Новый космический рентгеновский телескоп XRISM увидел первый свет

Обсерватория XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), совместная миссия между NASA и JAXA, успешно начала свою работу на орбите Земли 6 сентября 2023 года. Несмотря на то, что научные операции начнутся позже, недавно команда миссии опубликовала несколько изображений «первого света», предоставленных телескопом.

Существующим рентгеновским обсерваториям XMM Newton и Chandra, работа которых подходит к завершению, скоро потребуется замена. Европейская обсерватория ATHENA, которая примет на себя их функции, запланирована к запуску только к 2035 году, что приведёт к временному пробелу в покрытии рентгеновской области. Японская обсерватория Hitomi была разработана для замены устаревающих обсерваторий, но она сломалась через несколько недель после запуска.

Новый космический рентгеновский телескоп XRISM увидел «первый свет»
Остаток сверхновой N132D в центральной части Большого Магелланова Облака, находящегося на расстоянии около 160 000 световых лет от нас. Камера Xtend запечатлела остатки в рентгеновском диапазоне, показанном на вставке. Несмотря на то, что остатки звезды яркие в рентгеновских лучах, они почти невидимы в оптическом диапазоне.
Источник: Inset, JAXA / NASA / XRISM Xtend / C. Smith, S. Points, the MCELS Team / NOIRLab / NSF / AURA

Миссия XRISM создана как временное решение, но она обладает высокой мощностью и предоставит ценные научные данные. По словам главного исследователя XRISM в NASA Ричарда Келли, XRISM предоставит научному сообществу возможность взглянуть на до этого неизведанные источники в рентгеновском диапазоне. Астрофизики смогут получать рентгеновские изображения и изучать состав, движение и физические свойства источников рентгеновского излучения. Первые изображения, предоставленные телескопом XRISM, уже показывают его высокую мощность.

XRISM оснащён двумя инструментами: Resolve и Xtend. Resolve представляет собой микрокалориметрический спектрометр, работающий чуть выше абсолютного нуля: когда фотон попадает на него, он нагревает детектор на определенную величину, связанную с его энергией. Xtend представляет собой рентгеновскую CCD-камеру с более высоким разрешением по сравнению со своим предшественником на обсерватории Hitomi.

Первое изображение, полученное XRISM, демонстрирует остаток сверхновой N132D в Большом Магеллановом Облаке. Остаток почти не виден в оптическом диапазоне, но он ярок в рентгеновском диапазоне. XRISM предоставил самый подробный рентгеновский спектр N132D. Звезда-прародитель этого остатка, была в 15 раз массивнее Солнца и исчерпала свои запасы водорода, в результате чего произошла вспышка сверхновой. Сейчас остаток сверхновой имеет возраст около 3000 лет и продолжает расширяться. Это приводит к распространению тяжёлых элементов по всей галактике, нагреву межзвёздной среды и ускорению космических лучей. Ударные волны, возникающие в результате этого процесса, способны сжимать близлежащий газ и способствовать образованию новых звёзд.

Новый космический рентгеновский телескоп XRISM увидел «первый свет»
Камера Xtend XRISM запечатлела скопление галактик Abell 2319 в рентгеновских лучах. Белой рамкой обозначен видимый размер для детектора. Фон — изображение с наземного телескопа, показывающее регион в видимом диапазоне. Розовый — это рентгеновский диапазон в скоплении, нагретом до миллионов градусов. С помощью XRISM астрономы смогут измерить массу всего скопления. 
Источник: JAXA / NASA / XRISM Xtend

Научный сотрудник проекта XRISM в NASA Брайан Уильямс объясняет, что эти тяжёлые элементы были созданы в исходной звезде и после её взрыва были рассеяны, что позволяет астрономам не только определить содержание различных элементов, но и изучить их температуру, плотность и направление движения с непревзойденной точностью. Эти данные могут предоставить ценную информацию о звезде-прародителе и самом взрыве.

Одной из важных задач в астрофизике является измерение химического состава объектов, и в этом XRISM превзошёл ожидания. Менеджер проекта XRISM в NASA Годдард Лилиан Райхенталь сообщает, что даже на ранней стадии процесса наладки Resolve уже продемонстрировал спектральную разрешающую способность в 5 электрон-вольт, превышая цель в 7 электрон-вольт. Это означает, что благодаря этому телескопу будут получены более подробные химические карты.

Рентгеновская камера Xtend играет важную роль в наблюдениях, поскольку её большое поле зрения позволяет охватить площадь, превышающую размер полной Луны на 60%. Научная команда опубликовала рентгеновское изображение скопления галактик Абелл 2319 (Abell 2319), которое является наиболее близким к нам и часто изучается. Фиолетовый цвет представляет собой газ, оставшийся после миллиардов лет эволюции и гибели звёзд. С помощью XRISM будет определено, какие элементы присутствуют и насколько они распространены, особенно элементы, тяжелее водорода и гелия, которые в астрономии называются «металлами». Эти наблюдения помогут расширить понимание о том, как Вселенная обогатилась металлами за свою более чем 13-миллиардную историю.

Астрономы уже изучали скопление галактик Абелл 2319 с помощью обсерватории Chandra и обнаружили различные подструктуры. Они обнаружили холодные фронты между массами более холодного и более тёплого газов, а также ещё более тонкие подструктуры внутри этих фронтов. Это указывает на процессы слияния галактик и взаимодействие с активными ядрами галактического скопления. В настоящее время Абелл 2319 находится в процессе слияния, и XRISM, являющаяся более мощным инструментом, чем Chandra, раскроет ещё больше деталей о данном процессе.

Однако, несмотря на успех, XRISM столкнулась с первой проблемой. Защитная дверца апертуры, защищающая детектор Resolve до запуска, не открылась. Это означает, что фотоны с энергией ниже 1700 электрон-вольт не смогут достичь детектора. Персонал XRISM предпринял несколько попыток открыть дверцу, но пока безуспешно. Если она останется закрытой, то телескоп не сможет регистрировать фотоны с энергией ниже 1700 электрон-вольт, хотя был разработан для измерения фотонов даже с энергией в 300 электрон-вольт. Однако эта проблема не затрагивает камеру Xtend, а команда XRISM продолжает работать над устранением проблемы.


Источник