XMM-Newton () — космічний рентгенівський телескоп, втілений у життя Європейським космічним агентством за підтримки NASAAbout XMM (X-ray Multi-Mirror Mission-Newton).
Запущений в космічний простір в 1999 році. XMM-Newton — одна з найбільш успішних рентгенівських обсерваторій в історії, на основі даних якої, накопичених за роки бездоганної роботи, написано тисячі наукових статей.
Приймає випромінювання в діапазоні 0,2—15 КеВ.
У рамках Міжнародного проекту Віртуальної обсерваторії дані XMM більш ніж річної давнини можуть бути вільно отримані через Internet.
У рамках «Міжнародного року астрономії-2009» телескоп брав участь у проекті «100 годин астрономії», котрий тривав понад чотири дні і ночі, від 2 до 5 квітня 2009 року, і був задіяний в режимі онлайн на веб-порталі «Навколо світу за допомогою 80 телескопів».
В 2022 році телескоп XMM-Newton виконав унікальний знімок квазара SMSS J114447.77-430859.3, який спостерігається між сузір'ями Центавра та Гідри і є найяскравішим квазаром за останні 9 мільярдів років космічної історії.
Концепція та історія місії Пропозицію щодо створення «багатодзеркального» рентгенівського телескопа було висунуто в 1982 році, ще до запуску попередника XMM-Newton — EXOSAT (1983 рік). В результаті чого було розроблено XMM-Newton. Місія була офіційно запропонована Комітету з наукових програм ESA в 1984 році та отримала схвалення від Ради міністрів Агентства в січні 1985 року. Того ж року було створено кілька робочих груп, щоб визначити доцільність такої місії. Загальна конфігурація космічного корабля була розроблена до лютого 1987 року, і вона значною мірою спиралася на досвід, отриманий під час місії EXOSAT. У червні 1988 року Європейське космічне агентство схвалило місію. Розробка та будівництво почалося в березні 1996 та березні 1997 років відповідно, а інтеграція та випробування космічного корабля були завершені у вересні 1999 року.
Запуск XMM відбувся 10 грудня 1999 року о 14:32 UTC з Гвіанського космічного центру. XMM був піднятий у космос на борту ракети Ariane 5 і розміщений на високоеліптичній 40-градусній орбіті, яка мала перигей 838 км і апогей 112 473 км. Через сорок хвилин після виходу з верхнього блоку Аріани телеметрія підтвердила наземним станціям, що сонячні батареї космічного корабля успішно розгорнуто. Інженери чекали додаткові 22 години, перш ніж дати команду бортовим двигунам запуститися загалом п’ять разів, що з 10 по 16 грудня змінило орбіту на 7365 × 113 774 км з кутом нахилу 38,9 градусів. Це призвело до того, що космічний корабель здійснює один повний оберт навколо Землі приблизно кожні 48 годин. Активація приладу почалася 4 січня 2000 року, а введення приладу в експлуатацію — 16 січня. Оптичний монітор (OM) вперше засвітився 5 січня, фотонні фотокамери (EPIC) MOS-CCD — 16 січня, EPIC pn-CCD — 22 січня, а спектрометри з відбивною решіткою (RGS) вперше побачили світло 2 лютого. 3 березня розпочався етап калібрування та перевірки продуктивності, і вже 1 червня розпочалися наукові спостереження.
Під час прес-конференції 9 лютого 2000 року ESA представило перші зображення, зроблені XMM, і оголосило, що космічному кораблю було обрано нову назву. У той час програма формально була відома як High Throughput X-ray Spectroscopy Mission. За словами Роджера Боннета, колишнього наукового директора ESA, нова назва відображала б природу програми та засновника галузі спектроскопії, оскільки Ісаак Ньютон винайшов спектроскопію, а XMM — це спектроскопічна місія.
Телескоп розташований майже на третині шляху до Місяця, тож астрономи можуть насолоджуватися довгим безперервним оглядом небесних об’єктів. У перигеї (найбільше зближення) він проходить на висоті 20 000 км над Землею зі швидкістю 24 000 км/год. Ексцентрична робоча орбіта XMM-Newton була обрана таким чином, щоб його інструменти могли працювати за межами радіаційних поясів, що оточують Землю.
