Chandra

El Observatorio Chandra de rayos-X o CXC por su acrónimo en inglés,¹ es un satélite artificial lanzado por la NASA el 23 de julio de 1999. Fue llamado así en honor del físico indio Subrahmanyan Chandrasekhar, uno de los fundadores de la astrofísica, quien determinó la masa límite a la que las enanas blancas se convierten en una estrella de neutrones. Además, Chandra significa “luna” en sánscrito.

El Observatorio Chandra es el tercero de los Grandes Observatorios de la NASA. El primero fue el Telescopio Espacial Hubble, el segundo fue el Observatorio de Rayos Gamma Compton, lanzado en 1991 y ya desintegrado, y el último fue el Telescopio Espacial Spitzer. Antes del lanzamiento el Observatorio Chandra era conocido como AXAF por las siglas en inglés de Advanced X-ray Astronomical Facility.

Como la atmósfera terrestre absorbe la mayoría de los rayos X, los telescopios convencionales no pueden detectarlos y para su estudio se hace necesario un telescopio espacial.

En 1976 Riccardo Giacconi y Harvey Tananbaum propusieron a la NASA la idea del Observatorio Chandra, empezando los trabajos preliminares en el Marshall Space Flight Center. Mientras tanto, en 1978, la NASA lanzó el primer telescopio espacial de rayos X, el Einstein (HEAO-2).

A pesar de ello el trabajo en el proyecto Chandra continuó adelante durante las décadas de 1980 y 1990, pero en 1992 se rediseñó la nave para reducir costes. Se eliminaron cuatro de los veinte espejos de los que iba a disponer el observatorio, y se le calculó una órbita elíptica con la que alcanzaría la tercera parte de la distancia a la luna. Esto eliminó la posibilidad de reparaciones desde el transbordador espacial, en caso de averías, pues en su posición más lejana (apogeo) está situado a 135.000 km de la Tierra, 200 veces más alto que el Hubble; y en la posición más cercana (perigeo) queda a 14.000 km sobre el nivel del mar.

Fue lanzado por el transbordador Columbia (STS-93) siendo la carga más pesada que había puesto nunca en órbita la lanzadera hasta el momento.

Chandra puede observar el cielo en rayos X con una resolución angular de 0,5 segundos de arco, mil veces más que el primer telescopio orbital de rayos X.

El Observatorio de rayos X Chandra lleva los siguientes instrumentos:

• Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS)
• High Resolution Camera (HRC)
• High Energy Transmission Grating Spectrometer (HETGS)
• Low Energy Transmission Grating Spectrometer (LETGS)

Entre otros objetos ha servido para el estudio de RCW 86, resto de la supernova SN 185.

Su espejo primario tiene 1,22 metros de diámetro. Al comienzo se proyectó con 20 espejos que, al final se quedaron en 4.

Su periodo orbital es de 64 horas 12 minutos.

En los 10 años que lleva operativo, el Chandra-X ha tenido una importante influencia en la astrofísica del siglo XXI.

Con su incomparable posibilidad de captar imágenes de muy alta resolución ha facilitado enormemente la investigación de los fenómenos espaciales, desde el estudio de los cometas hasta la solución de planteamientos cosmológicos.

Los nuevos descubrimientos astronómicos se van produciendo a un ritmo creciente, gracias a las imágenes de centenares de objetos celestes observados.

Se ha conseguido comprobar la geometría del espacio-tiempo alrededor de los agujeros negros, la existencia de materia oscura y la confirmación de la existencia de energía oscura.

Los Rayos X tienen longitudes de onda extremadamente cortas (entre 0,1 y 10 nanómetros), solamente son más cortas las longitudes de los mortíferos rayos gamma (0,01 nanómetro). Las longitudes de ondas visibles se distribuyen entre 380 y 780 nanómetros.

Chandra está diseñado para observar rayos X provenientes de regiones del universo altamente energéticas, tal como los restos de la explosión de una estrella. Las dos imágenes de los restos de una supernova en la Nebulosa del Cangrejo y su pulsar asociado, mostradas abajo, ilustran cómo una alta resolución puede revelar nuevos e importantes rasgos en los fenómenos espaciales conocidos.

La imagen de la izquierda proviene del Captador de Imágenes de Alta Resolución (High Resolution Imager) instalado en el satélite Rontgen (Rontgensatellite), cuyo acrónimo es Rosat, el observatorio con la mejor capacidad de obtención de imágenes antes del Chandra. La imagen de la derecha, tomada por el instrumento Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS), montado en el Chandra, tiene aproximadamente cincuenta veces mejor resolución que la imagen de la derecha. En la imagen tomada por el Chandra, nuevos detalles (anillos y chorros en la región que circunda al pulsar) proveen valiosa información para entender cómo este pulsar transmite energía a la nebulosa.

