XMM-Newton-teleskopet, röntgenstrålningens oförstörbara mästare

Designad på 1980-talet för att förbättra kunskapen om strålningskällorna i universum, XMM Newton
kunde ta fart först vid millennieskiftet. Men sedan dess har det revolutionerat observationen av dessa fenomen från omloppsbana och har en av de längsta karriärerna för ett vetenskapligt uppdrag!

Bidrag som vi fortfarande sällan pratar om.

Innan murens fall

På grund av atmosfärens absorptionsegenskaper kunde förekomsten av röntgenstrålning vid större stjärn- och galaktiska händelser inte bevisas förrän i mitten av 1970-talet. Sedan, tack vare en generation av de första dedikerade teleskopen, har det vetenskapliga samfundet kunnat att mäta de olika källorna till röntgenstrålar i universum. Den unga europeiska byrån, ESA, ska inte överträffas.

Efter ett första framgångsrikt experiment 1983 med EXOSAT-teleskopet som detekterar praktiskt taget 1800 definierade källor till “mjuka” röntgenstrålar (med låg energi, 100 eV till 10 keV), gavs grönt ljus 1985 för att förbereda ett observationsuppdrag med stor omfattning . Ett teleskop baserat på feedback från de första generationerna, vars ursprungliga design då kallades “High Throughput X-ray Spectroscopy”. Men ESA kämpar för att få upp den nödvändiga budgeten, och ambitionerna är nedskalade (även för att USA utvecklar sitt eget röntgenteleskop, AXAF, som ska bli Chandra X-Ray).

Ett juvelsnitt för Ariane 5

I slutändan är XMM-Newton (som bara kommer att ta sitt slutgiltiga namn en gång i omloppsbana) ett teleskop som består av trippel Wolter-optik, en teknik som innebär att speglar arrangeras med en mycket låg infallsvinkel i förhållande till ljuset som samlas in: varje “rör” består av en cylinder med koncentriska speglar. Detta kommer också att kräva vissa tekniska val för att begränsa teleskopets massa. Ursprungligen var strukturen på teleskopen gjord av kolfiberlegering, men den var tvungen att ersättas med tyngre nickel. Teleskopdelen kompletteras av tre instrument: de tre EPIC (European Photon Imaging Camera) kameror, RGS (Reflection Grating Spectrometer) gitterspektrometrar och det optiska teleskopet OM (Optical Monitor). Den senare är till för att ge sammanhangsinformation. Faktum är att om XMM-Newton redan observerar en okänd källa till röntgenstrålning, kan du lika gärna komplettera den omedelbart med optisk information för att ta reda på vad den kom ifrån…

XMM-Newton lyfte slutligen den 10 december 1999 under beklädnad av en europeisk Ariane 5-raket. Med en vikt på 3,7 ton (inklusive mer än 530 kg manöverbränsle) och 10 meter lång, var den den mest imponerande nyttolasten på sin tid… Och bara de 4^e uppdrag för Ariane 5, som spelar stor roll i den här kampanjen efter ett misslyckande och en dålig omloppsbana! Men flygningen har varit väl förberedd och starten går bra. Teleskopets funktionella omloppsbana tar det mellan 7 000 och 114 000 km höjd och en konstant cykel på 48 timmar, vilket leder till att det utför sina mätningar i cirka 40 timmar (vilket gör att trippelteleskopet kan riktas under långa varaktigheter över samma områden av himlen) för att sedan kommunicera avläsningarna och bilderna till jorden under de återstående 8 timmarna. Senare kommer dess omloppsbana att höjas till 26 000 x 107 000 km.

XMM, ett kraftfullt instrument

För det första, ett extremt hållbart uppdrag! Industrimännen på 90-talet gav ett exceptionellt jobb, eftersom teleskopet fortfarande är i drift idag, även om den mycket elliptiska banan gjorde att det regelbundet passerade genom lager mer laddade med strålning. Tusentals vetenskapliga artiklar har använt XMM-Newton-mätningar, ensamma eller i kombination med avläsningar från andra teleskop som Hubble eller Chandra X-ray. XMM-Newton observerade i synnerhet de mycket svaga strålkällorna från planeterna i vårt solsystem, men också barnkammaren för stjärnor och, naturligtvis, de mycket mer avlägsna men också mycket mer energirika källorna som svarta hål, stjärnor med neutroner, supernovor.

Särskilt fokuserat på lågenergiröntgenstrålar, har XMM möjliggjort betydande framsteg på stora moln av varma och kalla gaser både i och utanför galaxer. Det har gjort det möjligt att lyfta fram olika bevis på existensen av mörk materia och dess fördelning i universum (80 % av det senares massa!), etc. Stora astronomiska framsteg som stöds eller lyfts fram av ett teleskop som XMM-Newton nummer i tiotalen.

Slaget av sammanbrottet

Den 18 oktober 2008, när det var tänkt att få kontakt med jorden, “missade” XMM-Newton-teleskopet sitt möte med en antenn på marken, trots en framgångsrik anslutning strax innan med en antenn i Chile. Tyvärr kan ESA inte upprätta ett utbyte med honom. Redan i uppdragets förlängning, nästan vid gränsen av vad man hoppats på för den totala livslängden, förväntar teamen det värsta… Men tack vare den stora antennen från New Norcia (Australien) upptäcks en svag men avgörande signal några få dagar senare. Åtminstone sänder XMM fortfarande!

Det kommer att krävas samarbete med de kraftfulla antennerna i NASA:s Deep Space Network för att framgångsrikt sända ett meddelande till teleskopet att byta till dess extra kommunikationssystem. Lyckligtvis, tack vare alla dessa ansträngningar, återgår XMM-Newton till sin fulla potential. Tolv och ett halvt år efter denna hicka kan vi gratulera denna obeveklighet, som kommer att ha gjort det möjligt för många astrofysiker att främja sitt arbete.

För närvarande förväntas det att XMM-Newton kommer att avsluta sin karriär 2022, eller till och med lite senare, eftersom dess bränsle ombord (används i mycket små proportioner för attitydkontroll) håller på att ta slut, samtidigt som potentialen hos dess instrument . Vissa element som han deltog i att föra fram i ljuset (så att säga) inom området mörk materia och energi kommer att observeras av Euklids omloppsteleskop… Men hans verkliga efterträdare för ESA är bara under förberedelse för slutet av decenniet, eller till och med början på nästa: det är Athenas orbitalobservatorium.

Tills dess kommer vi att behöva förlita oss på andra teleskop med internationellt delade resultat, som eROSITA-instrumentet som observerar källorna till mjuka röntgenstrålar på den ryska satelliten Spektr-RG.