Capitolo 1 : Osservatorio a raggi X Chandra

Il Chandra X-ray Observatory (CXO), precedentemente noto come Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF), è un osservatorio spaziale della classe Flagship che è stato lanciato dalla NASA il 23 luglio 1999, a bordo dello Space Shuttle Columbia durante la fase dello Space Transportation System (STS-93) della missione. La straordinaria risoluzione angolare degli specchi di Chandra consente al telescopio di rilevare sorgenti di raggi X che sono cento volte meno luminose di qualsiasi altro telescopio a raggi X che lo ha preceduto. Poiché la maggior parte dei raggi X viene assorbita dall'atmosfera terrestre, è impossibile rilevarli utilizzando telescopi basati sulla Terra. Di conseguenza, per eseguire queste osservazioni sono necessari telescopi spaziali. Chandra è un satellite che orbita intorno alla Terra a una distanza di 64 ore e la sua missione è ancora attiva a partire dall'anno 2024.

Il telescopio spaziale Hubble, il Compton Gamma Ray Observatory (1991-2000) e il telescopio spaziale Spitzer (2003-2020) sono tutti considerati tra i Grandi Osservatori. Chandra è un altro di questi osservatori. L'astronomo indiano-americano Subrahmanyan Chandrasekhar, insignito del Premio Nobel per la Fisica, è stato insignito del nome del telescopio. Nonostante il fatto che Chandra abbia una risoluzione angolare di gran lunga maggiore e XMM-Newton abbia una maggiore capacità spettroscopica, i due telescopi hanno punti focali di progettazione diversi. La missione di Chandra è paragonabile a quella del satellite XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea, lanciato inizialmente nel 1999.

Nonostante Chandra abbia ancora più di un decennio di vita operativa, è minacciata di una cancellazione anticipata a seguito di una riduzione dei finanziamenti per la NASA che sarà implementata dal Congresso degli Stati Uniti nel 2024. Per l'astronomia a raggi X negli Stati Uniti, la cancellazione è stata descritta come un potenziale evento che può essere considerato "a livello di estinzione". Un gruppo di astronomi ha cercato di organizzare un progetto di divulgazione pubblica con l'obiettivo di ottenere un numero sufficiente di cittadini americani per convincere il Congresso degli Stati Uniti a concedere finanziamenti sufficienti per evitare che l'osservatorio venga chiuso prematuramente.

Una proposta per l'Osservatorio a raggi X Chandra, che all'epoca era indicato come AXAF, fu presentata alla NASA da Riccardo Giacconi e Harvey Tananbaum nell'anno 1976. L'anno successivo ha visto l'inizio dei lavori preliminari presso lo Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) e il Marshall Space Flight Center (MSFC). Il telescopio è attualmente utilizzato per la National Aeronautics and Space Administration (NASA) presso il Chandra X-ray Center, che fa parte del Center for Astrophysics | Harvard e Smithsonian. Il primo telescopio a raggi X per immagini, noto come Einstein (HEAO-2), è stato messo in orbita dalla National Aeronautics and Space Administration nel 1978. Nel corso degli anni 1980 e 1990 sono proseguiti i lavori per il progetto AXAF. Nell'anno 1992, l'astronave ha subito una riprogettazione al fine di ridurre le spese. Oltre all'eliminazione di due dei sei strumenti scientifici, sono stati rimossi anche quattro dei dodici specchi che erano stati progettati. L'orbita originariamente prevista per AXAF è stata modificata per diventare ellittica, e raggiungerà un terzo della distanza dalla Luna nel suo punto più distante. Nonostante il fatto che ciò rendesse lo Space Shuttle incapace di apportare miglioramenti o riparazioni, ha assicurato che l'osservatorio sarebbe rimasto al di sopra delle fasce di radiazione della Terra per la maggior parte della sua orbita. TRW, ora nota come Northrop Grumman Aerospace Systems, è stata responsabile dell'assemblaggio e del collaudo di AXAF a Redondo Beach, in California.

Un concorso sponsorizzato dalla NASA nel 1998, in cui sono state ricevute più di 6.000 risposte da tutto il mondo, ha portato alla ridenominazione di AXAF in Chandra. I nomi sono stati suggeriti dai vincitori del concorso, Jatila van der Veen e Tyrel Johnson, che all'epoca erano entrambi studenti delle scuole superiori. Lo hanno fatto in onore di Subrahmanyan Chandrasekhar, un astrofisico indiano-americano che è stato insignito del Premio Nobel. Il suo lavoro nello stabilire la massa massima delle nane bianche ha portato a una migliore comprensione dei fenomeni astronomici ad alta energia come le stelle di neutroni e i buchi neri. È noto per i suoi contributi in questo campo. Sembra appropriato che il nome Chandra derivi dalla parola sanscrita per "luna".

