Космический аппарат «Эйнштейн» будет вращаться вокруг Земли по низкой круговой орбите на высоте 600 км с наклонением орбиты 29 градусов. Отсюда, используя широкое поле зрения и два самых современных телескопа, он будет наблюдать за большим участком неба в рентгеновском диапазоне волн.
Номинальная продолжительность миссии — три года, с возможным продлением еще на два года. За это время «Эйнштейн» проведет систематический обзор, который приведет к обнаружению рентгеновского излучения от компактных объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды. Зонд также обнаружит свет от гамма-всплесков, сверхновых, вспышек от других звезд и событий в Солнечной системе.
Миссия
Зонд Эйнштейна (EP) — это миссия, посвященная астрофизике высоких энергий, особенно Вселенной в рентгеновских лучах. Зонд охватит широкий спектр научных тем, от ближней Вселенной до очень далекой, исследуя высокоэнергетический электромагнитный спектр с чувствительностью, очень близкой к чувствительности основных установок в других длинах волн.
В миссии используется новый тип оптики, обеспечивающий широкое поле зрения, который ранее был опробован в рамках проекта Lobster Eye Imager for Astronomy (LEIA), запущенного в 2022 году на спутнике SATech-01 компании CAS. LEIA уже выполнил две свои основные задачи: подтверждение орбитальных характеристик микропоровой оптики и детекторной технологии, а также исследование процедуры калибровки на орбите для широкопольного рентгеновского фокусирующего телескопа. LEIA имеет конфигурацию приборов, аналогичную одному из двенадцати модулей WXT на космическом аппарате «Эйнштейн».
Научные цели
Зонд «Эйнштейн» будет проводить систематические широкопольные наблюдения за небом в мягком рентгеновском диапазоне (длина волны более 0,1 нанометра) с беспрецедентной чувствительностью. Основными научными целями являются:
1. Обнаружение и определение характеристик рентгеновских переходных процессов
Зонд «Эйнштейн» улучшит наше понимание рентгеновских переходных космических явлений путем обнаружения новых источников и мониторинга изменчивости рентгеновских объектов по всему небу.
Способность регулярно обнаруживать новые источники рентгеновского излучения имеет решающее значение для нашего понимания происхождения гравитационных волн. Когда два массивных сверхплотных объекта, например две нейтронные звезды или черные дыры, сталкиваются, они создают волны в ткани пространства-времени, которые преодолевают космические расстояния и достигают нас.
2. Обнаружение и характеристика рентгеновских всплесков от покоящихся черных дыр
Некоторые сверхмассивные черные дыры называют покоящимися, то есть бездействующими, поскольку до сих пор мы не обнаружили от них никакого света. Однако гравитация этих черных дыр может быть достаточной, чтобы разделить соседние звезды, заставив их светиться в рентгеновском свете.
Зонд «Эйнштейн» будет искать рентгеновские лучи, испускаемые во время этих так называемых приливных разрушений (TDE). Он обнаружит эти спящие и труднообнаруживаемые черные дыры и изучит, как на них падает вещество, чтобы лучше понять демографию черных дыр, их происхождение и эволюцию, а также физику аккреции.
3. Поиск источников рентгеновского излучения, связанных с гравитационно-волновыми событиями
Когда сталкиваются два массивных объекта, например две нейтронные звезды или нейтронная звезда и черная дыра, они создают волны в структуре самого пространства-времени и излучают свет во всем спектре, включая рентгеновское излучение. Несколько детекторов на Земле способны измерять гравитационные волны, проходящие мимо, но эти измерения не дают полного представления о свойствах массивных тел, участвующих в столкновении, и часто не позволяют определить местонахождение источника.
Если речь идет о нейтронных звездах, то такое событие сопровождается огромным всплеском энергии во всем световом спектре, особенно в рентгеновских лучах. Поэтому зонд «Эйнштейн» будет искать рентгеновское излучение от термоядерных событий, поможет обнаружить происхождение многих импульсов гравитационных волн, наблюдаемых на Земле, и определить их свойства.
Оптика
Для достижения своих научных целей космический аппарат «Эйнштейн» оснащен новым поколением высокочувствительных приборов, способных наблюдать большие участки неба:
- Широкопольный рентгеновский телескоп (WXT).
- Следящий рентгеновский телескоп (FXT).
WTX
Широкопольный рентгеновский телескоп использует инновационную технологию Micro Pore Optics и имеет модульную оптическую конструкцию, которая имитирует глаза омара. Глаза омара состоят из параллельных квадратных пор, расположенных на сфере, которые отражают свет к сферическому центру. WFX работает аналогичным образом: сотни тысяч квадратных трубок направляют рентгеновские лучи на CMOS-детектор света. На детекторе рентгеновские лучи создают типичное «плюсовое» изображение (как показано и объяснено на рисунке ниже).
Огромное преимущество новой технологии заключается в том, что поле зрения телескопа может быть расширено практически до бесконечности. WXT состоит из 12 модулей, которые вместе создают обзор сразу на 3600 квадратных градусов, или почти десятую часть небесной сферы. Благодаря этой уникальной возможности зонд сможет наблюдать практически за всем ночным небом на трех орбитах вокруг Земли.
Прибор будет работать в диапазоне энергий от 0,5 кэВ до 4,0 кэВ.
FXT
Последующий рентгеновский телескоп — это классический тип рентгеновского телескопа Вольтера-I. Прибор состоит из двух идентичных блоков, каждый из которых имеет зеркальный модуль, состоящий из 54 раковин с золотым покрытием. Он проводит наблюдения в диапазоне энергий от 0,5 кэВ до 8,0 кэВ.
Узкое поле зрения FXT компенсируется гораздо более высоким разрешением. Он также обладает гораздо большей светособирающей способностью, что делает его отличным инструментом для уточнения рентгеновских источников, обнаруженных с помощью широкопольного обзора WXT.
Термическая перегородка на конце телескопа помогает стабилизировать температуру зеркала и защищает прибор от рассеянного рентгеновского света, возникающего при отражении от зеркала.
