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एस्ट्रोसैट प्रथम लाइट: सीजेडटी इमेजर क्रैब नेबुला की ओर देख रहा है

एस्ट्रोसैट, भारत की पहली मल्टी-तरंग दैर्घ्य अंतरिक्ष वेधशाला, 28 सितंबर, 2015 को इसरो के विश्वसनीय प्रमोचन वाहन पीएसएलवी द्वारा 650 किलोमीटर की कक्षा में सफलतापूर्वक प्रमोचित किया गया था। इसके बाद प्रत्येक पेलोड को प्रचालनीय करने की प्रक्रिया शुरू हुई। आरोपित कण मॉनिटर (सीपीएम) पहला पेलोड था जिसे प्रचालनीय बनाया गया तदुपरांत कैडमियम जस्ता टेल्यूरैड इमेजर (सीजीटीआई) को प्रचालनीय बनाया गया जो कि एस्ट्रोसैट ऑनबोर्ड पर हार्ड एक्स-रे डिटेक्टर था। सीजेडटीआई को 5 अक्टूबर, 2015 को पूरी तरह से चालू किया गया था। फिर, 6 अक्टूबर को, एस्ट्रोसैट, वर्ष 1054 में चीनी खगोलविदों द्वारा पाई गई सुपरनोवा के अवशेष क्रैब नेबुला की ओर उन्मुख था। कैब नेबुला, जिसमें क्रैब पल्सर भी शामिल है आकाश में प्रतिभाशाली कठोर एक्स-रे स्रोत, और बहुत ही मुश्किल एक्स-रे डिटेक्टरों को कैलिब्रेट करने के लिए उपयोग किया जाता है।

सीजेडटीआई डिटेक्टर

सीजेडटीआई में प्रत्येक 16 पिक्सल डिटेक्टरों के चार चतुर्तांश होते हैं, 976 सेमी2 के कुल ज्यामितीय क्षेत्र को आवरित करते हैं। यह 10 केवी ऊर्जा से ऊपर एक्स-रे के प्रति संवेदनशील है । प्रत्येक फोटॉन से यह पता चलता है कि, सीजेडटीआई स्थिति (पिक्सेल संख्या, प्रत्येक पिक्सेल - 2.5 मिमीX2.5 मिमी), खोज के समय (20 सूक्ष्म सेकेंड तक सही) और घटना फोटोन की ऊर्जा वाली घटना की रिपोर्ट भेजता है।

CZTI के शीर्ष कोडेड एपर्चर मास्क द्वारा कवर किया गया है - टैंटलम प्लेट जिसमें सावधानी से किए गए छेद है - जो किसी स्रोत द्वारा प्रबुद्ध होने पर डिटेक्टर पर छाया पड़ती है। इमेजिंग रिपोर्ट छाया के पैटर्न की व्याख्या द्वारा किया जाता है। मुखौटा लगभग आधा घटना एक्स-रे को ब्लॉक करता है, इसलिए CZTI का प्रभावी क्षेत्र लगभग 490 सेमी2 है।

पृष्ठभूमि दर प्रति चक्र प्रति सेकंड में गणना 250 की उम्मीद है; हालांकि, अवलोकित गणना चार के कारक से अधिक है । कॉस्मिक रे इंटरैक्शन के दौरान रिकॉर्ड किए गए कई घटनाओं के कारण इसे जाना गया था। हर 100 माइक्रो-सेकंड (http://astrosat.iucaa.in/czti/images/CZTI_Crab_5s.mpg) में ली गई प्रतिबिबों से बनाई गई फिल्म अंतरिक्ष में उच्च ऊर्जा के इंटरैक्शन की आकर्षक कालीडोस्कोपिक चित्र को दर्शाती है: 100 माइक्रो-सेकंड तेज दर पर देखे, कोई भी समय 98% समय नहीं है (इन रिक्त प्रतिबिंबों को फिल्म बनाते समय छोड़ दिया जाता है), कुछ असली एक्स-रे का प्रतिनिधित्व करने वाला एकल कार्यक्रम है, कुछ कॉम्पटन प्रकीर्णन के कारण पड़ोसी पिक्सल में दो घटनाएं हैं कई बहु कण प्रेरित घटनाएं हैं। यह पहली बार है कि कण ट्रैकर के रूप में कार्य करने वाला कठोर एक्स-रे उपकरण अंतरिक्ष में भेजा गया है। जिसे चित्र 2 में दिखाया गया है, और संभवतया यह आरोपित कण अन्योन्यक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है।

