المرصد الدولي للأشعة السينية

كان مرصد الأشعة السينية الدولي ( IXO ) مشروعًا ملغيًا لتلسكوب الأشعة السينية، وكان من المقرر إطلاقه عام 2021 بجهود مشتركة بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ووكالة استكشاف الفضاء اليابانية ( JAXA ). في مايو 2008، شكلت وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا فريق تنسيق يضم الوكالات الثلاث، بهدف دراسة إمكانية إنشاء مهمة مشتركة تدمج مشروعي XEUS ومرصد كونستليشن-إكس (Con-X) الجاريين. وقد اقترح هذا بدء دراسة مشتركة لمرصد IXO. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} اضطرت ناسا إلى إلغاء المرصد بسبب قيود الميزانية في السنة المالية 2012. مع ذلك، قررت وكالة الفضاء الأوروبية إعادة إطلاق المهمة ضمن برنامجها الخاص لتطوير تلسكوب متقدم لفيزياء الطاقة العالية، كجزء من برنامج الرؤية الكونية . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

تُعدّ عمليات رصد الأشعة السينية بالغة الأهمية لفهم بنية النجوم والمجرات والكون ككل وتطورها. تكشف صور الأشعة السينية عن النقاط الساخنة في الكون، وهي مناطق اكتسبت فيها الجسيمات طاقةً أو ارتفعت درجات حرارتها إلى مستويات عالية جدًا بفعل المجالات المغناطيسية القوية والانفجارات العنيفة وقوى الجاذبية الهائلة . كما ترتبط مصادر الأشعة السينية في السماء بمراحل مختلفة من تطور النجوم ، مثل بقايا المستعرات العظمى والنجوم النيوترونية والثقوب السوداء . ^{[ 7 ]}

كان من المفترض أن يستكشف مشروع IXO عالم الأشعة السينية ويتناول الأسئلة الأساسية والمهمة التالية في الفيزياء الفلكية :

• ماذا يحدث بالقرب من ثقب أسود؟
• كيف نمت الثقوب السوداء فائقة الكتلة؟
• كيف تتشكل الهياكل واسعة النطاق؟
• ما هي العلاقة بين هذه العمليات؟

للإجابة على هذه التساؤلات العلمية، كان من المفترض أن يقوم مرصد IXO بتتبع مدارات قريبة من أفق حدث الثقوب السوداء، وقياس دوران الثقوب السوداء لمئات من النوى المجرية النشطة ، واستخدام التحليل الطيفي لتوصيف التدفقات الخارجية وبيئة النوى المجرية النشطة خلال ذروة نشاطها، والبحث عن ثقوب سوداء فائقة الكتلة حتى الانزياح الأحمر z = 10، ورسم خرائط الحركات الكلية والاضطرابات في عناقيد المجرات ، والعثور على الباريونات المفقودة في الشبكة الكونية باستخدام الكوازارات الخلفية ، ومراقبة عملية التغذية الراجعة الكونية حيث تضخ الثقوب السوداء الطاقة على نطاق المجرات وما بين المجرات. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

سيسمح هذا لعلماء الفلك بفهم تاريخ وتطور المادة والطاقة بشكل أفضل، والمادة المرئية والمادة المظلمة ، بالإضافة إلى تفاعلها أثناء تكوين أكبر الهياكل.

على الصعيد المحلي، كانت عمليات رصد IXO ستساهم في تحديد معادلة الحالة في النجوم النيوترونية، وخصائص دوران الثقوب السوداء ، ومتى وكيف تم تكوين العناصر وانتشارها في الفضاء الخارجي ، وغير ذلك الكثير. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

لتحقيق هذه الأهداف العلمية، يتطلب مرصد IXO مساحة تجميع كبيرة للغاية مقترنة بدقة زاوية جيدة من أجل توفير حساسية لا مثيل لها لدراسة الكون ذي الانزياح الأحمر العالي ولتحليل طيفي عالي الدقة لمصادر الأشعة السينية الساطعة. ^{[ 15 ]}

تتطلب هذه التقنية مساحة تجميع كبيرة لأن التلسكوبات في علم الفلك تجمع الضوء وتنتج الصور عن طريق رصد الفوتونات وعدّها . يحدد عدد الفوتونات المجمعة مدى معرفتنا بحجم الجسم المرصود أو طاقته أو كتلته. كلما زاد عدد الفوتونات المجمعة، كانت الصور والأطياف أفضل ، مما يوفر بالتالي إمكانيات أفضل لفهم العمليات الكونية. ^{[ 7 ]}

كان جوهر مهمة IXO عبارة عن مرآة واحدة كبيرة للأشعة السينية بمساحة تجميع تصل إلى 3 أمتار مربعة ودقة زاوية تبلغ 5 ثوانٍ قوسية ، وهو ما يتم تحقيقه بواسطة منصة بصرية قابلة للتمديد بطول بؤري يبلغ 20 مترًا. ^{[ 3 ] [ 16 ]}

