Невидимі для нашого ока рентгенівські промені, що випромінюються гарячим газом, що заповнює велику частину Всесвіту, можуть пролити світло на багато космічних таємниць. Спостереження «першого світла» цього газу за допомогою космічної рентгенівської обсерваторії JAXA X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) уже готові. Вони демонструють, що місія зіграє велику роль у розкритті еволюції Всесвіту та структури простору-часу.
Перші тестові зображення XRISM показують скупчення галактик і залишок наднової — лушпиння, що залишається після вибуху масивної зірки. Більше того, XRISM виміряв енергію вхідного рентгенівського випромінювання від залишку наднової, щоб виявити хімічні елементи, що містяться в ньому.
Спостереження демонструють надзвичайні можливості двох наукових інструментів XRISM. Вони були зроблені під час «фази введення в експлуатацію» місії — коли інженери проводять усі випробування та перевірки, необхідні для того, щоб переконатися, що космічний корабель працює добре.
Рентгенівські знімки космосу дуже відрізняються від зображень, які ми звикли бачити у видимому та інфрачервоному світлі, як, наприклад, від космічних телескопів Джеймса Вебба та Хаббла. Вони також передають унікальну інформацію про найвражаючі явища Всесвіту, оскільки рентгенівські промені є дуже високоенергетичним типом світла, що випромінюється під час найгарячіших і найінтенсивніших подій.
XRISM є результатом співпраці між Японським агентством аерокосмічних досліджень (JAXA) і NASA за значної участі ESA. В обмін на надання апаратних і наукових консультацій ESA отримує 8% доступного часу спостереження XRISM.
Скупчення галактик Abell 2319
Це зображення є широким видом сусіднього скупчення галактик під назвою Abell 2319. Фіолетовим ми бачимо рентгенівське світло від газу з мільйонами градусів, який проникає між галактиками в скупченні. Спостереження за цим газом допомагає астрономам виміряти загальну масу скупчення галактик, відкриваючи інформацію про народження та еволюцію Всесвіту.
Спостереження XRISM за скупченнями галактик також дадуть зрозуміти, як Всесвіт виробляв і розподіляв хімічні елементи, які ми знаходимо на Землі сьогодні. Гарячий газ, знайдений у скупченнях, є залишком народження та смерті зірок протягом мільярдів років. Вивчаючи рентгенівське випромінювання газу, XRISM виявить, які «метали» (елементи, важчі за водень і гелій) він містить, і відобразить, як Всесвіт збагатився ними.
Це зображення Abell 2319 було зроблено за допомогою інструменту Xtend від XRISM, який використовує камеру CCD для зображення об’єктів, що випромінюють рентгенівське випромінювання, та їхнього оточення. Унікальна здатність Xtend захоплювати все скупчення одним кадром обіцяє значний крок вперед у нашому розумінні великомасштабної структури Всесвіту.
Цей барвистий знімок показує залишки масивної зірки, що вибухає у сусідній Великій Магеллановій Хмарі. Різні кольори вказують на різну енергію рентгенівського світла, причому червоний має найменшу енергію, а синій – найвищу.
Використовуючи свій інструмент Resolve, XRISM може доповнити зображення залишку наднової, зроблене Xtend (угорі праворуч), надчітким зображенням хімічних елементів, які існують у N132D. Це дозволяє вченим визначити, де саме в залишку наднової може бути знайдений кожен елемент.
XRISM може ідентифікувати кожен елемент, вимірюючи питому енергію рентгенівського світла, яке він випромінює. На графіку вище показано окремі спайки, які раніше не можна було розрізнити; це закладає основу для нових уявлень про формування та розподіл елементів у Всесвіті, які складають основу зірок, планет і самого життя.
Унікальна конструкція Resolve також дозволяє нам детальніше, ніж будь-коли раніше, досліджувати температуру, густину та рухи гарячого рентгенівського газу в цьому залишку наднової. Це показує, як саме залишок взаємодіє з оточенням, а також природу вибуху, який створив залишок.
Що робила JAXA з моменту запуску?
XRISM запущено 7 вересня. Відтоді інженери та вчені JAXA наполегливо працювали, щоб підготувати телескоп до науки. Це включало ввімкнення та тестування двох інструментів XRISM: Xtend і Resolve.
На даний момент космічний корабель знаходиться в дуже хорошому стані. Перевірки бортових систем, таких як ті, що контролюють джерело живлення, орієнтацію космічного корабля та зв’язок із Землею, підтверджують, що вони працюють за планом. Обладнання, надане ESA, було перевірено на початку етапу введення в експлуатацію, і все працює, як очікувалося.
Прилад Xtend працює чудово. Інструмент Resolve також працює дуже добре. Його енергетична роздільна здатність – ключовий науковий показник ефективності – навіть перевищує вимоги. Однак інженерам поки не вдалося відкрити фільтр, що закриває детектор, призначений для його захисту перед і під час запуску. Тривають спроби вирішити цю проблему, але команда XRISM вирішила, що заплановані наукові спостереження повинні припускати, що фільтр залишиться на місці. Енергетичний спектр N132D демонструє, що все ще можна досягти революційної науки.
Що далі?
Етап введення космічного корабля в експлуатацію завершиться до кінця січня. У лютому JAXA почне калібрування приладів і демонстрацію їх можливостей.
Час для спостережень, виділений ESA в рамках публічної програми спостережень, відкритої для вчених у всьому світі, дозволить європейським вченим скористатися надзвичайними науковими можливостями, які пропонують безпрецедентні спектроскопічні можливості високої роздільної здатності Resolve. Вченим уже запропоновано подати пропозиції щодо спостережень, які вони хотіли б зробити, починаючи з серпня 2024 року. Кінцевий термін – 4 квітня 2024 року.
«Ці перші світлові зображення демонструють, що XRISM виконує свою обіцянку відкрити нову еру в спектроскопії зображень високої роздільної здатності гарячого газу у Всесвіті», — говорить науковий співробітник проекту ESA XRISM Маттео Гуайнацці. «Я щиро закликаю вчених у державах-членах Європейського космічного агентства скористатися унікальними можливостями, які пропонує XRISM, подавши пропозиції щодо спостереження за допомогою цього чудового телескопа».
Спостереження, зроблені за допомогою XRISM, доповнять спостереження рентгенівського телескопа ESA XMM-Newton і стануть чудовою основою для спостережень, запланованих у майбутній місії ESA великого класу NewAthena. Останній проектується таким чином, щоб значно перевищувати наукові показники існуючих спектроскопічних і оглядових рентгенівських обсерваторій.
