Как XRISM поможет астрономам увидеть Вселенную в новом свете: миссия по образованию и спектроскопии рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи — это мощный инструмент для изучения космоса, но они не могут добраться до Земли из-за атмосферы. Поэтому астрономы используют специальные космические телескопы, которые могут наблюдать за рентгеновскими лучами в разных диапазонах энергий. Один из таких телескопов — XRISM, который был запущен 6 сентября 2023 года и предназначен для исследования мягких рентгеновских лучей, которые имеют меньшую энергию и больше подходят для наблюдения за горячим газом в космосе.

XRISM — это аббревиатура от X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, что означает Миссия по образованию и спектроскопии рентгеновских лучей. Это совместный проект Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) и Европейского космического агентства (ESA), который нацелен на получение новых знаний о структурообразовании Вселенной, выбросах из ядер галактик и темной материи.

XRISM состоит из двух основных инструментов: Resolve и Xtend. Resolve — это спектрометр мягких рентгеновских лучей, который может измерять энергию каждого фотона рентгеновского излучения с высокой точностью и разрешением. Это позволяет определить температуру, плотность, скорость, химический состав и магнитное поле горячего газа в космосе. Xtend — это имиджер мягких рентгеновских лучей, который может создавать изображения космических объектов в широком поле зрения. Оба инструмента используют легкие зеркальные устройства для рентгеновских лучей, которые отражают рентгеновские лучи под острыми углами.

XRISM является наследником Hitomi — предыдущего рентгеновского телескопа JAXA, который был запущен в 2016 году, но потерпел неудачу вскоре после запуска из-за ошибки в программном обеспечении и повреждения солнечных батарей. Hitomi был способен наблюдать за рентгеновскими лучами в широком диапазоне энергий, включая жесткие рентгеновские лучи, которые имеют большую проникающую способность и могут детектировать высокоэнергетические объекты, такие как активные галактические ядра и гамма-всплески. Однако, потеря Hitomi означала, что астрономы остались без возможности изучать мягкие рентгеновские лучи, которые имеют меньшую энергию и больше подходят для наблюдения за горячим газом в кластерах галактик, темной материей и тонкой структурой спектров рентгеновских лучей.

XRISM призван восстановить и продолжить научные исследования, которые были запланированы с помощью Hitomi, но сосредоточившись только на мягких рентгеновских лучах. XRISM будет способен измерять температуру, плотность, скорость, химический состав и магнитное поле горячего газа в космосе с высокой точностью и разрешением. Это позволит узнать больше о процессах образования и эволюции структур во Вселенной, таких как звезды, галактики и кластеры галактик; о механизмах выбросов материи и энергии из активных ядер галактик, которые могут влиять на окружающую среду; о природе темной материи, которая составляет большую часть массы Вселенной, но не излучает свет; и о физике высоких энергий и экстремальных состояний вещества вблизи черных дыр.

Какие технологии использует XRISM

XRISM — это не только научная миссия, но и технологическая. Она демонстрирует передовые технологии в области рентгеновской астрономии, такие как легкие зеркальные устройства для рентгеновских лучей, калориметрические спектрометры рентгеновских лучей, системы охлаждения и управления теплом, системы точного управления положением и ориентацией спутника. Эти технологии могут быть использованы для разработки будущих рентгеновских телескопов, таких как ATHENA и Lynx, которые планируются к запуску в 2030-х годах.

XRISM — это пример успешного международного сотрудничества в области космических исследований. JAXA является ведущим агентством миссии и отвечает за разработку спутника, инструментов Resolve и Xtend, а также за проведение операций и научных наблюдений. NASA участвует в разработке системы детекторов Resolve и многих ее подсистем, а также зеркальных устройств для рентгеновских лучей. ESA предоставляет поддержку по обеспечению связи со спутником через свою сеть антенн.

Что даст XRISM для науки

XRISM — это уникальная возможность для астрономов по всему миру получить новые данные о космосе в разных цветах рентгеновского излучения. XRISM будет наблюдать за различными космическими объектами и явлениями, такими как черные дыры, сверхновые звезды, галактические кластеры, темная материя и другие. Это позволит получить новые знания о физике и химии этих объектов, а также о их взаимодействии с окружающей средой. XRISM также будет искать новые типы космических объектов и явлений, которые могут быть обнаружены только в рентгеновском диапазоне.

Например, XRISM будет изучать горячий газ в кластерах галактик, которые являются самыми большими связанными структурами во Вселенной. Горячий газ составляет большую часть нормальной материи в кластерах галактик, но он не виден в видимом свете. Рентгеновские лучи позволяют увидеть этот газ и измерить его температуру, плотность, скорость и химический состав. Это дает информацию о процессах образования и эволюции кластеров галактик, а также о влиянии выбросов из активных ядер галактик на газ. Кроме того, XRISM будет искать признаки темной материи в кластерах галактик, которая составляет большую часть массы кластеров, но не излучает свет. Темная материя может быть обнаружена по ее гравитационному воздействию на горячий газ и на другие галактики в кластерах.

Другой пример — XRISM будет изучать черные дыры, которые являются самыми экстремальными объектами во Вселенной. Черные дыры — это области пространства-времени, из которых ничто не может вырваться, даже свет. Однако черные дыры могут излучать рентгеновские лучи за счет поглощения окружающей материи и энергии. Рентгеновские лучи позволяют увидеть этот процесс и измерить его параметры, такие как масса, скорость вращения и заряд черной дыры. Это дает информацию о физике высоких энергий и экстремальных состояний вещества вблизи черной дыры, а также о ее роли в эволюции звезд и галактик.

XRISM — это уникальная возможность для астрономов по всему миру получить новые данные о космосе в разных цветах рентгеновского излучения. XRISM открывает новый спектр для изучения Вселенной и ее тайн.