एस्ट्रोसैट ऑनबोर्ड पर एलएक्सपीसी उपकरण द्वारा विभिन्न एक्स-रे स्रोतों का विहंगम

बृहत क्षेत्र एक्सरे आनुपातिक काउंटर (एलएएक्सपीसी) उपकरण कक्षा में पहली बार अक्तूबर 19, 2015 को पूरी तरह से चालू किया गया। डिटेक्टर अंशांकन (डिटेक्टर गैस की शुद्धि, लब्धि समायोजन और ऊर्जा विभेदन) और क्रैब नेबुला, सीएएस-ए, 4 यू 0115+63 (एक्स-रे पल्सर) की पहले प्रकाश अवलोकनों के परिणाम जीआरएस जैसे कुछ ब्लैक होल एक्सरे बायनेरिज़ 1915+105, साइग एक्स -1, और साइग एक्स -3 यहां मौजूद हैं। ये परिणाम प्रारंभिक विश्लेषण पर आधारित होते हैं और विस्तारपूर्वक विश्लेषण चल रहा है। क्रैब के पार क्रॉस स्कैन से पता चलता है कि सभी तीन एलएक्सपीसी डिटेक्टर 8 आर्क मिनट के भीतर गठबंधन करते हैं।.

चित्र 1: सभी उड़ान परीक्षणों और अंतिम अंशांकन (20 अक्टूबर, 2014) को सफलतापूर्वक पूरा करने के बाद, आईजैक के समुच्चय, समाकलन और परीक्षण प्रयोगशाला (एआईटी) प्रयोगशाला में सभी तीन एलएक्सपीसी उड़ान डिटेक्टर। शुद्धिकरण पंप प्रत्येक डिटेक्टर में ब्लैक बॉक्स के रूप में देखा जा सकता है। शीर्ष पर संरक्षण कवर होता है जिसे प्रमोचन से पहले हटा दिया गया था।

एस्ट्रोसैट, भारत का पहला समर्पित खगोल विज्ञान अंतरिक्ष मिशन है जो 28 सितंबर, 2015 को प्रमोचित किया गया था। बृहत क्षेत्र एक्सरे आनुपातिक काउंटर (एलएएक्सपीसी) एस्ट्रोसैट पर प्रमुख पेलोड में से एक है, जिसमें कुल आठ उड़ान पैकेज हैं। सिस्टम टाइम बेस्ड जनरेटर (एसटीबीजी), प्रोसेसिंग इलेक्ट्रॉनिक्स और कम वोल्टेज डिटेक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स को 29 सितंबर से 1 अक्टूबर, 2015 के दौरान चालू किए गए थे। एलएक्सपीसी पेलोड 19 अक्तूबर 2015 को पूरी तरह कार्यात्मक था जब सभी तीन एलएक्सपीसी के उच्च वोल्टेज (एचवी) डिटेक्टरों को चालू किया गया था । शुद्धि पंप अक्टूबर 20-22, 2015 के दौरान प्रचालित किया गया था और इसने अच्छी तरह से प्रतिक्रिया व्यक्त की है। पृष्ठभूमि बहुत स्थिर है और सभी योजनाबद्ध एक्स-रे स्रोतों का जल्दी से पता लगाया गया है और इसने बहुत उच्च गुणवत्ता वाले डेटा प्रदान किए हैं। एलएक्सपीसी पेलोड में तीन सह-गठबंधन समान एलएक्सपीसी डिटेक्टर हैं जिनमें बहु-वायर बहु-परत विन्यास और 0.8o X 0.8o का दृश्य क्षेत्र  है। यह एक्स-रे समय और 3-80 केवी. के व्यापक ऊर्जा बैंड पर कम-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रल अध्ययन के लिए बृहत संग्रह क्षेत्र प्रदान करता है। प्रत्येक डिटेक्टर का अपना स्वतंत्र फ्रंट एंड इलेक्ट्रॉनिक्स, एचवी आपूर्ति, गैस शुद्धि प्रणाली और सिग्नल प्रोसेसिंग इलेक्ट्रॉनिक्स है। सभी तीन एलएक्सपीसी के लिए टाइम मार्क जनरेटिंग इलेक्ट्रॉनिक यूनिट (एसटीबीजी) समान है। सभी एलएक्सपीसी के आंकड़ों को स्वतंत्र रूप से प्रत्येक इकाई की पहचान रखने के लिए प्राप्त किया गया है।