चित्र 2: 100 सूक्ष्म-सेकंड विंडो में सीजेडटी-इमेजर के क्वाड्रंट द्वारा पता लगाए गए `ईवेंट' के स्थान का स्नैपशॉट। प्रत्येक डॉट डिटेक्टर के 2.5 मिमीX2.5 मिमी पिक्सेल में जमा किए गए आरोपण का प्रतिनिधित्व करता है। कार्यक्षेत्र लाइन 4सेमीX4 सेमी (16X16 पिक्सल) के आकार के अलग-अलग डिटेक्टर मॉड्यूल विशेष रूप से ट्रैक सबसे ज्यादा चार्ज कण अन्योन्यक्रिया के परिणाम है।

त्वरित विश्लेषण सॉफ्टवेयर, इस विचार के आधार पर है कि असली एक्स-रे इवेंट अलग-अलग एकल घटनाओं से पृथक हो जाएंगे, डेटा को छांटने और क्रैब नेबुला से आने वाले वास्तविक एक्स-रे का पता लगाने के लिए प्रचालन किया गया था।

क्रैब नेबुला की ओर पहला दृश्य

ग्राउंड सपोर्ट सॉफ़्टवेयर की कई स्तरों पर समीक्षा की गई थी और वे क्रेब अवलोकनों के दौरान उपग्रह की पहली कक्षा के तुरंत बाद डेटा लेने के लिए तैयार थे। दुर्भाग्य से, इन सॉफ़्टवेयर को जमीन पर सौम्य डेटा का उपयोग करके परीक्षण किया गया था और वे ऑनबोर्ड के असंख्य डेटा को संभालने के लिए असमर्थ थे। इसलिए, पहला प्रयास सिर्फ उपग्रह स्थान इत्यादि जैसे बेहतर बारीकियों के बिना पहली कक्षा में क्रैब डेटा को देखना था।

पहली कक्षा के प्रतिबिंब पर त्वरित नज़र से पता चला कि क्रैब नेबुला का पता नहीं चला था।

खैर, क्रैब सबसे तेज कठोर एक्स-रे स्रोत है, यहां तक ​​कि छोटे से कठोर एक्स-रे डिटेक्टर से भी दिखाई देता है।

सबसे अधिक संभावना, डेटा छंटाई गलत थी। कुल एक्स-रे समय को क्रियाकलाप के रूप में गिने जाते हैं: उन्हें एस्ट्रोसैट कक्षा में स्थिर होना चाहिए और जब क्रैब पृथ्वी के पीछे जाता है, तब उसे कम होना चाहिए, यानी जब पृथ्वी पर ग्रहण होता है। गिनती दरें स्थिर थी, लेकिन कक्षा में कमी या गिनती दरों में वृद्धि का कोई संकेत नहीं था।

आत्म निरीक्षण का कड़ा सत्र का पालन किया। प्रश्न अजीब व्यवहार की व्याख्या करने के लिए एक दूसरे के बाद का पालन किया।

क्या एक्स-रे डिटेक्टरों के लक्षण प्रमोचन के बाद बदल गए? हालांकि, डेटा संभावना का खंडन किया। कई पदचिन्हों से पता चलता है कि वे वास्तविक घटनाएं हैं और स्पेक्ट्रम पर सावधानीपूर्वक नजरिए से दिखाया गया है कि वास्तव में अपेक्षित ऊर्जा में सुरक्षात्मक टैंटलम कवर द्वारा उत्सर्जित एक्स-रे लाइन की विशेषता है।

क्या मिशन ऑपरेशन टीम ने उपग्रह को उन्मुख करने में कोई गलती की? खैर, सीजेडटी-इमेजर के पास  विस्तृत क्षेत्र है और यह सवाल भी उठाना बहुत शर्मनाक है कि क्या उन्होंने इंगित करने में इतनी बड़ी गलती की है।

विज्ञान होने के नाते, और जादू नहीं, इस व्यवहार के लिए स्पष्टीकरण होगा और इस पर पहुंचने का एकमात्र तरीका व्यवस्थित रूप से डेटा का विश्लेषण करना होगा।

