Efter två års intensivt arbete, ledd av U.S. Naval Research Laboratorys (NRL) Space Science Division, designen för ett konceptuellt rymdbaserat observatorium är på väg till National Academies of Science, Engineering and Medicines Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics, som fastställer astronomisamfundets prioriteringar för det kommande decenniet.

För Texas Tech Universitys Tom Maccarone, som spelat en viktig roll i observatoriets utveckling under de senaste två åren, nu börjar ett lika viktigt kapitel – att se till att viktiga beslutsfattare förstår dess betydelse.

Spectroscopic Time-Resolving Observatory for Broadband Energy X-rays (STROBE-X) är ett uppdragskoncept för ett röntgenobservatorium som kommer att specialisera sig på snabb tidsvariabilitet. Satelliten skulle samla information från svarta hål, neutronstjärnor, övergående händelser och kosmiska explosioner som den våldsamma förstörelsen av stjärnor i svarta håls grepp och kollisioner med binära neutronstjärnor. Den beräknade kostnaden för att bygga observatoriet är 880 miljoner dollar.

"Vi hoppas att Decadal Survey specifikt kommer att säga att STROBE-X bör göras, sa Maccarone, en Presidential Research Excellence Professor vid Texas Tech Department of Physics &Astronomy. "Men även om de bara säger att röntgentid och spektroskopi med högt uppsamlingsområde är viktigt, vi borde ha en bra chans att få vårt uppdrag att flyga."

Paul Ray, en astronom med NRL:s sektion för högenergiastrofysik och applikationer, ledde studien för STROBE-X uppdragskonceptet.

"De fysiska förhållandena i exotiska system som svarta hål och neutronstjärnor är omöjliga att återskapa i något jordbundet laboratorium, " sa Ray. "Så, ett uppdrag som detta är det bästa sättet att utöka vår förståelse."

STROBE-X uppdragskonceptet kräver en smidig 5, 000-kilos satellit med bredfältsmonitor för att upptäcka och lokalisera transienta händelser och övervaka tillståndet för variabla källor. Dessa observationer skulle få satelliten att träna sin enorma, primära instrument på ett föremål av intresse. Den skulle också svara på meddelanden från markbaserade observatorier.

De primära instrumenten skulle ha mer än 10 gånger så stor uppsamlingsyta som tidigare röntgeninstrument – ​​teknologi som möjliggjorts av de senaste framstegen inom röntgendetektorer i fast tillstånd och lättviktig röntgenkoncentrerad optik. Mätningar med dessa instrument kan bestämma spinn av svarta hål, radien för neutronstjärnor och de element som skapas i explosiva händelser.

Maccarone ledde utvecklingen av STROBE-X vetenskapsfallet under uppdragsstudien. Han förutspår att många nya anläggningar under 2020-talet kommer att undersöka himlen rutinmässigt vid olika våglängder, letar efter övergående och variabla källor.

Han sa att detta representerar ett skifte från traditionell astronomi, med betoning på mycket djupa observationer av enskilda föremål, till big data science.

"STROBE-X, med dess bredfältsröntgenövervakning och snabba svar, kommer att vara en avgörande förmåga i tidsdomänastronomins era, sa Maccarone.

Tekniken för det primära instrumentet på STROBE-X demonstreras redan av Neutron Star Interior Composition Explorer, en nyttolast kopplad till den internationella rymdstationen sedan 2017.

Enligt Colleen Wilson-Hodge, en medlem av studieteamet vid NASA:s Marshall Space Flight Center, STROBE-X skulle vara ett viktigt verktyg i en tidsålder för astrofysik med flera budbärare.

"Genom historien har vi lärt oss om stjärnorna genom att titta på ljuset från dem – först visuellt, sedan med våglängder som sträcker sig från radiovågor till gammastrålar, " sade hon. "Den senaste utvecklingen av gravitationsvåg- och neutrinodetektorer har utökat astronomi bortom bara elektromagnetiska vågor. STROBE-X skulle tillhandahålla det elektromagnetiska sammanhanget för dessa fenomen."

STROBE-X-studien finansierades av NASA och utfördes av forskare och ingenjörer vid NRL, Texas Tech, Massachusetts Institute of Technology, NASA:s Marshall Space Flight Center och NASA:s Goddard Space Flight Center.

De finansierade deltagarna fick stöd av ett samarbete mellan mer än 130 forskare från många amerikanska och internationella institutioner som hjälpte till att utveckla och förfina det vetenskapliga fallet för uppdraget.

STROBE-X-studien gynnades också av pågående samarbete med europeiska forskare från Italien, Spanien, Danmark och Storbritannien, som utvecklade detektorteknologin och designerna för två av instrumenten som en del av en European Space Agency-studie av ett uppdrag kallat Large Observatory For X-ray Timing, eller LOFT.