डिटेक्टर प्रचालन और प्रथम स्रोत क्रैब नेबुला खोज:

एलएक्सपीसी डिटेक्टरों के उच्च वोल्टेज (एचवी) 19 अक्तूबर, 2015 को सुबह 10 बजे (आईएसटी) पर शुरू किया गया, जब उपग्रह खाली आसमान की तरफ इशारा कर रहा था। पृष्ठभूमि बहुत स्थिर थी। अनुक्रम वार शुरू करने के बाद, उपग्रह को क्रैब नेबुला की ओर इंगित किया गया; आकाश में उज्ज्वल एक्स-रे स्रोत अक्सर एक ही समय पर उपकरण अंशांकन के लिए एक्स-रे मानक स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। क्रैब पल्सर हमारी आकाशगंगा के पर्सियस आर्म में लगभग 2 केपीसी की दूरी पर है और पल्सर की स्पिन दर प्रति सेकंड 30.2 गुणा है। स्रोत का कुछ सेकंड के भीतर ही पता चला था जैसेकि यह लाइव टेलीमेट्री डेटा में दिखाई देता है। 19 अक्तूबर, 2015 को चित्र 2 (चित्र 2 बाएं पैनल) पर क्रैब फ्लक्स प्रारंभिक रूप से कुछ सौ सेकंड के लिए स्थिर था और फिर गिरना शुरू होती है। यह स्रोत बहुत स्थिर है और ऐसी गिरावट होने की उम्मीद नहीं है । विभिन्न संभावित स्पष्टीकरण जैसे डिटेक्टर की कोई समस्या, आंशिक रूप से पृथ्वी पर ग्रहण और उपग्रह प्लेटफ़ॉर्म की स्थिरता को ध्यान में रख जाता है। यह देखा गया था कि 22 अक्टूबर 2015 (चित्र में दायां पैनल) पर क्रैब जो स्पष्ट रेखीय गिरावट दर्शाता है। मिशन नियंत्रण के साथ चर्चा की गई थी पाया कि उपग्रह प्लेटफॉर्म स्थिर नहीं है ।

 

 

     

चित्र 2: अक्तूबर 19, 2015 को लिया गया एलएक्सपीसी डिटेक्टर हल्के रेखा के साथ क्रैब नेबुला; पहले दिन (बाएं पैनल) और 22 अक्टूबर 2015 (दाएं पैनल) से अवलोकन

वास्तव में उपग्रह 0.250 प्रति घंटे के साथ ड्रिफ्ट हो रहा था। ऐसा हुआ है क्योंकि चंद्रमा स्टार सेंसर में से एक के फील्ड ऑफ़ व्यू (एफओवी) में आया था। उसके बाद, इसे सही किया गया था और क्रैब ड्रिफ्ट स्थिर था। यह डेटा शुद्धि और लब्धि समायोजन से पहले लिया गया है । पावर स्पेक्ट्रम की गणना 30.2 हर्ट्ज पर पल्स चोटी और उसके हार्मोनिक्स (कई हार्मोनिक्स दिखाई दे रही है) को दर्शाती है जिसे चित्र 3 में दिखाया गया है।

एलएक्सपीसी-30 के कैब्र स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम के साथ चित्र 4 में प्रस्तुत किया गया है। विस्तृत विश्लेषण चल रहा है।

  

चित्र 4: एलएक्सपीसी-30 (नीला) और पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम (लाल) के लिए क्रैब स्पेक्ट्रम। ऊपरी देहली कटऑफ़ की वजह से 600 चैनल पर तीव्र गिरावट (लगभग 80 केवी) है ।

2. कक्षा में एलएक्सपीसी डिटेक्टरों की पहली बार शुद्धि:

