتمل
• نوستار
• سوزاكو ، قمر صناعي شقيق منبثق من AXAF-S (مطياف).
• علم الفلك بالأشعة السينية

• شوارتز، دوغلاس أ.؛ وولك، سكوت ج.؛ فروسيون، أنطونيلا (20 أبريل 2010). "العقد الأول من اكتشاف تشاندرا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 107 (16): 7127-7134 . Bibcode : 2010PNAS..107.7127S . doi : 10.1073/pnas.0914464107 . PMC 2867717. PMID 20406906 .  

• مرصد تشاندرا للأشعة السينية على موقع NASA.gov
• مرصد تشاندرا للأشعة السينية في جامعة هارفارد (Harvard.edu)
• مركز تشاندرا للأشعة السينية (CXC) في جامعة هارفارد.edu
• مرصد تشاندرا للأشعة السينية على يوتيوب
• بودكاست تشاندرا (2010) من إنتاج أسترونومي كاست