Невидимые для нашего глаза рентгеновские лучи, излучаемые горячим газом, заполняющим большую часть Вселенной, могут пролить свет на многие космические тайны. Наблюдения первого света этого газа с помощью космической рентгеновской обсерватории JAXA X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) уже готовы. Они показывают, что миссия сыграет большую роль в раскрытии эволюции Вселенной и структуры пространства-времени.
Первые тестовые изображения XRISM показывают скопление галактик и остаток сверхновой — шелуха, остающаяся после взрыва массивной звезды. Более того, XRISM измерил энергию входного рентгеновского излучения от остатка сверхновой, чтобы обнаружить содержащиеся в нем химические элементы.
Наблюдения демонстрируют чрезвычайные возможности двух научных инструментов XRISM. Они были сделаны во время «фазы ввода в эксплуатацию» миссии, когда инженеры проводят все испытания и проверки, необходимые для того, чтобы убедиться, что космический корабль работает хорошо.
Рентгеновские снимки космоса очень отличаются от изображений, которые мы привыкли видеть в видимом и инфракрасном свете, как, например, от космических телескопов Джеймса Уэбба и Хаббла. Они также передают уникальную информацию о самых впечатляющих явлениях Вселенной, поскольку рентгеновские лучи являются очень высокоэнергетическим типом света, излучаемого во время горячих и интенсивных событий.
XRISM является результатом сотрудничества между Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) и NASA при значительном участии ESA. В обмен на предоставление аппаратных и научных консультаций ESA получает 8% доступного времени наблюдения XRISM.
Скопление галактик Abell 2319
Это изображение является широким видом соседнего скопления галактик под названием Abell 2319. Фиолетовым мы видим рентгеновский свет от газа с миллионами градусов, проникающий между галактиками в скоплении. Наблюдение за этим газом помогает астрономам измерить общую массу скопления галактик, открывая информацию о рождении и эволюции Вселенной.
Наблюдения XRISM за скоплениями галактик также дадут понять, как Вселенная производила и распределяла химические элементы, которые мы находим на Земле сегодня. Горячий газ, найденный в скоплениях, остаток рождения и смерти звезд в течение миллиардов лет. Изучая рентгеновское излучение газа, XRISM обнаружит, какие «металлы» (элементы тяжелее водорода и гелия) он содержит, и отразит, как Вселенная обогатилась ими.
Это изображение Abell 2319 было сделано с помощью инструмента Xtend от XRISM, использующего CCD камеру для изображения объектов, излучающих рентгеновское излучение, и их окружения. Уникальная способность Xtend захватывать все скопления одним кадром сулит значительный шаг вперед в нашем понимании крупномасштабной структуры Вселенной.
Этот красочный снимок показывает остатки массивной звезды, взрывающейся в соседнем Большом Магеллановом Облаке. Различные цвета указывают на разную энергию рентгеновского света, причем красный имеет наименьшую энергию, а синий – самую высокую.
Используя свой инструмент Resolve, XRISM может дополнить изображение сверхнового остатка, сделанное Xtend (вверху справа), сверхчетким изображением химических элементов, существующих в N132D. Это позволяет ученым определить, где именно в сверхновом остатке может быть найден каждый элемент.
XRISM может идентифицировать каждый элемент, измеряя удельную энергию излучаемого им рентгеновского света. На графике выше показаны отдельные спайки, которые раньше нельзя было различить; это закладывает основу для новых представлений о формировании и распределении элементов во Вселенной, составляющих основу звезд, планет и самой жизни.
Уникальная конструкция Resolve также позволяет нам подробнее, чем когда-либо прежде, исследовать температуру, плотность и движения горячего рентгеновского газа в этом сверхновом остатке. Это показывает, как остаток взаимодействует с окружением, а также природу взрыва, который создал остаток.
Что делала JAXA с момента запуска?
XRISM запущен 7 сентября. С тех пор инженеры и ученые JAXA упорно трудились, чтобы подготовить телескоп к науке. Это включало в себя включение и тестирование двух инструментов XRISM: Xtend и Resolve.
На данный момент космический корабль находится в очень хорошем состоянии. Проверки бортовых систем, таких как контролирующие источник питания, ориентацию космического корабля и связь с Землей, подтверждают, что они работают по плану. Оборудование, предоставленное ESA, было проверено в начале этапа ввода в эксплуатацию, и все работает, как ожидалось.
Прибор Xtend работает отлично. Инструмент Resolve также работает очень хорошо. Его энергетическое разрешение – ключевой научный показатель эффективности – даже превышает требования. Однако инженерам пока не удалось открыть закрывающий детектор фильтр, предназначенный для его защиты перед и во время запуска. Продолжаются попытки решить эту проблему, но команда XRISM решила, что планируемые научные наблюдения должны предполагать, что фильтр останется на месте. Энергетический спектр N132D демонстрирует, что все еще можно добиться революционной науки.
Что дальше?
Этап ввода космического корабля в эксплуатацию завершится к концу января. В феврале JAXA начнет калибровку приборов и демонстрацию их возможностей.
Время для наблюдений, выделенное ESA в рамках публичной программы наблюдений, открытой для ученых во всем мире, позволит европейским ученым воспользоваться чрезвычайными научными возможностями, предлагающими беспрецедентные спектроскопические возможности высокого разрешения Resolve. Ученым уже предложено подать предложения по наблюдениям, которые они хотели бы сделать, начиная с августа 2024 года. Конечный срок – 4 апреля 2024 года.
«Эти первые световые изображения демонстрируют, что XRISM выполняет свое обещание открыть новую эру в спектроскопии изображений высокого разрешения горячего газа во Вселенной», — говорит научный сотрудник проекта ESA XRISM Маттео Гуайнацци. «Я искренне призываю ученых в государствах-членах Европейского космического агентства воспользоваться уникальными возможностями, которые предлагает XRISM, предоставив предложения по наблюдению с помощью этого замечательного телескопа».
Наблюдения, сделанные с помощью XRISM, дополнят наблюдение рентгеновского телескопа ESA XMM-Newton и станут отличным основанием для наблюдений, запланированных в будущем миссии ESA большого класса NewAthena. Последний проектируется так, чтобы значительно превышать научные показатели существующих спектроскопических и обзорных рентгеновских обсерваторий.