क्रैब नेबुला को धरा गया

9 अक्टूबर 2015 को क्रैब नेबुला का पता चला, मिशन प्रचालन पीन्या, बेंगलुरु और पेलोड ऑपरेशन सेंटर, आईयूसीएए, पुणे के केंद्र में दोनों ने समान रूप से देखा ।

पहले कक्षा के दौरान, इस क्रैब नेबुला का पता लगाने में कठिनाई थी क्योंकि यह मानना ​​है कि जब क्रैब मैदान में था उपग्रह दक्षिण अटलांटिक अनोमली (एसएए) क्षेत्र से गुजरता था । एसएए परिहार क्षेत्र को जानबूझकर उपकरणों की रक्षा के लिए व्यापक रखा गया था, और एस्ट्रोसैट ऑपरेशन के शुरुआती दिनों के दौरान इस अंतराल में डिटेक्टरों को बंद कर दिया गया था। जब सभी डेटा को व्यवस्थित रूप से विश्लेषण किया गया और डेटा को देखने के डिटेक्टर क्षेत्र में क्रैब की उपलब्धता के आधार पर चुना गया, तो पृथ्वी की छाया (चित्र 3) से उभर रहा था। इस अंतराल के दौरान एकत्र किए गए कोडित मुखौटा छाया को डीकनवोलिविंग की छवि स्पष्ट रूप से केंद्र के समीप उज्ज्वल वस्तु के रूप में क्रैब को दिखाती है (चित्र 4)।

चित्र 3: सीजेडआई के क्वाड्रंट के प्रत्येक डिटेक्टर मॉड्यूल से एक्स-रे की गणना फ़ंक्शन पहर के रूप में की गई है। पृथ्वी के अवरोध से क्रैब उभरा जब पृथ्वी क्रैब अवरुद्ध कर रहा था, तब गणना (प्रति डिटेक्टर प्रति 9 या प्रति चतुर्थांश में 150) द्विगुणी थी । अनफ़िल्टर्ड गिनती दर लगभग 1300 प्रति सेकंड प्रति चतुर्थांश थी।

चित्र 4: 25 केवी के ऊपर हार्ड एक्सरे में क्रैब नेबुला के प्रतिबिंब। केंद्र के निकट उज्ज्वल स्थान क्रैब इंगित करता है । यहां प्रभावी प्रतिबिंब विभेदन लगभग 10 आर्कमीनट है। बाहरी पतले पैच इमेजिंग प्रोसेस के 'साइड लोब्स' हैं और इन्हें काफी हद तक दबाया जाएगा जब सभी चतुष्कोणों के डेटा का एक साथ विश्लेषण किया जाएगा, जो 8 आर्कमीनट से बेहतर इमेज रिज़ॉल्यूशन में सुधार करेगा।

आगे के कार्य

CZTI ऑपरेशन के पहले सप्ताह में, क्रैब नेबुला को लगातार देखा गया और इसे उपकरण के प्रतिबिंब क्षमता में मजबूती के लिए अलग-अलग कोणों पर भी देखा गया। क्रैब नेबुला को कई बड़े ऑफ-धूरी कोणों पर उपकरण को दागा गया ताकि सीजेडआई विशेषताओं को एक्स-रे के चौड़े कोण मॉनिटर के रूप में मापा जा सके।

ब्लैक होल स्रोत सिग्नस एक्स-1 को भी दो दिनों के लिए देखा गया था। प्रारंभिक प्रचालन में, सीजेडआई की कम ऊर्जा सीमा को 20 केवी में रखा गया था (जो कि निश्चित रूप से 10 केवी के डिजाइन लक्ष्य तक सावधानी से नीचे लाया जाए) और लगातार कम ऊर्जा डेटा प्रदान करने के लिए, नासा के स्विफ्ट उपग्रह ने निम्नलिखित अवलोकन किए :