تتمثل إحدى السمات الرئيسية لتصميم مرآة IXO في مجموعة مرآة واحدة (مجموعة مرآة الطيران، FMA)، والتي تم تحسينها لتقليل الكتلة إلى الحد الأدنى مع زيادة مساحة التجميع إلى الحد الأقصى، ومنصة بصرية قابلة للتمديد. ^{[ 17 ]}

على عكس الضوء المرئي ، لا يمكن تركيز الأشعة السينية عند سقوطها عموديًا، لأنها ستُمتص في المرآة. لذا، ستستخدم مرايا مرصد IXO، كغيرها من تلسكوبات الأشعة السينية السابقة ، زوايا سقوط مائلة، مما يؤدي إلى تشتت الأشعة بزاوية ضحلة جدًا. ونتيجة لذلك، تتكون تلسكوبات الأشعة السينية من أغلفة أسطوانية متداخلة، حيث يكون سطحها الداخلي هو السطح العاكس. ومع ذلك، ولأن الهدف هو جمع أكبر عدد ممكن من الفوتونات، سيحتوي مرصد IXO على مرآة يزيد قطرها عن 3 أمتار.

بما أن زاوية السقوط تتناسب عكسيًا مع طاقة الفوتون، فإن الأشعة السينية ذات الطاقة العالية تتطلب زوايا سقوط أصغر (أقل من درجتين) للتركيز. وهذا يعني زيادة البعد البؤري مع ازدياد طاقة الفوتون، مما يجعل بناء تلسكوبات الأشعة السينية صعبًا إذا رُغِبَ في تركيز الفوتونات ذات الطاقات الأعلى من بضعة كيلو إلكترون فولت. لهذا السبب، يتميز مرصد IXO بمنصة بصرية قابلة للتمديد توفر بعدًا بؤريًا يبلغ 20 مترًا. وقد تم اختيار هذا البعد البؤري لمرصد IXO كحل وسط مناسب بين الاحتياجات العلمية لقدرة متقدمة على جمع الفوتونات في نطاقات الطاقة العالية والقيود الهندسية. ولأن غطاء الحمولة ليس كبيرًا بما يكفي لاستيعاب مرصد بطول 20 مترًا، فإن مرصد IXO مزود بهيكل قياس قابل للنشر بين هيكل المركبة الفضائية ووحدة الأجهزة.

تتطلب الأهداف العلمية لمرصد IXO جمع معلومات متعددة باستخدام تقنيات مختلفة مثل التحليل الطيفي ، والتوقيت، والتصوير ، والاستقطاب . ولذلك، كان من المفترض أن يحمل مرصد IXO مجموعة من أجهزة الكشف التي كانت ستوفر بيانات تكميلية في التحليل الطيفي، والتصوير ، والتوقيت، والاستقطاب لمصادر الأشعة السينية الكونية للمساعدة في فهم العمليات الفيزيائية التي تحدث فيها. ^{[ 3 ]}

كان من الممكن أن يوفر جهازان مطيافان عاليان الدقة، أحدهما مقياس حراري دقيق (XMS) أو مطياف تصوير تبريدي ( CIS ) ومجموعة من محززات التشتت (XGS)، أطيافًا عالية الجودة ضمن نطاق التردد 0.1-10 كيلو إلكترون فولت حيث توجد خطوط الأشعة السينية لمعظم الأيونات الوفيرة في الفيزياء الفلكية . ^{[ 18 ]}

كان من شأن التحليل الطيفي المفصل الذي توفره هذه الأجهزة أن يمكّن علماء الفلك المتخصصين في الطاقة العالية من دراسة درجة حرارة البلازما وتكوينها وسرعتها في الكون. علاوة على ذلك، فإن دراسة خصائص طيفية محددة للأشعة السينية تكشف عن ظروف المادة في مجالات الجاذبية الشديدة، كما هو الحال حول الثقوب السوداء فائقة الكتلة . ويضيف تغير التدفق بُعدًا آخر من خلال ربط الانبعاث بحجم المنطقة المُصدرة وتطورها بمرور الوقت؛ وكان من شأن مطياف الدقة الزمنية العالية (HTRS) الموجود على متن مرصد IXO أن يسمح بإجراء هذه الأنواع من الدراسات في نطاق طاقة واسع وبحساسية عالية. ^{[ 19 ]}

قامت أجهزة الكشف عن التصوير واسع المجال والتصوير بالأشعة السينية الصلبة (WFI/HXI) معًا بتصوير السماء حتى مجال رؤية يبلغ 18 دقيقة قوسية بدقة متوسطة (أقل من 150 إلكترون فولت حتى 6 كيلو إلكترون فولت وأقل من 1 كيلو إلكترون فولت (نصف العرض عند نصف الارتفاع) عند 40 كيلو إلكترون فولت). ^{[ 20 ]}

