ULTRASAT

Satelita astronomii przejściowej w ultrafiolecie

Model ULTRASATU
Nazwy	ULTRASAT
Typ misji	teleskop kosmiczny
Operator	Izraelska Agencja Kosmiczna , Instytut Nauki Weizmanna
Strona internetowa	www .weizmann .ac .il /ultrasat /

ULTRASAT ( Ul traviolet Transsient A stronomy Sat ellite) to teleskop kosmiczny w formacie smallsat z dużym polem widzenia, 210 stopni kwadratowych, który będzie wykrywał i monitorował przejściowe zdarzenia astronomiczne w widmie bliskiego ultrafioletu (220–280 nm). region. ULTRASAT będzie obserwował duży skrawek nieba, zmieniając co sześć miesięcy między półkulą południową i północną. Satelita zostanie wystrzelony na orbitę geosynchroniczną na początku 2026 r. Wszystkie dane z ULTRASAT będą przesyłane na ziemię w czasie rzeczywistym. Po wykryciu zdarzenia przejściowego ULTRASAT w ciągu 20 minut wyśle ​​alerty do innych teleskopów naziemnych i kosmicznych, które zostaną skierowane do źródła w celu dalszej obserwacji zdarzenia w innych pasmach długości fal.

ULTRASAT będzie badał gorący przejściowy wszechświat. Objętość pozagalaktyczna dostępna dla ULTRASAT-u w celu odkrycia źródeł przejściowych będzie 300 razy większa niż w przypadku najczulszego jak dotąd satelity UV, GALEX . Jest porównywalny z największym naziemnym optycznym teleskopem do przeglądów przejściowych, którego uruchomienie zaplanowano na 2023 r., Obserwatorium Vera C. Rubin .

Sonda ULTRASAT zostanie zbudowana przez Israel Aerospace Industries (IAI), a teleskop przez oddział El-Op firmy Elbit Systems . ULTRASAT jest wspólnie finansowany i zarządzany przez Izraelską Agencję Kosmiczną i Weizmanna Institute of Science (WIS), pod kierownictwem naukowym WIS i przy znacznym udziale centrum DESY stowarzyszenia Helmholtz. ULTRASAT ma działać przez 3 lata na orbicie GEO. Jego niewielka masa i objętość, 160 kg i <1 m3, pozwala na wystrzelenie do GEO jako dodatkowego ładunku.

Tło

Inicjatywa ULTRASAT narodziła się w 2010 roku w dyskusjach pomiędzy Instytutem Weizmanna (WIS) i naukowcami z Caltech oraz Izraelską Agencją Kosmiczną (ISA), aby zaspokoić zapotrzebowanie na teleskop kosmiczny o szerokim polu widzenia do badania przejściowych zdarzeń astronomicznych na małym satelicie, takim jak pasuje do SMEXa . W fazie wstępnego badania rozważano różne inne pasma, w tym promieniowanie rentgenowskie. Ultrafiolet został wybrany ze względu na dojrzałość technologii, większe szanse na pomyślne wdrożenie oraz potrzebę dalszego eksplorowania tego obszaru długości fali. Znaczenie tego projektu potwierdza stwierdzenie, że tempo odkrywania zmiennych źródeł UV i transjentów UV może wzrosnąć o kilka rzędów wielkości wraz z uruchomieniem kosmicznej misji UV o szerokim polu widzenia (kilka stopni2) i która stwierdza, że ​​„Proponowana misja ULTRASAT może wykryć setki zakłóceń pływowych rocznie w zakresie UV.

Projekt, pierwotnie nazwany LIMSAT, został przemianowany na ULTRASAT – Ultraviolet TRansient Astronomy SATELlite w 2011 r., kiedy to złożono wniosek do NASA w ramach sekcji [Explorers program] 2012 Mission of Opportunity, we współpracy z Ames Research Center NASA . . Ze względu na sekwestr i cięcia budżetowe NASA w tym roku nie wybrano żadnej propozycji. Po znacznych zmianach w konfiguracji teleskopu, planowanej orbicie i szynie satelitarnej, w grudniu 2014 roku we współpracy z JPL złożono nową propozycję, która uzyskała ocenę „Kategoria II”, czyli wysokie zasługi naukowe i technologiczne, ale nie została wybrana do finansowania. Obecny projekt nie będzie obejmował NASA, jak wskazano powyżej. Z koncepcji ośmiu małych refrakcyjnych teleskopów UV na satelicie na niskiej orbicie okołoziemskiej, ULTRASAT przekształcił się w pojedynczy szerokokątny teleskop Schmidta na orbicie geosynchronicznej.

Nauka

Astronomia w dziedzinie czasu ma potencjał do dokonywania niezwykłych odkryć. W szczególności zmienne niebo w ultrafiolecie (UV) jest stosunkowo słabo zbadane, mimo że oferuje ekscytujące perspektywy naukowe. Welsh, 2005, opisuje odkrycia dokonane przez GALEX, które zostałyby znacznie zwiększone przez ULTRASAT. Jednym z pól, w którym obserwacje UV o krótkiej kadencji mogą mieć duże znaczenie, jest eksplozja oznaczająca śmierć gwiazdy, znana jako supernowa (SNe ) . Ganot i in oszacowali, że ULTRASAT wykryje ponad 100 supernowych rocznie. Sygnały UV z SNe poprzedzają sygnał optyczny, umożliwiając odkrycie SN na wczesnym etapie, gdy krzywa blasku nie jest zanieczyszczona późniejszymi procesami.

