日本X射線成像和光譜任務(XRISM)探測器計劃于8月26日發射。屆時它將為天文學家觀測超新星、黑洞周圍以及星系團內部熱氣體提供前所未有的視野。
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據《科學》報道,XRISM探測器是日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)與美國國家航空航天局(NASA)合作的成果,它裝有NASA開發的低溫高分辨率X射線光譜儀,用于克服X射線望遠鏡長期以來面臨的挑戰:像棱鏡分離可見光一樣分離X射線的波長。
“XRISM是一種全新的探測器。”英國南安普頓大學的天體物理學家Poshak Gandhi說,詳細的X射線光譜將使研究人員不僅能夠看到熱氣體,還能發現它們的組成和運動方式。
由于地球大氣層阻擋了X射線,天文學家必須到達太空才能看到它們。即使在那里,制作X射線圖像也極具挑戰性。因為普通光譜儀很難處理X射線,尤其是來自長光源的高能光子。但在20世紀90年代,NASA戈達德太空飛行中心的工程師開發了一種稱為微熱量計的芯片傳感器,它可以測量與波長密切相關的單個X射線光子的能量。
日本的Hitomi望遠鏡就搭載了一個微熱量計,但其在2016年因致命旋轉而解體。在解體之前,Hitomi曾對英仙座星系團和其他一些物體進行了開創性的觀測。
英仙座星系團是宇宙中質量最大的天體之一,由數千個星系組成。利用Hitomi的微熱量計,研究人員能夠在氣體的X射線輝光中看到前所未有的細節。他們發現了顯示特定元素的尖峰,表明了哪種類型的超新星將重元素噴射到太空中。
研究人員還發現,英仙座星系團的氣體出奇地安靜,而不是理論家預測的大漩渦。XRISM的首要任務之一就是觀察其他星系團,看看英仙座星系團是一個特例還是常態。XRISM的首席研究員、日本埼玉大學的Makoto Tashiro說:“這是Hitomi給我們留下的作業。”
除了星系團,XRISM還將研究圍繞超新星殘余和黑洞旋轉的熱氣體,包括星系中心的超大質量黑洞和從伴星吸收物質的恒星質量黑洞。“用X射線望遠鏡在宇宙中發現黑洞是非常容易的。”Gandhi說。
JAXA一直在努力確保價值1.9億美元的XRISM不會重蹈前任的覆轍。它有一個改進的姿態控制系統、重新設計的冷卻劑管道,以及一個備用機械冷卻器,可以讓其在氦氣耗盡后仍能繼續工作。
XRISM也為處于艱難時期的X射線天文學帶來了光明。該領域很大程度上依賴于兩個旗艦任務——NASA的錢德拉X射線天文臺和歐洲航天局的XMM-牛頓衛星,但這兩個任務都已超過20年歷史,遠遠超過了它們的設計壽命。
錢德拉X射線中心主任Pat Slane說,錢德拉過濾器上的沉積物正在降低其靈敏度,閃亮的隔熱層正在退化,導致過熱。而XMM-牛頓的探測器也在老化,歐洲航天局的研究小組希望能制造出足夠的冷卻劑,使其維持到2030年。
而XRISM不是像錢德拉和XMM-牛頓那樣的通用機器。Williams說,它“將是本世紀20年代主要的X射線任務。”
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