НАСА объявило на этой неделе, что выбрало гамма-телескоп Compton Spectrometer and Imager (COSI), возглавляемый Джоном Томсиком (Калифорнийский университет, Беркли), для разработки в рамках своей программы SMEX (SMEX). Миссия обойдется примерно в 145 миллионов долларов, без учета ракеты-носителя.
С ожидаемой датой запуска в 2025 году COSI будет изучать недавнюю историю рождения звезд, смерти звезд и образования химических элементов в Млечном Пути. Для достижения этой цели обсерватория будет изучать галактические источники, производящие энергии гамма-излучения в диапазоне от 0,2 до 5 миллионов электрон-вольт (0,2–5 МэВ).
COSI станет первой миссией гамма-телескопа, предназначенной для обнаружения аннигиляции позитронов, антиматериальной версии электронов. Более того, телескоп будет иметь разрешение, позволяющее точно определить, откуда берутся эти частицы. С 1970-х годов астрономы наблюдали гамма-излучение, связанное с позитронами, исходящими из области центра галактики, но их источник по-прежнему загадочен.
Миссия также будет исследовать образование и распад более тяжелых элементов, обнаруженных в сверхновых. Кроме того, обсерватория будет точно определять аналоги гамма-излучения экзотических источников по всему небу, включая сверхновые, блазары и слияние нейтронных звезд, создающих гравитационные волны.
Гамма-лучи — это фотоны высокой энергии, которые трудно обнаружить и сфокусировать, но они проливают свет на некоторые из самых энергетических процессов во Вселенной. Конструкция COSI обеспечивает улучшение спектрального и углового разрешения, охват всего неба и повышенную чувствительность на длинах волн гамма-излучения по сравнению с предыдущими обсерваториями.
Поскольку атмосфера Земли поглощает гамма-лучи, гамма-астрономия должна проводиться либо с высотных воздушных шаров, либо из космоса. Поэтому в рамках разработки миссии команда создала версию COSI на воздушном шаре в качестве доказательства концепции. Команда запустила полезную нагрузку телескопа на борту воздушного шара сверхдавления НАСА с космодрома Ванака, Новая Зеландия, в мае 2016 года. (Он находился в воздухе почти 47 дней, что является рекордом для большого научно-исследовательского воздушного шара средней высоты.)
«COSI-это телескоп Комптона, тип телескопа, который наблюдает так называемое комптоновское рассеяние, и его работа сильно отличается от оптического или даже рентгеновского телескопа», — говорит Томсик.
Комптоновское рассеяние получило свое название от исследователя и пионера гамма-излучения Артура Комптона, который понял, что, когда фотон гамма-излучения взаимодействует с заряженной частицей, такой как электрон, фотон отдает часть своей энергии электрону. Отслеживая картину рассеяния гамма-излучения в детекторе, исследователи могут, грубо говоря, выяснить, откуда оно взялось.
«Угол рассеяния Комптона определяет круг на небе», — объясняет Томсик. «Как только у вас появятся сотни или тысячи гамма-лучей, источники [от которых они исходят] появятся в небе, потому что круги перекрываются в местах расположения источников».
Имя Комптон часто встречается в астрофизике высоких энергий. COSI делит его с Комптонской гамма-обсерваторией, которая работала со скоростью от 0,02 МэВ до 30 ГэВ и находилась на околоземной орбите с 1991 по 2000 год. В обсерватории был прибор под названием COMPTEL, который действовал аналогично COSI, но COSI будет иметь поле зрения в четыре раза больше, с угловым разрешением в два раза четче и энергетическим разрешением в 20 раз лучше. COSI также будет охватывать важнейшую линию электрон-позитронной аннигиляции 511 кэВ.
В настоящее время НАСА располагает двумя другими орбитальными гамма-обсерваториями, работающими на орбите, — обсерваторией Свифта Нила Герлса и космическим гамма-телескопом Ферми.
COSI была одной из четырех концепций миссии в ходе последнего раунда отбора. Двумя другими были поляриметр большой площади (LEAP) и Ультрафиолетовый визуализатор гравитационных волн, оба из которых должны были быть установлены на борту Международной космической станции.
