GECAM

GECAM (,  — "Gravitācijas viļņu vētras augstas enerģijas elektromagnētiskajais līdzinieks visas debess monitors") ir Ķīnas Augsto enerģiju fizikas institūta un Ķīnas Zinātņu akadēmijas Nacionālā kosmosa zinātnes centra Astrodaļiņu fizikas laboratorijas projekts, lai pētītu gravitācijas viļņu avotus, izmantojot divus mazus pavadoņus identiskas orbītas pretējos punktos. Kosmiskie aparāti Xiaoji (GECAM A) un Xiaomu (GECAM B) tika palaisti 2020. gada 9. decembrī. Projekta galvenais zinātnieks ir Astrodaļiņu fizikas laboratorijas speciālists Sjions Šaoliņs (熊少林).

Priekšvēsture 
2016. gada 11. februārī LIGO grupas pētnieki ziņoja par  2015. gada 14. septembrī reģistrēto pirmo veiksmīgo tiešo gravitācijas viļņu mērījumu, kas radās, apvienojoties diviem melnajiem caurumiem (kataloga numurs GW150914). Neilgi pēc publikācijas, 2016. gada martā, Ķīnas Zinātņu akadēmijas Augsto enerģiju fizikas institūts ierosināja ideju par diviem pavadoņiem ar elektromagnētisko signālu detektoriem riņķot ap Zemi divos pretējos punktos identiskā orbītā. No 600 km augstuma abi kosmiskie aparāti varētu uzraudzīt kosmosu ar pārklājošiem skata laukiem. Sadarbībā ar LIGO observatoriju, kas gravitācijas viļņu mērīšanai izmanto lāzera interferometrus, pavadoņiem bija paredzēts novērot sekojošus īsus augstas enerģijas notikumus, piemēram, gamma uzliesmotājus, kas rodas, kad saplūst divi melnie caurumi, divas neitronu zvaigznes un, iespējams, melnais caurums ar neitronu zvaigzni. Šie notikumi ir pazīstami arī kā gravitācijas viļņu "elektromagnētiskais ekvivalents".

Priekšizpēte tika sagatavota un iesniegta apspriešanai sanāksmē 2017. gada aprīlī. Jau toreiz projektam pieaicinātie eksperti deva pozitīvu vērtējumu. 2017. gada 17. augustā, divas nedēļas pēc tam, kad pēc vairāku gadu pārtraukuma atkal tika nodots ekspluatācijā Francijas un Itālijas gravitācijas viļņu detektors Virgo, tas kopā ar divām LIGO observatorijām Henfordā un Livingstonā reģistrēja gravitācijas viļņu signālu GW170817, kas radās, saplūstot divām neitronu zvaigznēm. Tikai 1,7 sekundes vēlāk Fermi gamma staru kosmiskais teleskops fiksēja tā elektromagnētisko ekvivalentu, gamma uzliesmotāju no kilonovas galaktikā NGC 4993 (kataloga apzīmējums GRB 170817A). Turpmākajās dienās kopumā 70 observatorijas novēroja notikuma pēcblāzmu redzamā gaismā, kā arī infrasarkanajā, rentgena un radio viļņu garumā (kataloga apzīmējums AT 2017gfo). Pārskatītajā pavadoņa koncepcijas versijā Augstas enerģijas fizikas institūts tagad ierosināja Virgo kā nākamo partneri. 2017. gada novembrī jauno koncepciju apstiprināja ekspertu komisija.

2018. gada 19. martā notika projekta galīgais novērtējums Nacionālā kosmosa zinātnes centra direktora Vana Či vadībā. Eksperti no Cinhua Universitātes, Projektu un tehnoloģiju centra kosmosa izmantošanai, Sjiņdzjanas Astronomijas observatorijas un daudzām citām institūcijām pēc plašām konsultācijām nonāca pie secinājuma, ka GECAM ir tehniski iespējams, tam ir skaidri definēts mērķis un vienlaikus pieeja, apgabala mēroga novērojumi ar diviem pavadoņiem dotu ievērojamu progresu zinātnei. Projekts atbilda finansēšanas vadlīnijām, un 2018. gada decembrī Zinātņu akadēmija apstiprināja tā finansējumu no Kosmosa zinātnes prioritārās programmas līdzekļiem.

2019. gada martā Ķīnas Zinātņu akadēmijas Augsto enerģiju Fizikas institūts un Mikropavadoņu inovāciju akadēmija Šanhajā Kosmosa zinātnes centra inženiera Vu Dzji vadībā sāka izgatavot derīgās kravas kupola prototipu. 2019. gada augustā tika pabeigti elektronisko sistēmu testi, un tā paša gada septembra sākumā  kupols tika nodots Ķīnas Kosmosa tehnoloģiju akadēmijai (CAST), kur tas tika uzstādīts uz pavadoņa prototipa un tika pakļauts turpmākām pārbaudēm. Testi tika veiksmīgi pabeigti 2019. gada 4. novembrī. Kamēr pavadoņa prototips CAST tika pakļauts aukstumam un vakuumam, tika sākta lidojuma kupolu izgatavošana, kas tika pabeigta 2020. gada maijā. 2020. gada 14. novembrī zinātnieku grupa no Augsto enerģiju fizikas institūta devās uz Sjičanas kosmodromu, lai tur veiktu pēdējos testus pirms pacelšanās.

