Tin tức và phân tích của tất cả các thiết bị di động

Các công cụ của Pháp SVOM, để tìm kiếm vụ nổ tia gamma!

Bản tóm tắt
  • Lý thuyết thu gọn
  • Mọi lúc, SVOM…
  • Phát hiện những người khác
  • FLASHES của thiên tài
  • Thời gian phản ứng tối thiểu
  • Trong mắt của động vật giáp xác

Nhiệm vụ SVOM CNES Trung Quốc vụ nổ tia gamma © CNES / CNSA / SVOM

ECLAIRs và MXT đã sẵn sàng đến Trung Quốc, từ đó họ sẽ cất cánh cho một sứ mệnh thiên văn chung và chưa từng có: SVOM. Để tìm kiếm các vụ nổ tia gamma, chúng sẽ là liên kết trong một chuỗi các quan sát ở biên giới của kỹ thuật và sự cộng tác. Chúng tôi đã đến gặp họ tại CNESỞ Toulouse.

Từ những sự kiện tràn đầy năng lượng nhất trong vũ trụ đến đôi mắt của tôm hùm.

Lý thuyết thu gọn

Dấu vết đầu tiên được ghi lại bằng tài liệu về “bầu trời thoáng qua” xảy ra vào năm 1054, khi một ngôi sao phát nổ trong một siêu tân tinh, tạo ra Tinh vân Con cua. Chính các nhà thiên văn Trung Quốc đã lập danh mục và ghi chép chính xác nó, trước khi nó được phát hiện lại ở phương Tây trong những thế kỷ sau và vào năm 1968, một pulsar đã được xác định ở đó, một nguồn tia gamma mạnh, dạng ánh sáng năng lượng nhất. Các nhà khoa học Pháp, trong lịch sử phát hiện hiện đại ngắn ngủi của các nguồn phát xạ gamma, rất tích cực, đặc biệt là trong lĩnh vực cụ thể của các vụ nổ tia gamma.

Tinh vân Con cua 1

Những tín hiệu này rất ngắn, kéo dài vài giây đến vài phút, và được phát ra khi một ngôi sao sụp đổ tạo thành một lỗ đen, hoặc khi hai ngôi sao neutron va chạm. Một sự kiện hiếm hoi … tốt, không quá nhiều trên quy mô của vũ trụ! Trên toàn bộ bầu trời, có thể phát hiện khoảng một vụ nổ mỗi ngày, và những vụ nổ này rất được các nhà vật lý thiên văn quan tâm. Bởi vì kể từ lần quan sát thông thường đầu tiên có thể phát hiện ra nguồn phát ra vụ nổ tia gamma vào năm 1995, chúng ta biết rằng một phần lớn trong số chúng ở rất xa: đó là sự kết thúc ngoạn mục của “thế hệ đầu tiên” của các ngôi sao vũ trụ có năng lượng truyền đến chúng ta như một tiếng vọng, gần 13 tỷ năm sau. Vào năm 2009, một vụ nổ tia gamma đã được phát hiện, ở khoảng cách xa đến mức nó có thể xảy ra chỉ 625 triệu năm sau Vụ nổ lớn!

Mọi lúc, SVOM…

Lĩnh vực vật lý thiên văn vẫn còn rất non trẻ này đặt ra nhiều câu hỏi, và các nhà khoa học đang tự hỏi, chẳng hạn, liệu có thể nhờ vào việc nghiên cứu các vụ nổ này (và các tia năng lượng ít hơn sau đó được tạo ra bởi cùng một nguồn) để xác định các thông số của trẻ Vũ trụ và những ngôi sao đầu tiên của nó… Điều quan trọng nhất trước hết là cho chúng ta cơ hội để xác định vị trí của chúng, nghiên cứu chúng nhanh nhất và chính xác nhất có thể để hiểu rõ hơn về chúng. Và đó là nơi các kính viễn vọng không gian chuyên dụng trở nên hữu ích, đóng vai trò “máy dò sớm”, định hướng các nỗ lực trên khắp thế giới xung quanh các vụ nổ mà họ vừa chụp được.

