Svajigt resultat från första flygningen med nya röntgenteleskopet från Esrange

2022-09-06 06:00  

Under sommaren lyfte ett nyutvecklat röntgenteleskop med heliumballong från Esrange. Målet är att avslöja vilken form svarta hål och neutronstjärnor har. Men allt gick inte som det skulle.

Den 12 juli lyfte en enorm heliumballong från Esrange utanför Kiruna. I en vajer under ballongen hängde ett mycket speciellt instrument, ett röntgenteleskop, som kan avslöja saker om svarta hål och andra astronomiska objekt som Hubble- eller James Webbteleskopet inte kan.

Ballongen steg till den övre delen av jordens atmosfär, till cirka 40 kilometers höjd, och fördes med vindarna västerut över Island, Grönland och in över Nordamerika. Ballongen var under färden nästan lika stor som två Globen. Sex dagar senare landade den i norra Kanada. Röntgenteleskopet, som väger ett par ton, landade med hjälp av fallskärm en bit därifrån. 

– Det landade upprätt på mjuk mark i en mosse, som på en kudde! Så långt vi vet ser allt bra ut och vi borde få tillbaka det till Saint Louis i USA om en vecka. Då kommer vi att åka dit, inspektera vår del och eventuellt utföra reparationer. Sen kan vi förhoppningsvis flyga igen, säger Mark Pearce, fysikprofessor vid KTH, till Ny Teknik.

Skillnaden mot Hubble och Webb

XL-Calibur är precis som Hubble- och James Webbteleskopet ett instrument för att detektera elektromagnetisk strålning från mycket avlägsna objekt. Bakom projektet står forskare från KTH i Sverige, den amerikanska rymdstyrelsen Nasa samt forskare från amerikanska och japanska lärosäten. 

Skillnaden mellan XL-Calibur och till exempel Webbteleskopet ligger i vilka våglängder det detekterar. Hubble och Webb uppfattar vågor i spektrumen för synligt och infrarött ljus medan XL-calibur är byggt för röntgenstrålning.  

Men det finns redan åtskilliga röntgenteleskop i omloppsbana runt jorden, så vilken funktion fyller XL-Calibur egentligen? Finessen är att det är specialutvecklat för att kunna mäta röntgenstrålningens polarisation, det vill säga i vilket plan som de elektromagnetiska vågorna svänger. Instrumentet är alltså egentligen en polarimeter.

Grafik: Jonas Askergren Källa: Nasa, James Webb

Cygnus X-1

Under ballongfärden riktades XL-Calibur bland annat mot dubbelstjärnsystemet Cygnus X-1/HDE 226868, cirka 6 000 ljusår från jorden. Cygnus X-1 var en gång en stjärna men har kollapsat till ett stellärt svart hål. HDE 226868 är en typ av jättestjärna kallad blå superjätte. Sådana här system brukar kallas för röntgenbinär, eftersom de avger stora mängder röntgenstrålning. 

– Om man försöker avbilda Cygnus X-1 med det bästa röntgenteleskopet som finns i omloppsbana så ser man inga detaljer utan bara en punktliknande källa. Med XL-Calibur kommer vi inte att kunna avbilda hela röntgenbinären, men genom att mäta polarisationen så kan vi få fram information om dess geometri, säger Mark Pearce. 

Det svarta hålet suger materia från den blå jätten och bildar en roterande skiva av materia, ungefär som när man tömmer vatten ur ett badkar, förklarar han vidare.  

– Vi kan lära oss mer av geometrin hos skivan, fastän att vi inte kan se några detaljer eller avbilda den, säger han.

Krabbpulsaren

Cygnus X-1 är en av de starkaste röntgenkällorna som vi kan observera från vår plats i kosmos. Den andra är Krabbpulsaren, alltså den extremt kompakta och snabbt roterande neutronstjärna som finns i centrum av Krabbnebulosan. Krabbnebulosan är resterna av en supernova, en exploderande stjärna, som år 1054 plötsligt tändes för oss på jorden. 

– Eftersom de är så starka röntgenkällor, och välstuderade sedan tidigare, är det naturligt för oss att vilja titta på dem först, säger Mark Pearce. 

Forskarna analyserar just nu resultaten från XL-Caliburs första uppdrag. Men flygningen var inte problemfri.  

Det tolv meter långa teleskopet hänger i en vajer och riskerar att bli en pendel. För att kunna studera objektet måste teleskopet stabiliseras inom vinkelmåttet en bågsekund, det vill säga 1/3600-dels grad.

Peksystemet i obalans

Meningen är att det ska göras av peksystemet, som är utvecklat av Nasa. Men problem med ett annat system, det så kallade ballastsystemet, gjorde att pekningen inte fungerade som det skulle. 

Ballastsystemet används för att påverka ballongens höjd genom att små stålkulor släpps ut. Problemet var att för många kulor släpptes ut vilket orsakade obalans. Det innebar i sin tur att peksystemet inte kunde prestera enligt plan. 

– Vi vet faktiskt inte om vi kommer kunna leverera några vetenskapliga resultat. Det var inte lika enkelt som vi hoppades på, säger Mark Pearce. 

– Men en finess med ballongverksamhet är ju att man kan göra flera försök, och däremellan justera och förbättra, säger fortsätter han.

KTH har utvecklat skölden

Att man behöver sända upp teleskopet till 40 kilometers höjd beror förstås på att jordens atmosfär utgör ett ypperligt skydd mot det man vill studera, det vill säga röntgenstrålningen. Utan atmosfär hade det inte gått att leva på jorden.  

Men på så hög höjd blir den kosmiska strålningen i form av laddade partiklar, gammastrålning samt oönskad röntgenstrålning ett brus som förstör mätningen. Därför behövs en sköld. Den utgör KTH:s främsta bidrag i projektet. Den aktiva skölden omsluter teleskopets sensor. Tekniken kan på ett principiellt plan liknas vid den som finns i brusreducerande hörlurar. 

– När man mäter en röntgenfoton kan man avgöra om den kommer genom teleskopet eller om den kommer utifrån. Om den inte kommer genom teleskopet så kan vi ta bort den från mätdatat, säger Mark Pearce. 

Skölden fungerade enligt honom utmärkt under flygningen. 

– Den var väldigt effektiv på att ta bort de störande partiklarna, så det var ett glädjande resultat för vår del, säger han. 

Ytterligare en flygning i Nasas regi är planerad, men när den blir av är inte helt klart. 

– Förhoppningen är att göra nästa flygning över Antarktis. I så fall blir det tidigast i slutet av nästa år. Men det är inte helt bestämt ännu, säger Mark Pearce. 

XL-Calibur, X-Calibur och PoGO+

Röntgenteleskopet XL-Calibur har utvecklats av grupper inom Nasa, Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, Washington University i Saint Louis, USA, University of New Hampshire, USA, och Hiroshima University, Japan. 

Det bygger vidare på erfarenheter från flera tidigare projekt.  

Pogo+ var ett i hög grad svenskutvecklat röntgenteleskop som efter många misslyckade försök till slut lyfte med ballong från Esrange 2016. 

XL-Calibur är en vidareutveckling av X-Calibur, ett 8 meter långt röntgenteleskop som gjorde sin premiärresa med ballong i slutet av 2018. På grund av problem med ballongen blev dock färden inte så lång som beräknad. Skillnaden mellan de båda teleskopen är bland annat att XL-Calibur har en större spegel.  

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt