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.

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.

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.

Подробнее на iXBT