XMM-Newton не має бортового сховища, тому всі важливі наукові дані потрібно завантажувати через наземну станцію, щойно вони зібрані. ESOC контролює місію 24/7, 365 днів на рік через живу наземну станцію, оскільки космічний корабель має лише обмежений рівень автоматизації. Проте протягом багатьох років було розроблено багато засобів наземної автоматизації, щоб безпечно та ефективно працювати з апаратом та отримувати якнайкращі наукові результати. Контакт для безперервної взаємодії в режимі реального часу з космічним кораблем майже на всій орбіті забезпечується наземними станціями ESA в Куру та SSC в Сантьяго-де-Чилі.
Цілі місії
Цілі місії були представлені на семінарі в Данії в червні 1985 року.
Обсяг спостережень XMM-Newton включає виявлення рентгенівського випромінювання від астрономічних об’єктів, детальне дослідження областей зореутворення, дослідження формування та еволюції скупчень галактик, середовища надмасивних чорних дір і картографування таємничої темної матерії.
XMM-Newton також спостерігає рентгенівське випромінювання Марса, Юпітера, Сатурна, кількох комет і екзосфери Землі.
Тривалість місії
Місія була запланована на 10 років, проте завдяки доброму стану космічного корабля та значній кількості отриманих даних, XMM-Newton отримав декілька розширень тривалості місії від Комітету з наукових програм ESA. Перше розширення відбулося в листопаді 2003 року, і продовжило роботу апарата до березня 2008 року. Друге розширення було затверджено в грудні 2005 року, продовживши роботу телескопа до березня 2010 року. Третє продовження було прийнято в листопаді 2007 року, і передбачало роботу до 2012 року. Також було зазначено, що супутник мав достатньо бортових витратних матеріалів (палива, електроенергії та гарний механічного стан), щоб теоретично продовжити роботу після 2017 року. Четверте розширення в листопаді 2010 року схвалило роботу до 2014 року. П’яте розширення було схвалено в листопаді 2014 року та підтверджено в листопаді 2016 року, продовжуючи роботу до 2018 року. Шосте розширення було схвалено в грудні 2017 року, продовжуючи роботу апарата до кінця 2020 року. Сьоме розширення було схвалено в листопаді 2018 року, і продовжило роботу до кінця 2022 року. Восьме розширення було схвалено в березні 2023 року, продовжуючи діяльність до кінця 2026 року з орієнтовним продовженням до 2029 року.
Апарат був розроблений для збору даних на період принаймні десяти років, але вже працює набагато довше. Оскільки супутник та його інструменти працюють чудово без серйозних погіршень, науковці сподіваються працювати з ним ще й наступне десятиліття, єдиним обмеженням є запас гідразинового палива. Зараз місія перебуває у «розширеній фазі роботи». Технічно обсерваторія наразі має достатньо ресурсів для роботи до 2031 року, забезпечуючи європейську рентгенівську спільноту високоякісними найсучаснішими даними до запуску наступної місії Athena (запланований на 2035 рік). Можливо XMM-Newton навіть буде летіти паралельно з Athena протягом деякого часу, щоб створити плавну передачу калібрування.
Космічний апарат XMM-Newton — це найбільший супутник для наукових досліджень, коли-небудь побудований в Європі. XMM-Newton — це космічний телескоп довжиною 10,8 м і шириною 16,16 м (враховуючи розгорнуті сонячні батареї). На момент запуску він важив 3764 кг. Форма телескопа базується на фокусній відстані 7,5 м і необхідності відповідати параметрам носія Аріан 5.
Космічний корабель має приблизно циліндричну форму і складається з чотирьох основних компонентів. На передній частині космічного корабля розташована платформа Mirror Support Platform, яка підтримує вузли рентгенівського телескопа та системи решіток, оптичний монітор і два пристрої відстеження зір. Навколо цього компонента знаходиться службовий модуль, який містить різні системи підтримки космічного корабля: комп’ютерні та електричні шини передачі даних, витратні матеріали (наприклад, паливо та охолоджувач), сонячні батареї, телескоп Sun Shield і дві антени S-діапазону. За цими пристроями знаходиться телескопічна труба, порожниста конструкція з вуглецевого волокна довжиною 6,8 м, яка забезпечує точну відстань між дзеркалами та обладнанням для спостереження. У цій частині також розміщено обладнання для дегазації на зовнішній стороні, яке допомагає видалити будь-які забруднення з внутрішньої частини супутника. У кормовій частині космічного корабля знаходиться вузол фокальної площини, який підтримує платформу фокальної площини (що містить камери та спектрометри), а також вузли обробки даних, розподілу електроенергії та блоки радіаторів.