Pavadoņi 
Katrs no abiem pavadoņiem ar masu 163 kg riņķo Zemes orbītā aptuveni 600 km augstumā ar 29° slīpumu pret ekvatoru. Tiem ir puslodes formas kupols, kas lietošanas laikā ir vērsts prom no Zemes. Uz kupola ir izvietoti 25 gamma starojuma detektori un 8 lādiņu nesēju detektori. Detektori ir paredzēti enerģijas diapazonam no 6 keV līdz 5 MeV, to jutība ir 2-8 erg/cm²/s.

Izmantojot lāzera interferometrus, ko Itālijas un ASV observatorijas izmanto, lai reģistrētu faktisko gravitācijas notikumu, ir grūti noteikt precīzu viļņu avotu. GECAM pavadoņiem šeit ir izšķiroša loma. Izvietojot sensorus pa visu kupola virsmu, ir iespējams ar 1° precizitāti lokalizēt gamma staru uzliesmojuma avotu, kas neilgi seko gravitācijas vilnim. Zinātnieki var izmantot neatkarīgu metodi, lai identificētu galaktiku, kurā ir noticis LIGO un Virgo reģistrētais gravitācijas viļņu notikums. Pie 6 keV detektoru efektīvā mērīšanas diapazona sākums ir zemāks nekā Fermi teleskopa GLAST Burst Monitor (10 keV) vai Swift observatorijas Burst Alert teleskopam (15 keV). Tādējādi GECAM ir ideāli piemērots tādu notikumu novērošanai kā gamma uzliesmotāji, piemēram, GRB 170817A.

Kad kosmiskie aparāti reģistrē gamma uzliesmotāju, tie nekavējoties informē Siaņas pavadoņu vadības centru par notikuma laiku, virzienu un gaismas līkni, izmantojot Ķīnas pavadoņnavigācijas sistēmas Beidou īsziņu pakalpojumu. Siaņas centrs, arī izmantojot īsziņu pakalpojumu, informē projekta zemes segmentu Nacionālajā kosmosa zinātnes centrā. Tas savukārt informē Augstas enerģijas fizikas institūtu, kas savukārt, izmantojot savu tīklu, informē observatorijas visā pasaulē par notikumu. Dažas minūtes pēc tam, kad pavadoņi ir reģistrējuši gamma uzliesmotāju, zinātnieku aprindas tiek informētas, un viņi var novērot notikuma pēcblāzmas garāko viļņu spektra reģionos vairāku dienu laikā. Dažas stundas vēlāk tiek publicēti precīzi dati no pavadoņa, kas pirmo reizi novēroja notikumu. Pēc kādām desmit stundām seko salīdzinoši dati no otrā pavadoņa.

Lidojuma gaita 
Xiaoji (GECAM A) un Xiaomu (GECAM B) tika palaisti  20:14 UTC ar nesējraķeti Chang Zheng 11 (sērijas numurs Y9) no Sjičanas pavadoņu palaišanas centra.

Zinātniskie pētījumi 
Papildus gamma staru uzliesmojumiem GECAM pavadoņiem vajadzētu novērot arī citus gravitācijas viļņu ekvivalentus, piemēram, ātros radio uzliesmojumus vai augstas enerģijas neitrīno. Pētnieki cer, ka sadarbībā ar LIGO un Virgo varēs reģistrēt vairākus gravitācijas viļņu notikumus gadā. Optimālai pavadoņu izmantošanai to plānotajā trīs gadu ekspluatācijas laikā ir jārisina arī hipernovu radīti rentgenstaru uzliesmojumi, pulsāri, magnetāri, plūdmaiņas sagraušanas notikumi, saules uzliesmojumi un Zemes gamma uzliesmojumi.

GECAM B pirmo reizi reģistrēja gamma uzliesmotāju 2021. gada 20. janvārī 07:10:49 UTC paralēli NASA Fermi gamma staru orbitālajam teleskopam (07:10:44), kas bija 20 sekunžu notikums ar apzīmējumu GRB 210120A. 60 sekundes vēlāk zemes segments Pekinā bija saņēmis pirmo īsziņu. Nākamo 10 minūšu laikā sekoja vairāk datu par gaismas līknēm un cita informācija, kas nekavējoties tika nosūtīta citām observatorijām. Tā kā šī informācijas sistēma šajā gadījumā ir sevi pierādījusi, Augstas enerģijas fizikas institūts un Nacionālais Kosmosa zinātnes centrs plāno to integrēt rentgenstaru pavadoņos Einstein Probe un Enhanced X-ray Timing and Polarimetry, kas tiek izstrādāti.

Atsauces

Ārējās saites 
 GECAM Mission NSSC
 GECAM A, B (KX 08A, 08B / Xiaoji, Xiaomu) Gunter Dirk Kreb

Ķīnas kosmiskie aparāti
Orbitālās observatorijas
Gravitācijas viļņu astronomija