НАСА приоткрывает завесу скрытой Вселенной с помощью рентгеновской оптики

Ученые изучают рентгеновское излучение космических объектов, чтобы раскрыть тайны Вселенной как на крупнейших, так и на самых маленьких масштабах. Рентгеновские лучи испускаются черными дырами, поглощающими соседние звезды, горячими газами, окружающими галактики, и могут помочь понять, могут ли звезды поддерживать планеты, пригодные для жизни. Эти наблюдения показали, что большая часть видимого вещества Вселенной — это горячий газ между галактиками, и что для объяснения динамики скоплений галактик необходимо наличие «темной материи». Темная материя также преобладает в массах галактических скоплений и управляет расширением Вселенной.

На малых масштабах рентгеновские наблюдения позволяют изучать экзотические объекты, такие как белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Эти объекты создают условия экстремальной плотности, давления и температуры, что делает их уникальными «лабораториями», позволяющими изучать физические явления, которые невозможно воспроизвести на Земле. Такие исследования помогают раскрывать законы физики на субатомном уровне и, например, изучать состояние вещества внутри нейтронных звезд.

Ведущие разработки в области рентгеновских телескопов ведутся в Центре космических полетов НАСА имени Маршалла ( MSFC ). Здесь создаются инновационные системы зеркал, отражающие рентгеновские лучи под малым углом, что позволяет получать четкие изображения объектов. Одним из классических решений является система Вольтер-I, в которой используются два отражающих сегмента — параболический и гиперболический. Это решение позволяет эффективно собирать рентгеновский свет и создавать изображение с высоким отношением сигнал-шум.

За последние десятилетия MSFC разработал и испытал множество рентгеновских оптических систем, которые были использованы в различных миссиях, включая наблюдения объектов в диапазоне жестких рентгеновских лучей, таких как пульсары и активные галактические ядра. Одна из последних миссий — это запуск ракеты с улучшенными рентгеновскими оптиками в 2024 году, которая достигла рекордной угловой разрешающей способности для подобных систем.

Для достижения высоких результатов в создании рентгеновских телескопов требуется предельно точная обработка оптических элементов. В MSFC используются технологии электролитического формирования никеля, позволяющие изготавливать зеркальные оболочки с высокой точностью. Специалисты работают над улучшением всех этапов производства, включая снижение искажений, возникающих на этапах формовки и отделения зеркальных слоев.

Также важную роль в разработке рентгеновских телескопов играют испытательные установки. В MSFC существуют вакуумные камеры длиной до 500 метров, где создаются условия для тестирования телескопов с имитацией космических условий. Эти установки используются учеными для проверки рентгеновских телескопов, которые в дальнейшем отправляются в космос.

Сообщество астрофизиков проводит регулярные исследования, чтобы определить требования к новым рентгеновским телескопам. Важность высокоразрешающих и высокоэффективных рентгеновских оптик была подчеркнута в последнем отчете Национальной академии наук США.