जब डिटेक्टरों का परीक्षण नहीं किया जा रहा होता है (ऊपरी कवर 1 चित्र में दिखाई दे रहे हैं), कोलिमेटर ने सभी तीन डिटेक्टरों को शीर्ष कवर के अधिकांश समय के साथ निकालकर रखा था। हालांकि, एलएक्सपीसी-10 डिटेक्टर गैस पिछले साल नवंबर 2013 में शुद्ध किया गया था और इसमें अशुध्दता आने की संभावना थी। इसके अलावा प्रमोचन से पहले सभी एलएक्सपीसी डिटेक्टर का कवर शार में खोला जाना था। शुद्धि पंपों को 20-22 अक्टूबर, 2015 के दौरान प्रचालित किया गया था और प्रत्येक चरण में शुद्धिकरण के आंकड़ों का विश्लेषण किया गया था। एलएक्सपीसी-10, एलएक्सपीसी-20 और एलएक्सपीसी-30 के डिटेक्टर गैस की शुद्धि क्रमशः कुल 2.30 घंटे, 3.30 घंटे और 1.00 घंटे के लिए की गई थी। एलएक्सपीसी-10 के लिए ऊर्जा  रिज़ॉल्यूशन 21% से बढ़ाकर 14% हो गया है। एलएक्सपीसी-20 और एलएक्सपीसी-30 डिटेक्टरों ने ए8 एनोड (30 केवी और 60 केवी में) में ऑनबोर्ड अंशांकन स्रोत (डिटेक्टर में एम्बेडेड) डेटा के लिए लगभग 10-12% ऊर्जा विभेदन हासिल किया है। मुख्य एनोड्स में, विभेदन 2-3% से नीचे जाएगा ।

3. जीआरएस 1915+105 की खोज; नासा के आरएक्सटीई/पीसीए के साथ तुलना:

यह हमारी आकाशगंगा में 11 किलोमीटर की दूरी पर एक्स-रे बाइनरी है जो उसके केंद्र में 10-18 सौर द्रव्यमान ब्लैक होल है। हमारी आकाशगंगा में यह एक्स-रे स्रोत सबसे रोचक स्रोत रहा है क्योंकि यह हमारी आकाशगंगा के किसी भी अन्य एक्स-रे स्रोत की तुलना में चौदह या उससे भी अधिक अलग-अलग एक्सरे वर्ग और साथ ही क्षणिक रेडियो जेट दिखाता है। जीआरएस 1915+105 को अपनी क्षमताओं का परीक्षण करने के लिए 24 अक्टूबर, 2015 को एलएक्सपीसी उपकरण के साथ ही 20 मिनट के लिए देखा गया। इस अवलोकन के दौरान, जीआरएस 1915+105 डेल्टा एक्स-रे वर्ग में था; उच्च नरम स्थिति का उप वर्ग, जहां थर्मल उत्सर्जन हावी है। अक्टूबर 24, 2015 (निम्न पैनल) पर एलएएक्सपीसी के साथ जीआरएस 1915+104 का प्रकाश रेखा को चित्र 5 दर्शाता है, जबकि सितंबर 28, 2011 के शीर्ष पैनल नासा के आरएक्सटीई/पीसीए द्वारा एक ही एक्स-रे वर्ग में (40 मिनट के लिए, एलएक्सपीसी समय का दोगुना) इस स्रोत को दिखाता है ।

 

चित्र 5: 24 अक्टूबर, 2015 को एलएक्सपीसी द्वारा डेल्टा एक्स-रे वर्ग में जीआरएस 1915+105 का निरीक्षण लगभग 20 मिनट (निचला पैनल) और 28 सितंबर, 2011 को नासा के आरएक्सटीई/पीसीए द्वारा लगभग 40 मिनट (ऊपरी पैनल) में किया गया।

 

 

चित्र 6: दो अवलोकनों के ऊर्जा स्पेक्ट्रा (ऊपरी पैनल) जबकि ऊर्जा स्पेक्ट्रा नीचले पैनल में दिखाया गया है।

चित्र 6 चित्र 5 में प्लॉट किए गए दोनों डेटा सेटों के लिए ऊर्जा स्पेक्ट्रा (टॉप) और टाइम स्पेक्ट्रा (नीचे) दिखाता है। 5 हर्टज (नीचले पैनल) से ऊपर ऊर्जा की मात्रा नगण्य है, जबकि गणना 10 केवी (ऊपरी पैनल) से कम होने लगती है। ये दोनों अवलोकन डेल्टा कक्षा (एक उच्च नरम एक्स-रे स्थिति जहां थर्मल उत्सर्जन पर हावी है) के अनुरूप है। सभी डेटा सिंगल एलएक्सपीसी डिटेक्टर से है जो स्पष्ट रूप से अपने डेटा की गुणवत्ता को स्थापित करता है।

