Две формы электромагнитного излучения
Рентгеновские лучи, открытые в 1895 году немецким физиком Вильгельмом Рентгеном, и гамма-лучи, открытые в 1900 году французским физиком и химиком Полом Вилларом, представляют собой два поля электромагнитного излучения на стороне самых коротких длин волн, поэтому самые высокие энергии на фотон.
Граница между двумя доменами не очень точно определена, поскольку два типа излучения различаются по их источнику: рентгеновские лучи создаются электронами, а гамма-лучи - атомными ядрами. Это определение не совсем ворно, поскольку мы не всегда знаем источник. Упрощая, скажем, длина волны рентгеновского излучения составляет от 10 нанометров (100 Ангстрем) до 0,01 нанометра (0,1 Ангстрем), а длина волны нижних гамма-лучей примерно 0,01 нм.
Рентгеновский домен сам разделен на две области, в зависимости от проникающей способности его фотонов. Мягкое рентгеновское излучение с длиной волны от 10 до 0,1 нанометров (1 ангстрем) легко поглощается воздухом или любым другим материалом. Жесткие рентгеновские лучи, от 0,1 до 0,01 нм, могут проникать глубже в вещество, поскольку их длина волны меньше размера атома. Они имеют свойства, более похожие на гамма-лучи.
Рентгеновские и гамма-детекторы
Х и гамма-лучи поглощаются атмосферой и для их наблюдения требуются детекторы, расположенные за пределами атмосферы Земли. Жесткие рентгеновские и гамма-лучи можно обнаружить на воздушных шарах. Мягкие рентгеновские лучи легче поглощаются атмосферой и требуют большей высоты наблюдения, следовательно, ракеты или спутника. Конечно, спутники являются лучшей платформой для наблюдения, потому что они могут наблюдать все небо и накапливать фотоны в течение более длительных периодов.
Из-за своей очень малой длины волны X и гамма-лучи поглощаются материалом и, следовательно, не могут отражаться зеркалом традиционным способом. Для мягкого рентгеновского излучения наиболее часто используемая технология - это скользящие зеркала падения: если мягкий рентгеновский луч падает на поверхность, а не перпендикулярно, видимое расстояние между атомами становится меньше, и возможно отражение на эта поверхность . Таким образом, чтобы собрать лучи в определенной точке, можно использовать серию зеркал в форме параболоидов, вложенных друг в друга.
Для жестких рентгеновских и гамма-лучей, которые являются более энергичными, необходимы другие технологии: кодированные коллиматоры или маски. Коллиматор - это просто устройство, которое пропускает только лучи, которые идут с четко определенного направления, что позволяет нам измерять интенсивность света в этом направлении. Это, очевидно, очень ограниченная система, поскольку она наблюдает только одну точку неба в момент наблюдения и не улавливает свет, идущий со всех других направлений. Чтобы повысить тонкость изображений, можно использовать телескоп с кодированной маской. Кодированная маска - это металлическая пластина, с многочисленными отверстиями на телескопе. Каждая маленькая апертура пропускает световые лучи, а рисунок, измеренный детектором, представляет собой суперпозицию изображения, созданного каждой апертурой. Таким образом, математическими и численными методами можно реконструировать изображение наблюдаемого астрономического объекта, если для этого оптимизировано распределение отверстий на пластине.
Обсерватории в рентгеновских лучах
Астрономические наблюдения в рентгеновских лучах начались в 1948 году, когда американские астрономы запустили детектор на немецкой ракете V2, преобразованной для мирных целей. Первое обнаружение источника рентгеновского излучения, отличного от Солнца, произошло в 1962 году, когда было обнаружено излучение Скорпиуса X-1, первый пример ренгеновского излучения и самый мощный источник в небе вне Солнца (потенциально очевидно).
Первым спутником, предназначенным для наблюдения неба в рентгеновских лучах, был SAS-1, чья миссия длилась с 1970 по 1973 год. Спутник создал первый каталог из 339 небесных тел, главным образом двойной звезды (особенно Cygnus X-1), галактики Сейферта и скопления галактик.
Первым спутником, способным фотографировать, благодаря угловому разрешению в несколько секунд по дуге, была обсерватория Эйнштейна (или HEAO-2), запущенная в 1978 году и чья миссия продолжалась до 1981 года. Впервые было изучено расширенные тел, таких как остатки сверхновых или горячих газов, которые окутывают галактики и скопления галактик.
С тех пор были запущены многочисленные обсерватории с постоянно увеличивающейся чувствительностью и угловым разрешением, в частности европейский спутник EXOSAT с 1983 по 1986 год и немецкий спутник ROSAT с 1990 по 1999 год. Для миссий, которые еще находятся в работе, мы упомянем Chandra X - Обсерватория, одна из четырех «Великих обсерваторий» НАСА, запущенная в 1999 году, Европейская обсерватория XMM-Ньютон, запущенная в 1999 году, и, наконец, небольшой телескоп NuSTAR, запущенный в 2012 году.
Обсерватории в гамма-лучах
Первый спутник, оборудованный гамма-телескопом - Исследователь 11, наблюдал небо в течение семи месяцев в 1961 году и захватил 22 гамма-фотона в течение этого периода, вероятно, созданного взаимодействием космических лучей с межзвёздным газом.В конце 1960-х годов было запущено серия военных спутников под названием Vela для мониторинга ядерных испытаний в Советском Союзе. Они выявили еще один источник, новый тип астрофизического процесса, называемого гамма-всплесками, природа которого (массивная смерть звезды или таяние звездных остатков) будет подтверждена только в 1997 году итальянским спутником Beppo-SAX.
Первой миссией, посвященной исключительно гамма-астрономии, был американский спутник SAS-2, который наблюдал небо в 1972 и 1973 годах. Он обнаружил внегалактический гамма-фон и показал, что пульсары Crad
и Veil также являются источниками гамма-излучения. Европейский спутник COS-B наблюдал небо между 1975 и 1982 годами и выпустил каталог из 25 источников гамма-излучения и первую карту диска Галактики в этом диапазоне длин волн.
За этими миссиями последовала еще одна «Большая обсерватория» НАСА: Гамма-обсерватория Комптона, оснащенная четырьмя телескопами, которые наблюдали гамма-небо между 1991 и 2000 годами.
Наконец, еще несколько миссий все еще работают: ИНТЕГРАЛЬНАЯ Европейская обсерватория, запущенная в 2002 году, телескоп США Swift, запущенный в 2004 году и обсерватория Ферми США (ранее GLAST), запущенная в 2008 году.