Astronomia rentgenowska - Polski Serwis Naukowy

Astronomia rentgenowska zajmuje się rejestracją promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z kosmosu. Zakres energii obserwowanych fotonów promieniowania X zawiera się w przedziale od 0,1 do 500 keV, co odpowiada długości fali pomiędzy 12 a 2,5 pm.

Ponieważ promieniowanie rentgenowskie jest pochłaniane w atmosferze Ziemi, to aby dokonać obserwacji w tym zakresie, urządzenia pomiarowe muszą być wyniesione poza nią. W przeszłości, używano do tego celu balonów; obecnie detektory rentgenowskie umieszczane są na pokładzie satelitów.

Akrecja – w astronomii terminem tym określa się opadanie rozproszonej materii na powierzchnię ciała niebieskiego w wyniku działania grawitacji. Zjawisku temu może towarzyszyć wydzielanie dużej ilości energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego, gdy opadająca materia wyświeca część utraconej grawitacyjnej energii potencjalnej. Szczególnie widowiskowa jest akrecja na obiekty zwarte – białe karły, gwiazdy neutronowe czy czarne dziury. Uważa się, że mechanizmem "zasilającym" aktywne jądra galaktyk jest właśnie akrecja materii na supermasywną czarną dziurę.

Długość fali — najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali — zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zwiększa się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.

Technika obserwacji

Głównym problemem astronomii rentgenowskiej jest trudność w określeniu pozycji źródła promieniowania. W celu ograniczenia pola widzenia stosuje się tzw. kolimatory, które umieszcza się przed detektorem promieniowania. Najprostszy składa się z układu płytek lub rurek, które ograniczają promieniowanie dochodzące z boku. Pole widzenia takiego urządzenia ograniczone jest wtedy do kilku stopni i staje się możliwe dokładniejsze określenie pozycji źródła promieniowania rentgenowskiego. W obserwacjach miękkiego promieniowania X stosuje się specjalne rentgenowskie klisze fotograficzne, elektronowe przetworniki obrazu oraz liczniki proporcjonalne. Fotony, które wpadają do licznika proporcjonalnego, wywołują wyładowania elektryczne w gazie znajdującym się pomiędzy anodą a katodą. Wielkość tego wyładowania jest proporcjonalna do energii padającego fotonu. Natomiast detektorami twardego promieniowania X są najczęściej liczniki scyntylacyjne. Podstawowym elementem takiego licznika jest kryształ, np. jodek sodu aktywowany talem NaI(Tl). Padające promieniowanie wywołuje w krysztale błyski luminescencyjne, które rejestrowane są przez znajdujący się w bezpośredniej bliskości fotopowielacz. Obecnie w większości teleskopów rentgenowskich stosuje się detektory CCD, podobne do tych, które są używane w cyfrowych aparatach fotograficznych.

Promieniowanie rentgenowskie (w wielu krajach nazywane promieniowaniem X lub promieniami X) – rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali mieści się w zakresie od 10 pm do 10 nm. Zakres promieniowania rentgenowskiego znajduje się pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Znanym skrótem nazwy jest promieniowanie rtg.

Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος) jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie falą elektromagnetyczną.

Źródła promieniowania rentgenowskiego

Pierwsze kosmiczne źródło promieniowania rentgenowskiego, Sco X-1 znajdujące się w gwiazdozbiorze Skorpiona, zostało odkryte w roku 1962. Pomysłodawcą i pionierem tych obserwacji, które doprowadziły do rozwoju całej dziedziny astronomii rentgenowskiej, był Riccardo Giacconi, późniejszy laureat Nagrody Nobla z fizyki w roku 2002.

Księżyc (, nieco więcej niż 1/4 średnicy Ziemi. Oznacza to, że objętość Księżyca wynosi około 1/50 objętości kuli ziemskiej. Przyspieszenie grawitacyjne na jego powierzchni jest blisko 6 razy słabsze, niż na Ziemi. Księżyc wykonuje pełny obieg wokół Ziemi w ciągu 27,3 dnia (tzw. miesiąc syderyczny), a okresowe zmiany w geometrii układu Ziemia-Księżyc-Słońce powodują występowanie powtarzających się w cyklu 29,5-dniowym (tzw. miesiąc synodyczny) faz Księżyca.

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego (materii) (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych (ciał, pól, cząstek, układów fizycznych), przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie.

Jak pokazały obserwacje, jasność w zakresie promieniowania X dla wielu źródeł o kilka rzędów wielkości przekracza ich jasność w optyczną. Obecnie wiadomo, że źródłami rentgenowskimi są przede wszystkim obiekty zawierające gwiazdę zwartą: czarną dziurę, gwiazdę neutronową lub białego karła. Energia w tych obiektach jest wytwarzana przez olbrzymie pole grawitacyjne, a gaz, opadający na zwartą gwiazdę w procesie akrecji nagrzewa się do bardzo wysokich temperatur, rzędu setek milionów kelwinów. To właśnie ten opadający gaz emituje promieniowanie rentgenowskie. Układy złożone z gwiazdy zwartej oraz ze zwykłej gwiazdy, będącej dawcą materii, nazywane są rentgenowskimi układami podwójnymi. Akrecja jest źródłem energii również w centrach aktywnych galaktyk, gdzie gaz opada na czarną dziurę o masie rzędu setek milionów mas Słońca. Oprócz tego, źródłami promieniowania X mogą być takie obiekty jak gromady galaktyk, pozostałości po supernowych, a także (o zdecydowanie mniejszym natężeniu) ciała Układu Słonecznego, na przykład Księżyc. Ponadto, wiele słabych, nierozdzielonych źródeł rentgenowskich tworzy tak zwane tło rentgenowskie.

Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O[1].

Gromada galaktyk – skupisko od kilkudziesięciu do kilku tysięcy galaktyk tworzących układ związany grawitacyjnie. Mniejsze ugrupowania nazywane są grupami. Galaktyki w gromadzie galaktyk poruszają się po skomplikowanych torach wokół środka masy gromady, zazwyczaj znajdującego się w pobliżu największych galaktyk w gromadzie. Prędkości galaktyk w małych grupach galaktyk są rzędu 200 km/s, ale rosną do prędkości rzędu 800 km/s w dużych gromadach galaktyk (Becker i in. 2007).

Zobacz też

czarna dziura