 क्रैब: 6 अक्टूबर 21:51:00 से 22:12:00 यूटी

Cyg X-1: 7 अक्टूबर 14:55:00 से 15:15:00 यूटी

आकर्षक विज्ञान के उद्देश्य सिग्नस एक्स -1 जैसे ब्लैक होल स्रोत में अभिव्यक्ति डिस्क ज्यामिति को समझना है । नासा के NuSTAR उपग्रह पिछले 3 सालों से यह काम कर रहा है और इसकी 10-80 केवी क्षेत्र में सर्वश्रेष्ठ स्पेक्ट्रोस्कोपिक संवेदनशीलता है। नूस्टार (7 अक्टूबर, 15:40:08 यूटी से 8 अक्टूबर 02:25:00 यूटी) ने एक साथ अवलोकन किया गया है जो समय पर निर्भर वर्णक्रमीय विशेषताओं का पालन करता है: यह हमें 10 - 80 केवी क्षेत्र में उपकरण प्रणाली को समझने में मदद करेगा; सीजेडटीआई 70केवी-200 केवी क्षेत्र (कॉम्प्टन बिखरे हुए डबल इवेंट्स का इस्तेमाल करके) में सर्वश्रेष्ठ स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा उपलब्ध कराएगा और NuSTAR के साथ संयुक्त विश्लेषण इस स्रोत पर अभूतपूर्व विस्तृत बैंड स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा प्रदान करेगा।

सीजेडटीआई के 100-300 केवी क्षेत्र में ध्रुवीकरण संवेदनशीलता है और ईएसए के अभिन्न उपग्रह द्वारा अब तक के लिए सबसे कठोर एक्स-रे ध्रुवीकरण माप किया गया है। इंटीग्रल लगातार क्रैब देख रहा है और उम्मीद है कि, हम इसके रोटेशन अवधि में, क्रैब के परिष्कृत ध्रुवीकरण माप करेंगे।

आगे क्या?

अगले कुछ हफ्तों में, एस्ट्रोसैट के अन्य एक्स-रे उपकरणों को चालू किया जाएगा और एक महीने में, सभी एक्सरे उपकरण (सीजेडटीआई, एलएक्सपीसी और एसएक्सटी) दिलचस्प तारों पर ध्यान देने के लिए तैयार रहेंगे। एस्ट्रोसैट, कुछ ब्लैक होल स्रोतों/अन्य जैसे जीआरएस 1915+105, सिग्नस एक्स-1, सिग्नस एक्स-3 जो नवंबर के महीने में दिखेंगे। एक साथ अवलोकन, माउंट आबू में जीएमआरटी, खोडद (पुणे के पास) में रेडियो अन्वेषण और सीजेडटीआई के विज्ञान विश्लेषण के लिए हनले, लद्दाख में स्थित हिमालयी चंद्र टेलीस्कोप का उपयोग करके इन्फ्रा-लाल टेलीस्कोप का उपयोग करने की योजना है।

यह तो अभी शुरुआत है, कई घटनाओं को उजागर करना बाकी है ...

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सीजेडटी-इमेजर भारत भर में संस्थानों के संघ द्वारा बनाया गया है: टाटा इंस्टीट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च, मुंबई, ने उपकरण डिजाइन और विकास के साथ प्रयास का नेतृत्व किया; विक्रम साराभाई अंतरिक्ष केंद्र, तिरुवनंतपुरम ने इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन, समुच्चय और परीक्षण प्रदान किए; इसरो उपग्रह केंद्र (आईजेक), बेंगलुरु ने यांत्रिक डिजाइन, गुणवत्ता परामर्श और परियोजना प्रबंधन प्रदान किया; इंटर युनिवर्सिटी सेंटर फॉर एस्ट्रॉनॉमी एंड एस्ट्रोफिजिक्स (आईयूसीएएए), पुणे ने कोडित मास्क डिजाइन, उपकरण अंशांकन किया, और सीजेडटीआई के लिए पेलोड ऑपरेशन होस्ट किया; अहमदाबाद का अंतरिक्ष उपयोग केंद्र (सैक) विश्लेषण सॉफ्टवेयर प्रदान करता है; भौतिक अनुसंधान प्रयोगशाला (पीआरएल) अहमदाबाद, ने ध्रुवीकरण का पता लगाने के लिए एल्गोरिथ्म और ग्राउंड कैलिब्रेशन प्रदान किया; पेलोड के परीक्षण और मूल्यांकन में भाग लेकर निर्माण में बड़े तादाद में उद्योगों ने भाग लिया और विश्वविद्यालय सेक्टर उनके पीछे खड़ा रहा ।

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