Ponieważ w przypadku zdarzenia przejściowego zazwyczaj nie ma wczesnego ostrzeżenia, a pozycja zdarzenia na niebie ma charakter statystyczny, większość zjawisk przejściowych jest wykrywana przez teleskopy naziemne o ograniczonym polu widzenia, często długo po rozpoczęciu zdarzenia, chociaż dedykowane badania są coraz to do około jednego dnia. Aby wykryć transjenty w dużych ilościach, wymagane są niemal ciągłe obserwacje dużych obszarów nieba.

Na podstawie objętości monitorowanej przestrzeni kosmicznej i zmierzonej częstości SNe (z badań naziemnych) oczekuje się, że co najmniej 100 takich zdarzeń rocznie zostanie wykrytych przez ULTRASAT w ciągu mniej niż jednego dnia od wybuchu. Szerokie pole widzenia i zaawansowane detektory UV umożliwią wykrywanie i monitorowanie przejściowych źródeł w przestrzeni kosmicznej 300 razy większej niż w przypadku najpotężniejszego dotychczas satelity UV, GALEX ). Analiza wczesnej krzywej blasku dostarcza cennych informacji (promień gwiazdy i skład chemiczny powierzchni) na temat gwiazdy progenitorowej (przed jej eksplozją), których nie można znaleźć innymi metodami.

W przypadku supernowych po początkowym wybuchu o dużej intensywności w zakresie UV następuje promieniowanie o dłuższych długościach fal, gdy wyrzucony materiał ochładza się. UV można zaobserwować tylko z satelitów kosmicznych ze względu na blokujące działanie ozonu; teleskopy naziemne widzą tylko późniejsze etapy wydarzenia.

ULTRASAT został zaprojektowany do pokrycia niespotykanie dużego pola widzenia za pomocą bardzo czułej kamery UV, z czasem powtarzania obrazu wynoszącym zaledwie 5 minut. Aby zmaksymalizować liczbę wykrytych zdarzeń, ULTRASAT będzie wskazywał obszary na wysokich szerokościach geograficznych, omijając Drogę Mleczną z jej dużą koncentracją „pobliskich” gwiazd, rozproszonym tłem i galaktycznym pyłem blokującym większość światła z odległych galaktyk, w których występują te zdarzenia.

Połączone obserwacje optyczne w przestrzeni kosmicznej i naziemnej, prowadzone przez badacza transjentów UV, dostarczyłyby wielu danych na temat eksplozji masywnych gwiazd, wykraczających poza promień gwiazdy (a tym samym klasę gwiazd protoplasty: czerwonego lub niebieskiego nadolbrzyma lub gwiazdy WR ) . ).

Oprócz wykrywania wczesnych supernowych, ULTRASAT będzie mierzyć promieniowanie UV z dużej liczby gwiazd w swoim polu widzenia z dużą rozdzielczością czasową, prawdopodobnie umożliwiając wykrywanie tranzytów planet.

ULTRASAT można również wskazać na „Cele możliwości”, gdy inne instrumenty ostrzegają o interesującym zdarzeniu. Jednym z kluczowych celów naukowych ULTRASAT jest odkrycie emisji elektromagnetycznej po wykryciu fal grawitacyjnych (GW) z połączenia układów podwójnych obejmujących gwiazdy neutronowe, określane jako Kilonova . Takie odkrycia będą kluczem do wykorzystania tych zdarzeń do rozwiązywania podstawowych pytań fizycznych, takich jak pochodzenie najcięższych pierwiastków i tempo rozszerzania się Wszechświata. ULTRASAT będzie w stanie w ciągu kilku minut przesunąć się na ponad 50% nieba, a jego szerokie pole widzenia w zupełności pokrywa obszary błędów kątowych, które mają być zapewnione przez detektory GW w latach 20. XXI wieku. Zapewni ciągłe krzywe światła UV, a także wczesne alarmy, które umożliwią naziemną spektroskopię kontrolną i monitorowanie przewidywanej późniejszej emisji optycznej i podczerwonej.

Inne źródła astrofizyczne dające przejściowy sygnał UV to:

• rozbłysków gamma (GRB). Eksplorator transjentów UV o szerokim polu widzenia może znaleźć bardzo poszukiwane „sieroce” poświaty
• , że sygnał z zakłócenia pływowego osiągnie szczyt w UV
• Masa i otoczenie masywnych czarnych dziur w centrach galaktyk
• Aktywne jądra galaktyk
• Gwiazdy zmienne i rozbłyskowe

Dalsza lektura

• Sagiv i in., październik 2015, „ULTRASAT – the Ultraviolet Transient Astronomy Satellite” IAC 2015 , sesja B4.2.2
• Sagiv et al., kwiecień 2014, „Science with a wide-field UV transient explorer”, Astronomical Journal , tom. 147:79
• Soumagnac i in., październik 2015, „A Survey of Eclipsing Binaries with the Ultraviolet Transient Astronomy Satellite (ULTRASAT)”, IAC 2015 , sesja A7.2.1
• Mahabal i in., marzec 2008, „Automatyczna probabilistyczna klasyfikacja stanów przejściowych i zmiennych”, Astronomische Nachrichten , tom 329, wydanie 3
• ULTRASAT na stronie Instytutu Nauki Weizmanna