20 сентября 2024 года были представлены первые научные результаты миссии XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), созданной в сотрудничестве Японского космического агентства (JAXA) и НАСА при активном участии Европейского космического агентства (ESA).
XRISM был запущен 6 сентября 2023 года и представляет собой космический телескоп, предназначенный для изучения рентгеновского излучения Вселенной. За последние несколько месяцев коллаборация XRISM уже представила некоторые предварительные результаты первых тестовых наблюдений бортовых приборов. Они касались объектов, испускающих рентгеновские лучи, то есть высокоэнергетическое излучение, например, остатков некоторых сверхновых.
Теперь в двух первых исследованиях, опубликованных в эти дни, XRISM продемонстрировал свою уникальную способность определять структуру, движение и температуру плазмы (горячего ионизированного газа) вокруг сверхмассивной черной дыры и остатка сверхновой звезды с беспрецедентными подробностями.
Остаток сверхновой N132D
В одном из своих первых наблюдений XRISM сосредоточился на N132D. Это остаток сверхновой, расположенный в Большом Магеллановом облаке, примерно в 160 000 световых лет от Земли. Этот межзвездный «пузырь» горячего газа был выброшен взрывом очень массивной звезды около 3000 лет назад.
Используя прибор Resolve, XRISM детально изучил структуру вокруг N132D. В отличие от предыдущих гипотез, которые говорили о простой сферической оболочке, ученые обнаружили, что остальная часть N132D имеет форму пончика. Используя эффект Доплера, они измерили скорость, с которой горячая плазма в остатке движется к нам или от нас. Таким образом, они определили, что он расширяется с видимой скоростью около 1200 км/с.
Остаток сверхновой N132D, увиденный с помощью японского рентгеновского космического телескопа XRISM, и его спектр, в котором видны многие химические элементы, присутствующие в объекте. В верхней части изображения остаток сверхновой показан в рентгеновском свете. Желтый круг показывает область, где прибор Resolve измерил температуру железа в 10 миллиардов градусов Кельвина. Розовая линия показывает край остатка, где ударная волна взаимодействует с межзвездной средой и горячий газ становится холоднее (около 10 миллионов градусов Кельвина).
Resolve также показала, что в остатках содержится железо, имеющее необычайную температуру в 10 миллиардов градусов Кельвина. Взрыв сверхновой нагрел атомы железа с помощью сильных ударных волн, которые распространились внутрь. Это явление было предсказано теорией, но никогда ранее не наблюдалось.
Остатки сверхновых, такие как N132D, содержат важные сведения о том, как эволюционируют звезды. А также о том, как тяжелые элементы, необходимые для нашей жизни, такие как железо, образуются и распределяются в межзвездном пространстве.
Сверхмассивная черная дыра в галактике NGC 4151
XRISM также пролил новый свет на загадочную структуру, окружающую сверхмассивную черную дыру. Наблюдения были сосредоточены на спиральной галактике NGC 4151, удаленной от нас на 62 миллиона световых лет, что позволило нам получить беспрецедентное представление о веществе, находящемся в непосредственной близости от центральной черной дыры галактики, масса которой в 30 миллионов раз превышает массу Солнца.
XRISM запечатлел распределение материи по мере ее вращения и падения в черную дыру на большом радиусе — от 0,001 до 0,1 светового года. То есть от расстояния, сравнимого с расстоянием между Солнцем и Ураном, до расстояния в 100 раз большего.
Определив движение атомов железа по их следам в рентгеновских лучах, ученые составили карту последовательности структур, окружающих гигантскую черную дыру: от диска, питающего черную дыру, до тора в форме пончика.
Распределение вещества, падающего в сверхмассивную черную дыру в галактике NGC 4151, снятое на большом радиусе, от 0,001 до 0,1 светового года, японским рентгеновским космическим телескопом XRISM. В ближайшем к черной дыре диске (синий цвет) газ движется со скоростью, равной небольшому проценту от скорости света, затем следует переходная область, где газ движется со скоростью тысячи км/с, которую астрономы называют «областью широких линий (BLR)» (оранжевый цвет), и, наконец, тор в форме пончика (красный цвет).
Другие радио- и инфракрасные наблюдения ранее выявили наличие тора в форме пончика вокруг черных дыр в других галактиках, но спектроскопическая техника XRISM — это первый и на данный момент единственный способ отследить форму и движение газа вблизи центральной черной дыры.
И это только начало для XRISM
За последние несколько месяцев научная группа XRISM провела несколько тестов для проверки работы прибора и отработки методов анализа данных, наблюдая 60 различных объектов.
При этом 104 новых набора наблюдений были отобраны из более чем 300 заявок, поступивших от ученых со всего мира. XRISM будет проводить эти наблюдения в течение следующего года.
А благодаря его выдающимся характеристикам на орбите, которые превзошли первоначальные ожидания, это обещает еще много интересных открытий.
