[論文レビュー] Chandra X-Ray Observatory (CXO):Overview

Martin C. Weisskopf, Tananbaum, H. D.+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 1999

Astronomical Observations and Instrumentation被引用数 12

ひとこと要約

1999年に打ち上げられたチャンドラX線宇宙望遠鏡（CXO）は、斜入射光学系と高度な検出器を用いて、0.08–10 keVエネルギー領域で画期的なサブアーセコンドX線像と高分解能分光法を実現した。初期のプロトン汚染の課題にもかかわらず、CXOは運用成功を収め、高い離心率の軌道と最先端の機器（ACIS、HETG、LETG）のおかげで、高エネルギー天文学分野における画期的な発見を可能にした。

ABSTRACT

Significant advances in science inevitably occur when the state of the art in instrumentation improves. NASA's newest Great Observatory, the Chandra X-Ray Observatory (CXO) -- formally known as the Advanced X-Ray Astrophysics Facility (AXAF) -- launched on July 23, 1999 and represents such an advance. The CXO is designed to study the x-ray emission from all categories of astronomical objects from normal stars to quasars.

研究の動機と目的

• チャンドラX線宇宙望遠鏡（CXO）を、ナサの主力X線望遠鏡として包括的に概説すること。
• 打ち上げ後の運用システム、軌道、および運用性能について詳細を述べること。
• CXOのキャリブレーション、機器性能、および高エネルギー天文学分野における科学的能力を文書化すること。
• 宇宙望遠鏡の成功した打ち上げ、軌道投入、および初期運用状況（焦点調整と機器キャリブレーションを含む）を報告すること。
• CXOが高分解能分光法と高分解能像によって、X線天文学の新しい時代を切り開いた役割を強調すること。

提案手法

• 宇宙望遠鏡はSTS-93ミッションでスペースシャトル・コロンビアによって放出され、その後、高度な楕円軌道への注入を目的とした慣性上段（IUS）が展開された。
• チャンドラ自身のインテグラルプロペラジョンシステム（IPS）が15日間にわたり5回の燃焼を実行し、140,000 kmのアポジーセントルと10,000 kmのパーリージーセントルを持つ、63.5時間の周期の高い離心率軌道を達成した。
• 望遠鏡は1999年8月12日に稼働を開始し、X線が最初に焦点を結ぶのを確認した。これにより、打ち上げ環境での生存と、軌道上での正常な運用性能が裏付けられた。
• フォーカス調整、光軸の特定、星カメラのキャリブレーション、応答関数の特徴付けといった一連のキャリブレーション作業が実施された。
• 高分解能分散分光法は、ACISおよびHRC検出器と組み合わせた高エネルギー透過回折格子（HETG）および低エネルギー透過回折格子（LETG）によって実現された。
• ゼロ次効果像法を用いて、3C273のような極めて明るい源を観測し、検出器の飽和を回避しながら、ジェットなどの空間的構造を解像した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャンドラX線宇宙望遠鏡は、どのように軌道上でサブアーセコンドX線像と高分解能分光法を達成しているか？
• RQ2 打ち上げおよび運用初期の期間における主な課題、特にプロトン汚染と機器キャリブレーションに関しては何か？
• RQ3 CXOの高い離心率軌道が、低バックグラウンド干渉を伴い、長時間にわたる途切れのない観測をどの程度可能にしているか？
• RQ4 透過回折格子（HETGおよびLETG）は、X線連星や活性銀河核のような点源の高分解能X線分光法をどのように可能にしているか？
• RQ5 ゼロ次効果像法は、通常では検出器が飽和してしまう極めて明るいX線源を観測する上で、どのような役割を果たしているか？

主な発見

• チャンドラは、アポジーセントル約140,000 km、パーリージーセントル約10,000 kmの最終軌道に成功して到達し、軌道周期の70％以上を、途切れのない観測に使用可能にした。
• 1999年8月12日、最初のX線が焦点に結集され、打ち上げおよび展開後の望遠鏡の生存と正常な機能が確認された。
• 低エネルギー陽子濃度が想定外に20倍に上昇したにもかかわらず、観測機器の性能は期待を上回り、安定したままであった。
• HETGおよびLETGを用いた高分解能分光法により、HR1099やカペラなどの源における詳細な発光ライン構造が明らかになり、温度、密度、速度の正確な測定が可能になった。
• ゼロ次効果像法により、3C273のジェットと中心源が正常に解像され、通常では検出器が飽和してしまう明るい源の観測における有効性が実証された。
• 宇宙望遠鏡が高分解能X線分光法および高分解能像を実行できる能力のおかげで、特に高温プラズマおよび銀河間吸収特徴の研究において、高エネルギー天文学分野に新たな発見の時代をもたらした。