IXPE

Explorador de imágenes de polarimetría de rayos X

Satélite IXPE, en la parte superior están sus tres elementos ópticos de rayos X idénticos, los sensores están en la parte inferior.
Nombres	Explorador 97 IXPE SMEX-14
Tipo de misión	Satélite astronómico de rayos X
Operador	NASA , ASI
Identificación de COSPAR	2021-121A
N.º SATCAT	49954
Sitio web	ixpe.msfc.nasa.gov asi.it/ixpe
Duración de la misión	5 años (planificado) 2 años, 10 meses y 22 días ( en progreso )
Propiedades de las naves espaciales
Astronave	Explorador XCVII
Tipo de nave espacial	Explorador de imágenes de polarimetría de rayos X
Autobús	BCP-100
Fabricante	Ball Aerospace & Technologies OHB Italia
Lanzamiento masivo	330 kg (730 libras) [1]
Masa de carga útil	170 kilogramos (370 libras)
Dimensiones	1,1 m (3 pies 7 pulgadas) de diámetro y 5,2 m (17 pies) de alto, completamente extendido Panel solar: 2,7 m (8 pies 10 pulgadas) completamente desplegado
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento	9 de diciembre de 2021, 06:00  UTC [3]
Cohete	Halcón 9 , B1061.5
Sitio de lanzamiento	Centro Espacial Kennedy , LC-39A
Contratista	Espacio X
Entró en servicio	10 de enero de 2022 [2]
Parámetros orbitales
Sistema de referencia	Órbita geocéntrica
Régimen	Órbita terrestre baja
Altitud del perigeo	540 kilómetros (340 millas)
Altitud del apogeo	540 kilómetros (340 millas)
Inclinación	0,20°
Período	90,00 minutos
Telescopio principal
Tipo	Tres espejos
Longitud focal	4 metros [4]
Longitudes de onda	radiografía
Transpondedores
Banda	Banda S [5]
Logotipo de la misión IXPE Programa de Exploradores

Imaging X-ray Polarimetry Explorer , comúnmente conocido como IXPE o SMEX-14 , es un observatorio espacial con tres telescopios idénticos diseñados para medir la polarización de los rayos X cósmicos de agujeros negros, estrellas de neutrones y púlsares. ^[6] El observatorio, que se lanzó el 9 de diciembre de 2021, es una colaboración internacional entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana (ASI). Es parte del programa Explorers de la NASA, que diseña naves espaciales de bajo costo para estudiar heliofísica y astrofísica.

La misión estudiará objetos astronómicos exóticos y permitirá cartografiar los campos magnéticos de agujeros negros , estrellas de neutrones , púlsares , remanentes de supernovas , magnetares , cuásares y núcleos galácticos activos . La radiación de rayos X de alta energía del entorno que rodea a estos objetos puede polarizarse, es decir, oscilar en una dirección particular. El estudio de la polarización de los rayos X revela la física de estos objetos y puede proporcionar información sobre los entornos de alta temperatura en los que se crean. ^[7]

La misión IXPE se anunció el 3 de enero de 2017 ^[6] y se lanzó el 9 de diciembre de 2021. ^[3] La colaboración internacional se firmó en junio de 2017, ^[1] cuando la Agencia Espacial Italiana (ASI) se comprometió a proporcionar los detectores de polarización de rayos X. ^[7] El costo estimado de la misión y su operación de dos años es de US$188 millones (el costo del lanzamiento es de US$50,3 millones). ^{[8] [7]} El objetivo de la misión IXPE es ampliar la comprensión de los procesos y fuentes astrofísicas de alta energía , en apoyo del primer objetivo científico de la NASA en astrofísica: "Descubrir cómo funciona el universo". ^[1] Al obtener polarimetría de rayos X e imágenes polarimétricas de fuentes cósmicas, IXPE aborda dos objetivos científicos específicos: determinar los procesos de radiación y las propiedades detalladas de fuentes de rayos X cósmicos específicos o categorías de fuentes; y explorar los efectos relativistas generales y cuánticos en entornos extremos. ^{[1] [6]}

Durante la misión de dos años de IXPE, estudiará objetivos como núcleos galácticos activos , cuásares , púlsares , nebulosas de viento de púlsar , magnetares , sistemas binarios de rayos X en acreción , remanentes de supernovas y el centro galáctico . ^[4]

La nave espacial fue construida por Ball Aerospace & Technologies . ^[1] El investigador principal es Martin C. Weisskopf del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA ; es el científico jefe de astronomía de rayos X en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA y científico del proyecto de la nave espacial Chandra X-ray Observatory . ^[7]

Otros socios incluyen la Universidad McGill , el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad Roma Tre , la Universidad de Stanford , ^[5] OHB Italia ^[9] y la Universidad de Colorado Boulder . ^[10]

Los objetivos técnicos y científicos incluyen: ^[3]

• Mejorar la sensibilidad de polarización en dos órdenes de magnitud con el polarímetro de rayos X a bordo del Observatorio Solar Orbital 8
• Proporcionar mediciones espectrales, espaciales y temporales simultáneas.
• Determinar la geometría y el mecanismo de emisión de núcleos galácticos activos y microcuásares
• Encuentre la configuración del campo magnético en magnetares y determine la magnitud del campo.
• Encuentre el mecanismo de producción de rayos X en los púlsares (tanto aislados como en acreción) y la geometría
• Determinar cómo se aceleran las partículas en la nebulosa del viento del púlsar