Nebolusa del Cangrejo – Chandra – Crédito: NASA/CXC/SAO

El Observatorio posee tres partes principales: (1) el telescopio de rayos-X, cuyos espejos enfocan los rayos-X desde los cuerpos estelares; (2) los instrumentos científicos, que registran los rayos-X en forma de imágenes que pueden ser analizadas posteriormente; y (3) la nave espacial, que provee el medio de soporte propicio para que el telescopio y los instrumentos puedan funcionar.

La inusual órbita del Chandra fue alcanzada, después del despliegue del satélite, gracias a un sistema de propulsión que posicionó al observatorio en una órbita alta alrededor de la Tierra. Esta órbita, que posee la forma de una elipse, hace que el satélite recorra una distancia equivalente a un tercio del camino a la Luna antes de aproximarse nuevamente a la Tierra. La menor distancia que el Chandra toma con respecto a la Tierra es de 16.000 kilómetros (9.942 millas). El tiempo necesario para completar esta órbita es de 64 horas y 18 minutos.

El 85% de la órbita del satélite queda situada más allá de los cinturones de partículas cargadas (los cinturones de Van Allen) que rodean a la Tierra. Entonces, sesiones de observación tan extensas como 55 horas son posibles; haciendo que el porcentaje útil de trabajo del Chandra sea mucho mayor que el obtenible en una órbita baja de unos pocos de cientos de kilómetros, como las usadas por la mayoría de los satélites.

Las organizaciones con mayor participación en el proyecto Chandra son las siguientes:

Coordinación y Gerenciamiento General del Programa:

Centro Espacial Marshall, dependiente de la NASA

Contratista Principal:

TRW (ahora NGST)- Construcción e Integración de Naves Espaciales

Subcontratistas Principales:

Raytheon Optical Systems – Maquinado y Pulido de Espejos

Optical Coating Laboratories, Inc. – Recubrimiento y Limpieza de Espejos

Eastman Kodak Corporation – Ensamblado de Espejos

Ball Aerospace and Technology Corp. – Módulo de Instrumentos Científicos

Instrumentos Científicos:

Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) – Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y Universidad Estatal de Penn

High Resolution Camera (HRC) – Observatorio Astrofísico Smithsonian (SAO)

High Energy Transmission Grating – MIT

Low Energy Transmission Grating – Instituto Holandés de Investigación Espacial y el Instituto Max Planck de Alemania.

Científicos del Telescopio:

Dr. Leon VanSpeybroeck, SAO

Equipo de Soporte de la Misión:

SAO

Centro de rayos-X Chandra:

SAO (con personal del MIT y NGST)

Soporte Científico

Centro de Control de Operaciones

El Centro de Rayos-X Chandra está localizado en Cambridge, Massachusetts, en el Observatorio Astrofísico Smithsonian y su personal está integrado por gente del SAO, el MIT y NGST. El Dr. Harvey Tananbaum es el director del Centro. El equipo de Soporte Científico (Science Support) es responsable del planeamiento de la misión y las operaciones científicas. El Centro de Control de Operaciones dirige el vuelo del satélite, ejecuta el plan de trabajo del observatorio, y recibe los datos científicos desde el observatorio.

Imagen de un pulsar desde el Chandra

Chandra comenzó una exploración de las turbulentas y calientes regiones del espacio con imágenes 25 veces más nítidas que las anteriores imágenes de rayos-X. El ejemplo de más abajo ilustra cómo Chandra permite a los astrónomos estudiar el proceso por el cual chorros de materia son ejectados desde agujeros negros supermasivos en las densas regiones centrales de las galaxias.

La increíble sensibilidad del Chandra puede hacer posible estudios más detallados de agujeros negros, supernovas y materia oscura, e incrementar nuestro entendimiento del origen, evolución, y destino del universo.

Cúmulo galáctico 3C438 fotografiado por el Chandra-X

El Observatorio de Rayos X Chandra (anteriormente conocido como AXAF) fue construido con objeto de hacer una búsqueda de alta resolución de la incidencia de rayos X, para realizar observaciones astrofísicas en el rango de energía desde 0,09 hasta 10,0 keV. Los objetivos científicos principales de la misión fueron determinar la naturaleza de los objetos celestes desde las estrellas normales a los cuásares, para comprender la naturaleza de los procesos físicos que tienen lugar en ellos y entre los objetos astronómicos, y estudiar en general, la historia y evolución del universo. Las observaciones se harán mediante los rayos X procedentes de regiones de alta energía, tales como los restos de supernovas, pulsares de rayos X, agujeros negros, estrellas de neutrones, y cúmulos galácticos calientes.