Sứ mệnh của SVOM Công cụ CNES © CNES

Pháp đã tham gia vào một sứ mệnh như vậy với Granat, sau đó Hoa Kỳ triển khai Swift vào năm 2004. Và vệ tinh tiếp theo rời đi, sẽ mang lại một bước nhảy vọt thực sự trong lĩnh vực này, là sự hợp tác Pháp-Trung (hoặc Trung-Pháp) , SVOM. SVOM sẽ được định vị ở độ cao khoảng 625 km, với độ nghiêng khoảng 30 °. Nhiệm vụ sẽ đi vào hoạt động và “sản xuất” các phát hiện của mình vào cuối năm 2023, hai đến ba tháng sau khi cất cánh. Nhiệm vụ đầy đủ của nó sẽ kéo dài ít nhất 3 nhiều năm, nhiều khả năng 5và thậm chí có thể nhiều hơn nữa, các nhà khoa học đã hy vọng.

Phát hiện những người khác

SVOM (Màn hình thiên văn biến thiên đa băng tần dựa trên không gian), sẽ được phóng từ địa điểm Xichang ở Trung Quốc và do đó sẽ là một vệ tinh để quan sát và phát hiện nhanh các vụ nổ tia gamma. Nó sẽ có thể tin tưởng vào hai thiết bị của Pháp là ECLAIRs và MXT, và vào mối quan hệ đối tác mở rộng ra ngoài các hoạt động vũ trụ … Vì mục tiêu là phối hợp sử dụng mạng VHF gồm hơn 40 trạm trên toàn cầu, các quan sát của kính thiên văn có sẵn trên mặt đất trong một thời gian cực ngắn: giữa 1 và 3 vài phút sau khi phát hiện!

Nhiệm vụ cũng sẽ bắt tay hai công cụ của Trung Quốc, cuối cùng liên quan đến một số lượng lớn các phòng thí nghiệm và cơ quan (CNES, CEA, IRAP – và nhiều cơ quan khác có liên quan – bên Pháp, CNSA, CAS, SECM và NSSC bên Trung Quốc), không có thậm chí tính đến các thực thể trên mặt đất. SVOM và trọng lượng 930 kg của nó khi cất cánh là một trong hai sự hợp tác chính giữa Pháp và Trung Quốc trong không gian, sau vệ tinh CFOSat nghiên cứu gió và sóng từ quỹ đạo thấp trong ba năm nay.

Công cụ ECLAIRs SVOM CNES © E. Bottlaender cho Clubic

Đó là sự hợp tác kéo dài hơn mười năm, rất phức tạp để thực hiện… tất nhiên là đối với các câu hỏi khoa học (các công cụ là sáng tạo) nhưng cũng là địa chính trị giữa các nhà công nghiệp Pháp và Trung Quốc. Và ngay cả vì lý do sức khỏe: đại dịch và việc đóng cửa giao thương với Trung Quốc trong một thời gian đã làm chậm lại đáng kể dự án vào năm 2020. Thật xấu hổ cho các đội chung vốn mới gặp nhau trong vài tháng để mở ra những điểm khó cuối cùng. kỹ thuật.

FLASHES của thiên tài

Máy dò chính của sứ mệnh SVOM vẫn được đặt trong phòng sạch của nó vài ngày, trên trang CNES ở Toulouse. Đây là thiết bị ECLAIRs, sẽ có nhiệm vụ nặng nề là chụp và định vị các vụ nổ tia gamma bằng cách sử dụng cảm biến cụ thể của nó. Về mặt chính thức, nó là một “kính thiên văn khẩu độ được mã hóa trường rộng”, mặc dù trong điều kiện hiện tại ngay trước khi nó được gửi đến Trung Quốc, nó chủ yếu là một hình thang kín lớn 80kg.