Серцем місії є рентгенівський телескоп. Окрім того, XMM-Newton має звичайний чутливий телескоп (ОМ) для спостереження того ж розрізу неба в ультрафіолеті та видимому світлі щоб астрономи точно знали що спостерігає супутник.
У високотехнологічній конструкції XMM-Newton використовується понад 170 тонких, як пластина, циліндричних дзеркал, розташованих у трьох телескопах. На момент запуску телескопа його дзеркала були найчутливішими з будь-коли розроблених у світі, а завдяки чутливим детекторам він міг бачити набагато більше, ніж будь-який попередній рентгенівський супутник.
На борту містить такі прилади: дві метал-оксид силіконові камери MOS для побудови зображень, PN камеру, спектрометр RGS для побудови спектрів в діапазоні до двох КеВ і оптичний монітор.
Конструкція космічного корабля, призначена в першу чергу для того, щоб гарантувати його цілісність та необхідну термопружну стабільність на орбіті за будь-яких навантажень. У випадку з XMM-Newton це призвело до вибору композитів з вуглецевого волокна з надвисоким модулем (низьке теплове розширення) для основних структурних елементів. Перевагою цього матеріалу є його дуже високий модуль пружності, який обмежує структурну масу для такої конструкції, яка також розрахована на жорсткість.
Інструменти
Європейські фотонні фотокамери Три європейські фотонні фотокамери (European Photon Imaging Cameras, EPIC) є основними інструментами на борту XMM-Newton. Система складається з трьох камер, серцем яких є прилади із зарядовим зв’язком ПЗЗ (Charge-coupled device, CCD), які реєструють і записують енергію вхідних рентгенівських фотонів. У двох камерах використовуються ПЗЗ-матриці з оксиду металу MOS, а в третій використовується ПЗЗ нового типу pn. Камери EPIC пропонують можливість виконувати надзвичайно чутливі спостереження зображення із загальним полем зору 30 кутових хвилин і діапазоном енергетичної чутливості від 0,15 до 15 кеВ (від 82,7 до 0,83 ангстрем). Кожна камера містить шестипозиційний оптичний фільтр з трьома типами прозорих для рентгенівського випромінювання фільтрів, у повністю відкритому та повністю закритому положенні; кожна також містить радіоактивне джерело, яке використовується для внутрішнього калібрування. Камерами можна незалежно керувати в різних режимах, залежно від необхідної чутливості зображення та швидкості, а також від інтенсивності цілі .
Дві камери MOS-CCD використовуються для виявлення рентгенівського випромінювання низької енергії. Кожна камера складається з семи кремнієвих чіпів (один у центрі та шість навколо нього), причому кожен чіп містить матрицю 600 × 600 пікселів, що забезпечує загальну роздільну здатність камери приблизно 2,5 мегапікселя. Як зазначалося вище, кожна камера має великий сусідній радіатор, який охолоджує прилад до робочої температури -120 °C (-184 °F). Вони були розроблені та побудовані Центром космічних досліджень Лестерського університету та EEV Ltd.
Камера pn-CCD використовується для виявлення високоенергетичних рентгенівських променів і складається з одного кремнієвого чіпа з дванадцятьма окремими вбудованими CCD. Кожен CCD має розмір 64 × 198 пікселів із загальною місткістю 152 000 пікселів. На момент створення камера pn-CCD на XMM-Newton була найбільшим подібним пристроєм, який коли-небудь створювався, з чутливою площею 36 см2 (5,6 кв. дюймів). Радіатор охолоджує камеру до -90 °C (-130 °F). Цю систему створили Астрономічний інститут Тюбінгена, Інститут позаземної фізики Макса Планка та PNSensor у Німеччині.