كان من الممكن أن يكون جهاز التصوير بالأشعة السينية المستقطب التابع لمرصد IXO أداة قوية لاستكشاف مصادر مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء ، وقياس خصائصها وكيفية تأثيرها على محيطها. ^{[ 21 ]}

كان من المفترض أن توضع أجهزة الكشف على منصتين للأجهزة: منصة الأجهزة المتحركة (MIP) ومنصة الأجهزة الثابتة (FIP). وتُعدّ منصة الأجهزة المتحركة ضرورية لأن تلسكوبات الأشعة السينية لا يمكن طيها كما هو الحال مع تلسكوبات الطيف المرئي. لذا، كان من المفترض أن يستخدم مرصد IXO منصة الأجهزة المتحركة التي تضم أجهزة الكشف التالية: جهاز تصوير واسع المجال، وجهاز تصوير بالأشعة السينية الصلبة، ومطياف تصوير عالي الدقة الطيفية، ومطياف عالي الدقة الزمنية، ومقياس استقطاب، ثم يقوم بتدويرها بالتناوب لضبط البؤرة. ^{[ 22 ]}

كان من المفترض أن يُوضع مطياف محزز الأشعة السينية على منصة الأجهزة الثابتة. وهو مطياف مُشتِّت للطول الموجي، وكان من شأنه أن يوفر دقة طيفية عالية في نطاق الأشعة السينية اللينة. ويمكن استخدامه لتحديد خصائص الوسط بين المجرات الدافئ الساخن، والتدفقات الخارجة من النوى المجرية النشطة، وانبعاثات البلازما من هالات النجوم. ^{[ 23 ]}

كان جزء من شعاع المرآة يُوجَّه إلى كاميرا CCD، التي تعمل بالتزامن مع جهاز MIP الرصدي، وتجمع بيانات الخلفية الآلية، التي قد تحدث عندما لا يكون الجهاز في موضع البؤرة. ولتجنب تداخل الإشارات الفلكية الخافتة جدًا مع إشعاع التلسكوب، يجب تبريد التلسكوب وجميع أجهزته. لذلك، كانت منصة أجهزة IXO مزودة بدرع كبير يحجب ضوء الشمس والأرض والقمر ، الذي كان سيرفع درجة حرارة التلسكوب ويؤثر على عمليات الرصد .

ستوفر بصريات وأجهزة مرصد IXO زيادة تصل إلى 100 ضعف في المساحة الفعالة لإجراء قياسات طيفية عالية الدقة، وقياسات طيفية عميقة، وتوقيت طيفي دقيق للغاية (بالميكروثانية) مع قدرة عالية على معدل العد. ^{[ 7 ]} يُعادل تحسين أداء مرصد IXO مقارنةً بمهام الأشعة السينية الحالية الانتقال من تلسكوب بالومار ذي المرآة الرئيسية بقطر 200 بوصة إلى تلسكوب بقطر 22 مترًا، مع التحول في الوقت نفسه من تصوير النطاق الطيفي إلى مطياف المجال المتكامل.

كان من المقرر إطلاق IXO في عام 2021، حيث سيدخل مدار L2 على متن صاروخ أريان 5 أو أطلس 5. ^{[ 3 ]}

تم تصميم IXO للعمل لمدة لا تقل عن 5 سنوات، بهدف الوصول إلى 10 سنوات، لذلك كان من المتوقع أن تستمر عمليات IXO العلمية من عام 2021 إلى عام 2030. ^{[ 3 ]}

• تلسكوب متطور لفيزياء الطاقة العالية
• أركوس
• برنامج ما وراء أينشتاين
• مرصد تشاندرا للأشعة السينية
• مرصد كونستليشن-إكس
• برنامج المراصد العظيمة
• هوائي فضائي يعمل بتقنية التداخل الليزري
• مرصد لينكس للأشعة السينية
• XEUS

• موقع مهمة مرصد ناسا الدولي للأشعة السينية، مؤرشف بتاريخ 31 يناير 2017 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• موقع مهمة مرصد الأشعة السينية الدولي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية
• كاثرين سيزارسكي، السنة الدولية لعلم الفلك 2009، الكون: بين يديك لاكتشافه. مؤرشف في 6 مارس 2012 على موقع Wayback Machine.
• نظرة عامة على برنامج XEUS التابع لوكالة الفضاء الأوروبية
• وكالة الفضاء الأوروبية – الملاحظات: الرؤية بأطوال موجات الأشعة السينية
• المسح العشري لعلم الفلك 2010
• المسح العشري 2000-2010