Рентгеновское и гамма-излучающее оборудование

Рентгеновское и гамма-излучающее оборудование обнаруживает наиболее энергичные фотоны в астрономии, используя оптику скользящего падения, кодированные апертуры и детекторы отслеживания частиц, а не обычные зеркала оптических телескопов.

Definition

Рентгеновское и гамма-излучающее оборудование включает оптику и детекторы, используемые для наблюдения фотонов в диапазоне примерно от ста электронвольт до тераэлектронвольт, разработанные с учетом того факта, что такие фотоны не могут быть сфокусированы обычным отражением или преломлением.

Scope

Эта тема охватывает вложенные рентгеновские зеркала скользящего падения, рентгеновские ПЗС-матрицы и микрокалориметры, которые формируют изображения и измеряют энергию фотонов, коллиматоры и маски с кодированной апертурой для более высоких энергий, телескопы для отслеживания пар и комптоновские телескопы для гамма-лучей, а также наземную атмосферную черенковскую технику, которая косвенно обнаруживает гамма-лучи самых высоких энергий.

Core questions

• Как фокусируются рентгеновские лучи, когда они проходят через обычные зеркала?
• Как формируются изображения гамма-лучей, которые вообще не могут быть сфокусированы?
• Как измеряется энергия высокоэнергетического фотона?
• Как обнаруживаются гамма-лучи самых высоких энергий с Земли?

Key theories

Оптика скользящего падения

Рентгеновские лучи эффективно отражаются только при малых углах скольжения, поэтому рентгеновские телескопы используют множество концентрических зеркальных оболочек, таких как конструкции Вольтера, для их сбора и фокусировки.

Кодированные апертуры и отслеживание частиц

Гамма-лучи изображаются не путем фокусировки, а путем отбрасывания теней через кодированные маски или путем отслеживания электрон-позитронных пар и комптоновских рассеяний, которые они производят в слоистых детекторах.

Метод визуализации атмосферного черенковского излучения

Гамма-лучи самых высоких энергий обнаруживаются с Земли путем визуализации коротких вспышек черенковского света от атмосферных ливней, которые они вызывают в атмосфере.

Clinical relevance

Высокоэнергетическое оборудование исследует аккрецирующие черные дыры и нейтронные звезды, остатки сверхновых, активные галактические ядра, гамма-всплески и горячий газ скоплений, раскрывая наиболее экстремальные физические явления во Вселенной, невидимые при более низких энергиях.

History

Ракетный полет Джаккони и Росси в 1962 году обнаружил первый космический источник рентгеновского излучения, положив начало рентгеновской астрономии. Конструкции Вольтера со скользящим падением позволили создать телескопы для рентгеновской визуализации, такие как Einstein и Chandra, в то время как гамма-миссии и наземные черенковские массивы открыли небо очень высоких энергий.

Key figures

• Riccardo Giacconi
• Bruno Rossi
• Hans Wolter

Seminal works

• seward2010
• longair2011
• giacconi1962

Frequently asked questions

Как рентгеновские телескопы формируют изображения, если рентгеновские лучи проходят через обычные зеркала?

Рентгеновские лучи эффективно отражаются только тогда, когда они скользят по поверхности под очень малыми углами. Поэтому рентгеновские телескопы используют наборы вложенных, бочкообразных зеркал, по которым лучи скользят, постепенно изгибаясь к общему фокусу, что является конфигурацией, известной как оптика скользящего падения или оптика Вольтера.

Как можно изучать гамма-лучи самых высоких энергий с Земли?

Такие гамма-лучи слишком редки и слишком энергичны, чтобы их можно было обнаружить напрямую с помощью спутников. Когда один из них попадает в атмосферу, он производит каскад частиц, которые излучают слабую вспышку черенковского света, которую наземные телескопические массивы используют для восстановления энергии и направления гамма-луча.