4. 4 यू 0115+63; साइक्लोट्रॉन लाइन के साथ देखा गया पल्सर विस्फोट:

4U 0115+63 साइक्लोट्रॉन लाइन सुविधा पल्सर के साथ जो 3-6 वर्षों में विस्फोट दिखाता है। एलएक्सपीसी ने इस स्रोत को 24 अक्टूबर, 2015 को विस्फोट के दौरान देखा। इसमें साइक्लोट्रॉन लाइन की विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए अच्छा अवसर प्रदान किया गया था।

चित्र 7: तीन एलएक्सपीसी डिटेक्टरों द्वारा 4 यू 0115+63 का 24 अक्टूबर 2015 को देखा गया विस्फोट। कुछ कक्षाओं पर प्रत्येक एलएक्सपीसी डिटेक्टर द्वारा समान प्रकाश की अवस्था देखी गई है।

चार कक्षाओं से अधिक के लिए अवलोकन जारी रखा जाता है और चित्र 7 में प्रकाश रेखा दिखाई गई है । चित्र 8 में पल्स प्रोफ़ाइल दिखाए गए हैं। आगे का विश्लेषण चल रहा है।

चित्र 8: 4U 0115+63 का पल्स प्रोफाइल (एकल एलएक्सपीसी का डेटा गणना से)

5. कासा की खोज, 6.4केवी में एलएक्सपीसी डिटेक्टर रिज़ॉल्यूशन से अध्ययन करने के लिए सुपरनोवा के बचे अवशेष:

सीएएसए 3.4 केपीसी की दूरी पर है । हमारी आकाशगंगा में नासा के आरएक्सटीई/पीसीए ने कक्षा में 6.4 केवी पर डिटेक्टर को जांचने के लिए लोहे की रेखा के रूप में प्रयोग किया। एलएक्सपीसी डिटेक्टर ने इस स्रोत को 24 अक्टूबर, 2015 को देखा और प्रकाश रेखा को चित्र 9 में दिखाया गया है। ब्लैकबॉडी ऊर्जा कानून के साथ सातत्य को बिठाते हुए, आयरन लाइन की तीव्रता का अनुमान लगाया गया था और चित्र 9 के नीचले पैनल में दिखाया गया है। यह स्पष्ट रूप से 6.4 किलोवीं में लगभग 20% के ऊर्जा विभेदन को दिखाता है।

9 चित्र: 24 अक्टूबर, 2015 को एलएक्सपीसी के साथ कासा की प्रकाश रेखा (ऊपरी पैनल) देखी गई । नीचले पैनल ब्लैकबॉडी और ऊर्जा कानून फिट को कम करने के बाद आयरन लाइन स्पष्ट रूप से 6.4 केवी में 20% ऊर्जा विभेदन को दिखाता है।

6. Cyg X-1 की खोज, ब्लैक होल एक्स-रे बाइनरी:

Cyg X-1 केंद्र में 14.8 सौर द्रव्यमान ब्लैकहोल के साथ बड़े पैमाने पर एक्स-रे बाइनरी है। एलएक्सपीसी डिटेक्टर ने 23 और 25 अक्टूबर, 2015 को साइग एक्स-1 को देखा और पृष्ठभूमि के साथ चित्र 10 में प्रकाश रेखा दिखायी गयी है। यह बड़ी परिवर्तनशीलता दर्शाता है।

 

चित्र 10: एलएक्सपीसी ने साइग एक्स-1 को 23 और 25 अक्टूबर, 2015 को पृष्ठभूमि के साथ देखा।

7. साइग एक्स -3 की खोज; अक्सर रेडियो जेट्स के साथ ब्लैक होल स्रोत:

यह लगातार एक्स-रे बाइनरी है और माइक्रो क्वासर भी है, क्योंकि यह लगातार क्षणिक रेडियो जेट दिखाता है। यह 23 अक्टूबर, 2015 को एलएक्सपीसी उपकरण द्वारा देखा गया था और सभी तीन एलएक्सपीसी डिटेक्टरों के लिए हल्की रेखा को चित्र 11 में दिखाया गया है ।

 

 