El observatorio espacial cuenta con tres telescopios idénticos diseñados para medir la polarización de los rayos X cósmicos . ^[6] El detector sensible a la polarización fue inventado y desarrollado por científicos italianos del Istituto Nazionale di AstroFisica (INAF) y el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) y fue perfeccionado a lo largo de varios años. ^{[4] [11] [12]}

La carga útil de IXPE es un conjunto de tres sistemas de polarimetría de rayos X de imágenes idénticos montados en un banco óptico común y alineados con el eje de apuntamiento de la nave espacial. ^[1] Cada sistema opera de forma independiente para redundancia y comprende un conjunto de módulo de espejo que enfoca los rayos X en un detector de imágenes sensible a la polarización desarrollado en Italia. ^[1] La distancia focal de 4 m (13 pies) se logra utilizando un brazo desplegable.

Los detectores de píxeles de gas (GPD), ^[13] un tipo de detector gaseoso de micropatrones , se basan en la anisotropía de la dirección de emisión de los fotoelectrones producidos por fotones polarizados para medir con alta sensibilidad el estado de polarización de los rayos X que interactúan en un medio gaseoso. ^[4] Los mapas de polarización dependientes de la posición y de la energía de dichas fuentes emisoras de rayos sincrotrón revelarán la estructura del campo magnético de las regiones emisoras de rayos X. Las imágenes polarimétricas de rayos X indican mejor la estructura magnética en regiones de fuerte aceleración de electrones. El sistema es capaz de resolver fuentes puntuales de la emisión nebular circundante o de fuentes puntuales adyacentes. ^[4]

El IXPE se lanzó el 9 de diciembre de 2021 en un Falcon 9 de SpaceX ( B1061.5 ) desde el LC-39A en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida. El tamaño y la masa relativamente pequeños del observatorio están muy por debajo de la capacidad normal del vehículo de lanzamiento Falcon 9 de SpaceX . Sin embargo, Falcon 9 tuvo que trabajar para poner a IXPE en la órbita correcta porque IXPE está diseñado para operar en una órbita casi exactamente ecuatorial con una inclinación de 0° . Al lanzarse desde Cabo Cañaveral , que se encuentra a 28,5° sobre el ecuador , era físicamente imposible lanzarlo directamente a una órbita ecuatorial de 0,2°. En cambio, el cohete necesitaba lanzarse hacia el este a una órbita de estacionamiento y luego realizar un cambio de plano, o inclinación, una vez en el espacio, cuando la nave espacial cruzó el ecuador. Para Falcon 9, esto significó que incluso el diminuto IXPE de 330 kg (730 lb) probablemente todavía representaba alrededor del 20-30% de su rendimiento teórico máximo (1.500-2.000 kg (3.300-4.400 lb)) para ese perfil de misión, mientras que el mismo vehículo de lanzamiento es capaz de lanzar alrededor de 15.000 kg (33.000 lb) a la misma órbita de 540 km (340 mi) a la que apuntaba IXPE cuando no se necesita un cambio de plano, mientras se recupera el propulsor de la primera etapa. ^[14]

IXPE es el primer satélite dedicado a medir la polarización de los rayos X de una variedad de fuentes cósmicas, como agujeros negros y estrellas de neutrones . La órbita que rodea el ecuador minimizará la exposición del instrumento de rayos X a la radiación en la Anomalía del Atlántico Sur , la región donde el cinturón de radiación de Van Allen interior se acerca más a la superficie de la Tierra.

El IXPE está construido para durar dos años. ^[8] Después de eso, puede ser retirado y desorbitado o se le puede asignar una misión extendida.

Después del lanzamiento y despliegue de la sonda espacial IXPE, la NASA apuntó la nave espacial hacia 1ES 1959+650, un agujero negro, y SMC X-1, un púlsar, para su calibración. Después de eso, la nave espacial observó su primer objetivo científico, Cassiopeia A. Se publicó una imagen de primera luz de Cassiopeia A el 11 de enero de 2022. ^[15] Se planea observar 30 objetivos durante el primer año de IXPE. ^[15]

IXPE se comunica con la Tierra a través de una estación terrestre en Malindi (Kenia). La estación terrestre es propiedad de la Agencia Espacial Italiana y está operada por ella. ^[15]

En la actualidad, las operaciones de la misión IXPE están controladas por el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) . ^[16]

En mayo de 2022, el primer estudio de IXPE insinuó la posibilidad de birrefringencia de vacío en 4U 0142+61 ^{[17] [18]} y en agosto otro estudio analizó Centaurus A midiendo un bajo grado de polarización, lo que sugiere que la emisión de rayos X proviene de un proceso de dispersión en lugar de surgir directamente de las partículas aceleradas del chorro. ^{[19] [20]} En octubre de 2022 observó el estallido de rayos gamma GRB 221009A , también conocido como el "más brillante de todos los tiempos" (BOAT). ^{[21] [22]}

• Nave espacial IXPE
• 
  Diagrama de la estructura del IXPE
• 
  IXPE antes del lanzamiento
• Animación del proceso de despliegue de IXPE

• Observaciones del IXPE
• 
  Imagen de rayos X del remanente de supernova Cassiopeia A obtenida por IXPE

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• Fuente astrofísica de rayos X
• Programa explorador
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