Nhưng bên trong, nó là một viên ngọc quý về thiết kế và kỹ thuật. Bởi vì dưới trang bìa, trước tiên chúng ta tìm thấy thứ trông giống như một mê cung hoặc một Mã QR lớn, 54 cm ở một bên. Đây là “mặt nạ được mã hóa” của ECLAIRs, hoạt động trên nguyên tắc tương tự như đồng hồ mặt trời: một chùm tia gamma sẽ chiếu hình ảnh của mặt nạ lên ma trận cảm biến chính của nó nằm bên dưới và được trang bị 6400 máy dò. Tùy thuộc vào góc và vị trí của vụ nổ trên bầu trời, phép chiếu sẽ không giống nhau trên ma trận, và với dữ liệu định hướng vệ tinh, máy tính trên bo mạch sẽ có thể tìm thấy rất chính xác nguồn của tia gamma. nổ tung trên bầu trời.

Nhiệm vụ SVOM Mặt nạ được mã hóa CNES ECLAIRs © E. Bottlaender cho Clubic

Điều này đại diện cho một công việc tính toán đáng kể trên thiết bị trên tàu, cho phép nghiên cứu thời gian thực về những hiện tượng thoáng qua này … Đặc biệt là vì chúng ta tưởng tượng một vụ nổ tia gamma như một làn sóng năng lượng, nhưng tín hiệu thực rất yếu. Để tối đa hóa cơ hội, ECLAIRs bao phủ một vùng rộng lớn trên bầu trời: gần như1/6e của vũ trụ có thể quan sát đi vào trường nhìn của nó! Với bề mặt được che phủ như vậy, các nhóm khoa học biết rằng họ có thể mong đợi nhiều lần phát hiện vụ nổ tia gamma, trung bình từ một đến hai mỗi tuần! Có tới một trong số 10.000 ngôi sao sẽ tự kết liễu cuộc đời của chúng … và có khả năng được phát hiện thông qua ECLAIRs. Nếu thiết bị của Pháp phát hiện ra một vụ nổ tia gamma, các thiết bị khác của vệ tinh sẽ được hướng về phía nó và tín hiệu sẽ ngay lập tức được chuyển xuống mặt đất để quan sát thêm ở các bước sóng khác nhau, từ tín hiệu nhìn thấy đến tín hiệu vô tuyến.

Nhiệm vụ SVOM Mặt nạ CNES ECLAIRs được mã hóa proto © E. Bottlaender cho Clubic

Thời gian phản ứng tối thiểu

Và vì việc phát hiện các vụ nổ tia gamma phải được xử lý càng nhanh càng tốt, nhiều chương trình quan sát bằng kính thiên văn là đối tác của nhau. Đặc biệt là ở Pháp và Trung Quốc (không nhất thiết phải là vấn đề sử dụng hệ thống quang học lớn nhất thế giới), mà còn ở những nơi khác. Là một phần của sự hợp tác, một kính viễn vọng của Pháp (F-GFT) sẽ được lắp đặt ở Mexico và một số đơn vị sẽ được điều khiển tự động để phản hồi các cảnh báo từ sứ mệnh SVOM.

Đối với kính thiên văn lớn hơn và các chương trình dài hơn, các nhóm thậm chí đã thiết lập vai trò “luật sư bùng nổ” với nhiều cơ quan châu Âu và quốc tế. Bertrand Cordier (CEA) giải thích rằng sứ mệnh trong mọi trường hợp sẽ cố gắng tập hợp các nhà vật lý thiên văn từ cộng đồng toàn cầu, vì dữ liệu sẽ là truy cập mở (dữ liệu mở) và sẽ không dành cho các nhà khoa học Pháp và Trung Quốc. Thậm chí có thể hợp tác với các kính viễn vọng không gian, nhu cầu quan sát các nguồn năng lượng này của những người có khả năng nhất như Hubble hay James Webb là rất mạnh … Nhưng mọi thứ sẽ phụ thuộc vào sự phân bổ nổi tiếng về “thời gian quan sát”, không thể đoán trước được các vụ nổ tia gamma khiến nhiệm vụ trở nên khó khăn. Các hợp tác khác với kính thiên văn băng tần X (chẳng hạn như IXPE hoàn toàn mới của NASA) sẽ có thể và thậm chí được khuyến khích.

