С 8 февраля 2024 г. и на протяжении около полугода инструменты телескопа XRISM (X—Ray Imaging and Spectroscopy Mission; Ｘ線分光撮像衛星) (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/203772/) для проведения наблюдений в мягком рентгеновском диапазоне проходили первичную поверку в режиме штатной эксплуатации.
XRISM сочетает в себе устройство формирования изображений Xtend с камерой с ПЗС-матрицей, микрокалориметрический спектрометр Resolve и непосредственно саму оптику – два телескопа-рефлектора XMA (X-ray Mirror Assembly), на которые «падают» рентгеновские лучи.
Xtend, Resolve и рефлекторы XMA
На сайте проекта ученые Института космических и астронавтических наук ISAS рассказали о двух работах, одобренных к публикации в научных журналах, в которых исследователи пришли к следующим выводам:
— температура ионов железа из остатков сверхновых достигает ~10 млрд градусов Цельсия;
— внутренний радиус окружающего массивные черные дыры молекулярного тора равняется ~0.1 светового года.
И остатки сверхновых SNR (SuperNova Remnant), и массивные черные дыры MBH (massive black hole) порождают так называемый «ветер», который понуждает вещество и энергию перемещаться в межпланетном пространстве, что оказывает влияние на эволюцию Вселенной. Результаты представленных изысканий позволяют получить «зацепку» к пониманию эволюционных процессов необъятного космоса.
Рентген и спектр туманности N132
Начнем с первого пункта. Туманность N132D находятся в крупнейшей и массивнейшей галактике-спутнике Млечного пути – Большом Магеллановом Облаке (Large Magellanic Cloud), на расстоянии ~160 тыс. св.л. от Земли. Считается, что это следы сверхвзрыва, произошедшего порядка 3000 лет назад. Именно эти SNR наблюдались в декабре 2023 г. при получении первого света XRISM.
Благодаря точной работе Xtend и Resolve на борту седьмой японской рентгеновской космической обсерватории был сделан «рентген» и получен спектр остатков N132D. Было обнаружено характеристическое рентгеновское излучение (Characteristic X-rays) кремния, серы, железа и других элементов, изучив которое, ученые смогли измерить, насколько же горячи тяжелые элементы, испускавшие данные лучи, и определить, что температура ионов железа, образовавшихся при вспышке сверхновой N132D, достигала ~10 млрд градусов по шкале Цельсия.
Тепловое движение ионов и эффект Доплера от характеристического рентген-излучения.
Температуру тяжелых элементов можно измерить благодаря изучению эффекта Доплера от теплового движения ионов. Длина волны характеристического излучения ионов, приближающихся к наблюдателю (то есть XRISM), сокращается, а длина волны испускаемых отдаляющимися от космической обсерватории ионов лучей, удлиняется.
Группа ученых воспользовалась также эффектом Доплера, изучение которого помогло определить, что температура плазмы внешней оболочки сверхновой, содержащей кремний и серу, относительно невысока – 10 млн °C, – однако внутренняя оболочка, включающая железо, гораздо выше – около 10 млрд °C.
Таким образом впервые «подозревавшийся» в теории сильный нагрев ионов железа при образовании сверхновой был подтвержден практическими наблюдениями.
Иллюстрация активного ядра галактики – на основе наблюдений XRISM Ока Саурона
Что касается второй научной работы, то здесь исследователи взялись за сейфертовскую галактику NGC 4151 или Око Саурона (Eye of Sauron) в созвездии Гончих Псов (Canes Venatici). «Огненный глаз» глядит на нас с расстояния около 62 млн св.л. В центре данной спиральной галактики с перемычкой находится MBH с массой, согласно расчетам, порядка 30 млн наших Солнц.
Такие объекты не только затягивают в себя окружающее вещество. То, что они не «пожрали», отбрасывается в сторону, поэтому-то, как и сверхновые, массивные черные дыры оказывают, как считается, огромное влияние на процесс переноса вещества в галактиках. Для понимания всей цепочки нужно знать распределение вещества возле черных дыр. Вокруг MBH также образуется «молекулярный тор» (molecular torus), кишащий пылевыми частицами.
Эффект Доплера при вращении материи вокруг черных дыр
XRISM узнал внутренний радиус тороида и изучил распределение вещества в данной галактике. Японский телескоп продемонстрировал свою сильную сторону – измерение скорости. Как и в предыдущей работе, пригодился эффект Доплера от характеристических рентген-лучей. Но сейчас он был не от теплового движения, а от вращения «приговоренной» материи в гравитационном поле черной дыры.
Было определено, что характеристическое рентгеновское излучение идет как минимум от трех структур. Это тор, область излучения широких спектральных линий (broad line region) внутренним диаметром ~0.01 с.г. и напрямую примыкающий к дыре аккреционный диск.
Пространство возле черной дыры «Всевидящего ока»
4 сентября японцы открыли первый прием заявок от исследователей по всему миру для использования инструментов XRISM в научных программах. Наблюдения в интересах зарубежных коллег будут проводиться в течение года (с сентября 2024 г.). 2 августа был создан специальный сайт для специалистов, использующих научные инструменты орбитального телескопа.
https://xrism.isas.jaxa.jp/research/proposer/approved/ao1/index_0801b.html
Что касается бериллиевой защитной пленки рефлектора XMA спектрометра Resolve, то ее пытались убрать 4-5 ноября 2023 г., затем два раза в ноябре-декабре 2023 г., но все впустую. Следующая попытка планировалась на март 2024 г., но ее перенесли на сентябрь 2025 г. – после окончания первых наблюдений для зарубежных организаций.
Евгений Рыжков
Источники
https://www.isas.jaxa.jp/topics/003827.html
https://www.jaxa.jp/projects/files/youtube/xrism_fl/jaxa_doc01_20240920.pdf