Il lancio del veicolo spaziale era inizialmente previsto per il dicembre 1998; tuttavia, è stato posticipato di diversi mesi ed è stato finalmente lanciato il 23 luglio 1999, alle 04:31 UTC dallo Space Shuttle Columbia durante la STS-93. Alle 11:47 UTC, Cady Coleman arrivò dalla Columbia e schierò Chandra negli Stati Uniti. Alle 12:48 UTC, il motore del primo stadio dello Stadio Superiore Inerziale si è acceso. Dopo un periodo di 125 secondi di accensione e separazione, il motore del secondo stadio si è avviato alle 12:51 UTC e ha bruciato per 117 secondi. Era il più grande carico utile mai lanciato dallo shuttle, con un peso di 22.753 chilogrammi (50.162 libbre). Ciò era dovuto al fatto che lo shuttle richiedeva un sistema di razzi booster inerziale a due stadi per portare il veicolo spaziale verso la sua orbita alta.

Chandra ha restituito dati sin da quando è stato introdotto per la prima volta, ovvero un mese fa. Con la collaborazione del Massachusetts Institute of Technology e della Northrop Grumman Space Technology, è gestito dalla Space Agency Overseas (SAO) presso il Chandra X-ray Center di Cambridge, Massachusetts. Il danno alle particelle è stato sostenuto dai CCD ACIS durante i primi passaggi della cintura di radiazione. A questo punto, lo strumento viene ritirato dal piano focale del telescopio durante i passaggi per evitare che si verifichino ulteriori danni.

In precedenza era stata stimata che la navicella spaziale Chandra avesse una durata di cinque anni; tuttavia, il 4 settembre 2001, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) ha rivisto la sua durata a dieci anni "sulla base dei notevoli risultati dell'osservatorio". Chandra ha il potenziale per vivere per un periodo di tempo significativamente più lungo. Secondo i risultati di una ricerca condotta nel 2004 presso il Chandra X-ray Center, l'osservatorio ha il potenziale per durare almeno 15 anni. Secondo il Chandra X-ray Center, è operativo a partire dall'anno 2024 e ha un prossimo programma di osservazioni che sarà annunciato.

Dopo essere stato suggerito come il prossimo grande osservatorio a raggi X nel luglio 2008, l'International X-ray Observatory, che era un progetto di collaborazione tra l'Agenzia Spaziale Europea (ESA), la National Aeronautics and Space Administration (NASA) e la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), è stato infine scartato. Negli anni successivi, l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha resuscitato una versione ridotta del progetto e lo ha ribattezzato Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA), con la data di lancio fissata per il 2028.

Il 10 ottobre 2018, a causa del problema, un malfunzionamento del giroscopio ha causato l'attivazione delle operazioni in modalità provvisoria di Chandra. Tutti gli strumenti scientifici sono risultati sicuri, secondo la NASA. Nel giro di pochi giorni, l'errore di tre secondi nei dati di un giroscopio fu compreso e furono avviati i preparativi per rianimare Chandra alla sua piena capacità operativa. Il giroscopio che è stato interessato dal problema è stato messo in riserva e, per il resto, è in condizioni di funzionamento normale.

Questa decisione è stata presa dal Congresso nel marzo del 2024 ed è stata presa per limitare i finanziamenti alla NASA e alle sue missioni.

Ciò potrebbe comportare il completamento della missione prima del previsto.

I senatori hanno presentato una richiesta alla NASA nel giugno 2024, esortandola a ripensare alle modifiche apportate a Chandra, che è stata concessa.

Lo studio dell'astronomia a raggi X ha fatto progressi significativi come risultato dei dati raccolti da Chandra. Di seguito sono riportati alcuni esempi di scoperte fatte da Chandra che sono supportate dalle sue osservazioni:

I telescopi a raggi X, a differenza dei telescopi ottici, che hanno semplici superfici paraboliche alluminate (specchi), in genere utilizzano un telescopio Wolter, che è composto da paraboloidi cilindrici nidificati e superfici iperboloidi rivestite di iridio o oro. I fotoni dei raggi X verrebbero assorbiti dalle normali superfici degli specchi; Pertanto, sono necessari specchi con un angolo radente basso per svolgere il compito di rifletterli. Chandra utilizza quattro coppie di specchi annidati, insieme alla loro struttura di supporto, che viene definita High Resolution Mirror Assembly (HRMA). Il substrato dello specchio è realizzato in vetro di 2 centimetri di spessore e la superficie riflettente è rivestita di iridio di 33 nanometri di spessore. I diametri degli specchi sono di 65 centimetri, 87 centimetri, 99 chilometri e 123 centimetri. Il substrato spesso e la lucidatura molto meticolosa hanno permesso di creare una superficie ottica estremamente accurata. Questa superficie è ciò che è responsabile dell'impareggiabile risoluzione di Chandra, che è tra l'80 e il 95 per cento della radiazione di raggi X in arrivo focalizzata in un cerchio di un secondo d'arco di diametro. Lo spessore del substrato, d'altra parte, limita la proporzione dell'apertura che viene riempita, il che si traduce in un'area di raccolta più piccola rispetto a XMM-Newton.

Chandra è in grado di mantenere un'osservazione...