Nhiệm vụ SVOM Phòng sạch CNES MXT © E. Bottlaender cho Clubic

Trong mắt của động vật giáp xác

Dụng cụ khác đang được chuẩn bị ở Toulouse (và sẽ rời khỏi nước láng giềng) là MXT, dành cho Kính viễn vọng Tia X Microchannel. Đã đến lúc nhắc bạn rằng ở đầu bài viết, chúng tôi đã đề cập đến mắt của tôm hùm. Bởi vì trên kính viễn vọng này có một ví dụ ấn tượng và sáng tạo về cảm hứng động vật … Vào những năm 1970, các nhà khoa học quan tâm đến mắt của nhánh giáp xác này đã phát hiện ra rằng chúng có một tầm nhìn rất đặc biệt. Không giống như con người, đôi mắt của chúng được tạo thành từ hàng trăm ống hình vuông nhỏ (một dạng hình học rất hiếm trong tự nhiên) mà các bức tường của chúng phản xạ ánh sáng tới một điểm hội tụ. Không thực tế lắm đối với chúng tôi, nhưng trong một môi trường có độ tương phản rất thấp như đáy nước, nơi mà vấn đề đặt ra là phải có một trường nhìn rộng và phát hiện chuyển động hoặc phản chiếu thì nó mới hiệu quả. Tuy nhiên, những ống siêu nhỏ này cũng rất thú vị đối với tia X (và gammas).

Sứ mệnh SVOM Phòng sạch CNES MXT 2 © E. Bottlaender cho Clubic

Kính thiên văn tia X thông thường sử dụng cái gọi là bộ thu Wolter, các gương hình trụ đồng tâm. Nó hiệu quả, nhưng nó nặng và thường rất cồng kềnh. Sử dụng kỹ thuật “mắt tôm hùm” với các ống siêu nhỏ phản chiếu có độ dài phù hợp, nhóm thiết kế của thiết bị MXT (CNES / CEA-Irfu / IJCLab / MPE (Munich) / Đại học Leicester) đã tạo ra những chiếc “bánh” của 4 cm vuông, mỗi cm chứa một triệu ống thủy tinh pha chì… Một thách thức chế tạo kính hiển vi thực sự, được nhân rộng 21 lần! Cụm ống góp MXT, với phương pháp sáng tạo này, chỉ nặng 1,6 kg cho dày vài cm.

Theo các nhà khoa học của sứ mệnh, nó sẽ là công cụ đầu tiên thuộc loại này bay tới quỹ đạo, mặc dù cần lưu ý rằng nguyên tắc của ống tia X đã được thử nghiệm từ tháng 7 năm 2020 trên một vệ tinh nhỏ của Trung Quốc có tên thích hợp là Lobster Eye X-Ray. Vệ tinh.

Quay trở lại với MXT, nó nặng khoảng 40 kg và sẽ giúp xác định rõ hơn vị trí của các vụ nổ tia gamma (với các phép đo bằng tia X “mềm” giữa 0,2 và 10 keV), đồng thời xác nhận kỹ thuật quan sát.

Sứ mệnh SVOM CNES MXT pallet ống nano © E. Bottlaender cho Clubic

Giữa mã QR khổng lồ của ECLAIR và mắt hùm của MXT, đây là hai công cụ cho một nhiệm vụ rất ấn tượng do các đội Pháp đồng chỉ đạo!