चित्र 11: 23 अक्टूबर, 2015 को देखा गया सभी तीन एलएक्सपीसी डिटेक्टरों के लिए साइग एक्स -3 की हल्की रेखा।

8. एलएक्सपीसी डिटेक्टरों का संरेखण और क्रॉस स्कैन:

एलएक्सपीसी डिटेक्टरो का एक दूसरे के साथ गठबंधन के साथ-साथ यह जानना भी महत्वपूर्ण है कि जब उपग्रह स्रोत की ओर इशारा कर रहा है तो अलग-अलग डिटेक्टरों के ऑफसेट कितना होता है। प्रत्येक डिटेक्टरों के सटीक प्रभावी क्षेत्र की गणना के लिए यह महत्वपूर्ण है। आरए और डीईसी के साथ स्कैन की कोशिश 22 अक्टूबर, 2015 को की गई थी, हालांकि संभव नहीं थे। तब 0.30 के वर्तुल में आठ ग्रिड बिंदु चुने गए थे, जिसमें लगभग सात घंटे का अवलोकन किया जा चुका था, लेकिन इसे हासिल नहीं किया। अंत में, 25 अक्तूबर, 2015 को 2.23 से 14.44 यूटी (कुल 13 घंटे) के दौरान क्रॉस स्कैन की कोशिश की गई, जिसमें से लगभग 1600 सेकंड का उपयोगी डेटा प्रदान किया गया था। ड्यूटी चक्र बहुत कम है क्योंकि ज्यादातर समय एसएए क्षेत्र, पृथ्वी की अस्थिरता और विभिन्न पेलोडों द्वारा रखी गई निम्न स्थितियों का प्रबंधन करने के लिए जाता है।

चित्र 12: ऊपरी पैनल आरए (लाल), डीईसी (नीला) और नेट कोण (काला) । नीचले पैनल दिखाता है गणना अवधि दर (काला), मृत समय में ठीक किए गिनती दर (लाल) और एफओवी के अनुकरण से अपेक्षित गिनती दर और सुधारा गया मृत समय (नीला) ।

स्कैन को +3.3 आरए से -3 आरए पर प्रति सेकंड 0.010 की रफ्तार से किया गया । यह +3डीईसी से -3 डीईसी के लिए दोहराया गया था। इस डेटा का विश्लेषण किया गया है और परिणाम आरए स्कैन के लिए चित्र 12 में प्रस्तुत किए गए हैं। इसी तरह के परिणाम डीईसी स्कैन के लिए प्राप्त किए जाते हैं जो यहां नहीं दिखाए जाते हैं। आरए और डीईसी स्कैन को तीनों एलएक्सपीसी डिटेक्टरों के लिए दोहराया गया था। इसने क्रैब के लिए इंगित की सटीकता प्रदान की है:

  आरए (डिग्री)  डीईसी (डिग्री)  ऑफ़सेट (डिग्री)  औसत से ऑफ़सेट (डिग्री)                      

एलएक्सपीसी 10       83.406             21.903             0.252               0.069

एलएक्सपीसी 20       83.538             21.810             0.225               0.093

एलएक्सपीसी 30       83.458             21.896             0.211               0.027

औसत                      83.458             21.870             0.220
 

क्रैब निर्देशांक आरए = 83.6330 और डीईसी = 22.0140 । सभी एलएक्सपीसी डिटेक्टरों को अच्छी तरह से गठबंधन किया गया है; आरए में 8 आर्क मिनट के भीतर एक दूसरे से फैलता है और यह डीईसी में 6 आर्क मिनट के भीतर होता है । ये आगे परिष्कृत किया जाएगा।

एलएएक्सपीसी उपकरण को टाटा इंस्टीट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च (टीआईएफआर), मुंबई में स्वदेशी तौर पर डिज़ाइन और विकसित किया गया है। इसरो उपग्रह केंद्र (आईजैक), बेंगलुरु, रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट (आरआरआई), बेंगलुरु, इसरो इनर्टियल सिस्टम्स यूनिट (आईआईएसयू), तिरुवनंतपुरम और अंतरिक्ष उपयोग केंद्र  (सैक) अहमदाबाद इसके विकास के विभिन्न चरणों में शामिल थे और महत्वपूर्ण योगदान दिया है। पेलोड के निर्माण में मुंबई और बेंगलुरु के कई उद्योग भी शामिल हुए।