XRISM, миссия по рентгеновской визуализации и спектроскопии, представляет собой совместную миссию НАСА и JAXA, возглавляемую JAXA. Рентгеновский космический телескоп начал свою миссию на низкой околоземной орбите 6 сентября 2023 года. Научные работы начнутся не раньше этого года, но научная группа спутника опубликовала некоторые из первых изображений телескопа.
XRISM — это временный телескоп. Наши существующие рентгеновские обсерватории XMM Newton и Chandra стареют, и их миссия скоро завершится. Их замена, Европейский перспективный телескоп для астрофизики высоких энергий (ATHENA), не будет запущен до 2035 года, что приведет к многолетнему перерыву в работе рентгеновских телескопов. Японская рентгеновская обсерватория Хитоми должна была стать преемницей XMM Newton и Chandra, но потерпела неудачу через несколько недель после запуска.
Несмотря на то, что XRISM задуман как дополнительная миссия, он по-прежнему очень мощный и обеспечит надежные научные наблюдения.
«XRISM предоставит международному научному сообществу новый взгляд на скрытое рентгеновское небо», — сказал Ричард Келли, американский главный исследователь XRISM в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Мы не только увидим рентгеновские изображения этих источников, но и изучим их состав, движение и физическое состояние».
Некоторые новые изображения телескопа показывают, насколько мощна эта временная обсерватория.
В XRISM есть два инструмента: Resolve и Xtend. Resolve — это микрокалориметрический спектрометр, криогенный прибор, температура которого чуть выше абсолютного нуля. Когда фотон попадает на него, он нагревает детектор на определенную величину, соответствующую его энергии. «Измеряя энергию каждого отдельного рентгеновского излучения, прибор предоставляет ранее недоступную информацию об источнике», — объясняет НАСА.
Xtend — это рентгеновская ПЗС-камера с более высоким разрешением, чем ее предшественница на неудавшейся обсерватории Хитоми.
Первое изображение, полученное с помощью XRISM в верхней части страницы, представляет собой остаток сверхновой (SNR) в Большом Магеллановом Облаке под названием N132D. Остаток почти не виден в оптическом свете, но яркий в рентгеновских лучах. XRISM — это спектрометр, создавший самый подробный рентгеновский спектр N132D за всю историю.
Звезда-прародительница была примерно в 15 раз массивнее Солнца и взорвалась, когда исчерпала запасы водорода и рухнула сама на себя. Обломкам, остатку сверхновой, около 3000 лет, и они все еще расширяются. Эти остатки важны, поскольку они распространяют тяжелые элементы по галактике, нагревают межзвездную среду и ускоряют космические лучи. Их ударные волны могут даже сжимать близлежащий газ и вызывать образование новых звезд.
Брайан Уильямс, научный сотрудник проекта НАСА XRISM в Годдарде, объяснил, как XRISM поможет нам понять SNR.
«Эти элементы были выкованы в первоначальной звезде, а затем взорвались, когда она взорвалась как сверхновая», — сказал Уильямс. «Resolve позволит нам увидеть форму этих линий так, как это было невозможно раньше, позволяя нам определять не только содержание различных присутствующих элементов, но также их температуру, плотность и направления движения с беспрецедентным уровнем точности. Оттуда мы сможем собрать воедино информацию о первоначальной звезде и взрыве».
Измерение химического состава объектов важно в астрофизике, и XRISM справляется с этой задачей даже лучше, чем ожидалось.
«Еще до завершения процесса ввода в эксплуатацию Resolve уже превосходит наши ожидания», — сказала Лилиан Райхенталь, менеджер проекта НАСА XRISM в Годдарде. «Наша цель состояла в том, чтобы достичь с помощью прибора спектрального разрешения в 7 электрон-вольт, но теперь, когда он находится на орбите, мы достигаем 5. Это означает, что мы будем получать еще более подробные химические карты с каждым спектром, полученным XRISM».
Xtend, рентгеновский аппарат XRISM, играет важную роль в наблюдениях. Его большое поле зрения означает, что он может наблюдать территорию примерно на 60% большую, чем полная Луна. Научная группа опубликовала рентгеновское изображение Abell 2319, близлежащего скопления галактик, которое является объектом частых исследований с помощью Xtend.
Фиолетовый цвет на изображении — это газ, оставшийся после миллиардов лет рождения и смерти звезд. XRISM расскажет астрономам, какие элементы присутствуют и насколько они распространены, особенно элементы тяжелее водорода и гелия, называемые в астрономии «металлами». Эти наблюдения XRISM помогут нам понять, как Вселенная обогатилась металлами за свою более чем 13-миллиардную историю.
Астрономы наблюдали Abell 2319 с помощью телескопа Чандра и идентифицировали различные субструктуры во внутрикластерной среде (ICM). Они обнаружили холодные фронты между массами более холодных и теплых газов и даже более мелкие субструктуры внутри фронтов. Все это намекает на большую сложность, чем считалось ранее, вызванную слиянием галактик и групп, а также взаимодействием с АЯГ скопления. Abell 2319 в настоящее время переживает крупное событие слияния, и, поскольку XRISM более мощный, чем Chandra, он должен раскрыть еще больше подробностей о слиянии.
Но наряду с успехом, представленным этими первыми изображениями, XRISM сталкивается с первой проблемой. Дверца проема, защищающая детектор «Резолв» перед запуском, не открылась. Это означает, что фотоны с энергией ниже 1700 электронвольт не могут достичь детектора. Сотрудники XRISM предприняли несколько попыток открыть его, но пока безуспешно. Если он останется закрытым, то миссия не сможет обнаруживать фотоны с энергией ниже 1700 электрон-вольт, хотя она предназначена для измерения фотонов с энергией всего 300 электрон-вольт. Однако эта проблема не затрагивает Xtend, и команда XRISM все еще работает над решением.
Хотя миссия XRISM — это прежде всего партнерство НАСА и JAXA, в ней также участвуют ЕКА и Канадское космическое агентство.
«Очень приятно видеть, что XRISM уже проводит такие чудесные научные наблюдения, хотя он еще не полностью откалиброван», — говорит директор по науке ЕКА Кэрол Манделл. «Это показывает потенциал, который эта миссия предлагает нашему научному сообществу для революционных открытий в изучении самых энергетических явлений во Вселенной».
