teleskopy wysokoenergetyczne

teleskopy wysokoenergetyczne,

instrumenty służące do obserwacji obiektów astr. w zakresie promieniowania rentgenowskiego i gamma, charakteryzujące się stosunkowo wysoką kątową zdolnością rozdzielczą.

Ze względu na pochłanianie promieniowania rentgenowskiego i gamma przez atmosferę Ziemi, t.w. umieszcza się na orbicie okołoziemskiej. Podobnie jak w teleskopach opt., podstawowymi parametrami t.w. są: czułość, kątowa zdolność rozdzielcza i zakres energii (długości fali) rejestrowanego promieniowania. Zjawisko odbicia promieniowania — wykorzystywane powszechnie w teleskopach opt. — zachodzi jedynie dla energii fotonów poniżej ˜10 keV i kątów padania bliskich 90°. Ogranicza to konstrukcje zwierciadlanych t.w. do miękkiego zakresu rentgenowskiego i określa geom. parametry układu optycznego. W najprostszym przypadku zwierciadło — wykonane zwykle z zeroduru pokrytego cienką warstwą metalu o wysokiej liczbie atomowej (np. złotem) — stanowi fragment paraboloidy obrotowej, odległy od wierzchołka tej paraboloidy i jej ogniska, co sprawia, że kształt powierzchni odbijającej jest zbliżony do wewn. powierzchni beczki; zwierciadło takie daje jednak obraz silnie obciążony aberracjami pozaosiowymi. Wady tej w znacznym stopniu są pozbawione konstrukcje zaproponowane 1952 przez H. Woltera, składające się z układu 2 zwierciadeł. W najczęściej stosowanym rozwiązaniu promienie, po odbiciu od powierzchni paraboloidy i hiperboloidy, zostają skupione w płaszczyźnie ogniskowej. Ponieważ powierzchnia zbierająca promieniowanie jest wielokrotnie mniejsza od powierzchni całkowitej zwierciadła, a wewnątrz niego pozostaje pusta przestrzeń, konstrukcje realizowane w praktyce składają się z wielu (od 4 do kilkudziesięciu) współosiowych i współogniskowych zwierciadeł o malejącej średnicy, umieszczonych kolejno jedno wewnątrz drugiego. Do rejestracji fotonów w ognisku układu stosuje się gazowe liczniki proporcjonalne, detektory mikrokanałowe i detektory CCD. Zasadniczym problemem do pokonania we wszelkich konstrukcjach t.w. jest wysoki poziom tła wytworzonego w detektorach przez cząstki promieniowania kosm.; w celu obniżenia poziomu tła stosuje się układy antykoincydencyjne i dyskryminatory wykorzystujące różnice przebiegów czasowych impulsów elektr., generowanych w detektorze przez fotony i cząstki naładowane. Najsłabsze źródła rejestrowane przez współcz. t.w. (EINSTEIN, EXOSAT, ROSAT, XMM-Newton, Chandra) wykorzystujące optykę ogniskującą dają strumień nieznacznie powyżej 10⁻²⁴ J·s⁻¹ ·cm⁻². Z uwagi na niewielką energ. zdolność rozdzielczą detektorów promieniowania rentgenowskiego, do badania widm źródeł rentgenowskich stosuje się odbiciowe siatki dyfrakcyjne.

Konstrukcje t.w. dla fotonów o energii powyżej ˜200 keV opierają się na zjawisku Comptona. Energie i kierunek padania fotonu można określić za pomocą układu 2 warstw detektorów, jeżeli w wyniku rozproszenia komptonowskiego w pierwszej warstwie foton pozostawi tam część swej energii, a w drugiej — zostanie pochłonięty. Dla jednoznacznego określenia położenia na sferze niebieskiej źródła wysyłającego promieniowanie gamma jest w tym wypadku niezbędna rejestracja większej liczby fotonów. Kątowa zdolność rozdzielcza teleskopów komptonowskich jest określona przez dokładność wyznaczenia położeń rozproszenia i absorpcji fotonu oraz jego energii i sięga w najlepszym wypadku kilku minut łuku; najsłabsze rejestrowane źródła mają strumień ˜10⁻¹⁹ J·s⁻¹·cm⁻². W teleskopy komptonowskie zostały wyposażone satelity CGRO, INTEGRAL. Instrumenty rejestrujące promieniowanie w zakresie energii 10–200 keV nie odznaczają się wysoką rozdzielczością kątową i na ogół nie określa się ich jako teleskopy.

Andrzej Sołtan