Международная коллаборация запускает на орбиту спутник XRISM для изучения космического рентгеновского излучения. Он исследует гигантские скопления галактик, экстремальные процессы внутри джетов черных дыр и другие источники высокоэнергетического излучения. «Хайтек» рассказывает, как устроены приборы спутника и зачем он нужен.
Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) и НАСА завершают подготовку к выводу на орбиту спутника XRISM для исследования высокоэнергетического излучения экстремальных объектов Вселенной — самых горячих областей, самых массивных и крупных галактик и их скоплений. Анализ спектра рентгеновского излучения покажет, как сверхмассивные черные дыры управляют ростом Вселенной и что происходит в недрах нейтронных звезд.
Спутник запустят на борту ракеты-носителя H-IIA из космического центра Танэгасима в Японии. Предварительная дата запуска — 26 августа.
Зачем нужен новый телескоп?
XRISM будет изучать Вселенную в рентгеновском свете с беспрецедентным сочетанием светособирающей способности и энергетического разрешения (способности различать рентгеновские лучи с разной энергией), отмечают разработчики. С помощью приборов миссии исследователи проанализируют динамику скоплений галактики, химический состав Вселенной и движение высокоэнергетических частиц в джетах сверхмассивных черных дыр.
Скопления галактик — крупнейшие структуры Вселенной, удерживаемые вместе с помощью гравитации. Большая часть газа в них нагрета до температуры свыше 10 000 000 °С и излучает рентгеновское излучение. Космическая обсерватория соберет и проанализирует этот свет, чтобы определить скорость и энергию газа.
Другая задача — исследование состава Вселенной и происхождения различных химических элементов. Во время Большого взрыва образовались только четыре самых легких элемента (водород, гелий, литий и бериллий). Все остальные сформировались в ядерных процессах внутри звезд и в результате других космических явлений. На основе спектра излучения обсерватория составит карту распределения химических элементов в пространстве и времени.
Мощное рентгеновское излучение также формируют активные ядра галактик. Это области в центрах галактик, в которых находятся сверхмассивные черные дыры. Благодаря огромной гравитации некоторые из них активно притягивают материю, а аккрецируемый материал генерирует рентгеновское излучение, которое может обнаружить XRISM.
Как гравитационное притяжение черной дыры влияет на свое окружение еще до конца не изучено. Это среда с экстремальной гравитацией, которую невозможно воспроизвести в лаборатории. Спутник изучит частицы, которые со скоростями близкими к скорости света, выбрасывают черные дыры. Это может стать ключом к пониманию тесной связи между скоростью роста звезд и черных дыр.
Как устроен XRISM?
Рентгеновские лучи невозможно измерить с помощью телескопа с классическими зеркалами, поскольку они проходят сквозь них. Но цилиндрические конструкции из тонкой фольги с малыми углами падения могут собирать излучение с такой высокой энергией. Такие зеркала основаны на принципе скользящего падения. Фотоны ударяются о поверхность зеркала под малыми углами, что отклоняет их и фокусирует на детекторе.
На XRISM установлено два одинаковых зеркала, каждое из которых состоит из 203 цилиндров из алюминиевой фольги. Собирающая площадь рентгеновского телескопа увеличивается за счет многослойного покрытия. Каждое зеркало XRISM фокусирует рентгеновские лучи на одном из двух научных приборов, расположенных на расстоянии 5,6 м.
Научные приборы спутника
На XRISM установлено два научных прибора: спектрометр мягкого рентгеновского излучения Resolve и тепловизор мягкого рентгеновского излучения Xtend. Resolve представляет собой массив микрокалориметров размером 6 на 6 пикселей. Размер каждого пикселя составляет 30 угловых секунд, а весь детектор охлажден до 0,05 К.
При низких температурах массив измеряет небольшое количество тепла, выделяемого при поглощении каждым пикселем одного фотона рентгеновского излучения. Небольшое повышение температуры измеряется чувствительной электроникой, а бортовое программное обеспечение определяет точную энергию входящего фотона.
Собрав данные тысяч или миллиона фотонов от одного источника, XRISM генерирует рентгеновский спектр чрезвычайно высокого разрешения в диапазоне энергий от 0,4 до 12 кэВ в поле зрения 3 на 3 угловых минуты. При спектральном разрешении менее 7 эВ в этой полосе пропускания результирующие спектры будут самыми подробными из когда-либо полученных для различных источников в рентгеновском диапазоне.
Второй прибор Xtend расширяет возможности спутника. Он состоит из четырех ПЗС-детекторов (приборов с зарядовой связью). Xtend менее чувствителен, но может наблюдать большую область. Он расширяет область наблюдения обсерватории до квадрата в 38 угловых минут. Это примерно на 60% больше размера полной Луны на ночном небе. Данные, полученные одновременно с Resolve, дополнят информацию о наблюдаемых объектах в более крупном масштабе.
XRISM будет работать на низкой околоземной орбите высотой 550 км с наклонением 31,0°. Разработчики ожидают, что он проработает на орбите до 3 лет, пока не закончится запас гелия, необходимого для охлаждения приборов до экстремально низких рабочих температур.
Спектрограф космического телескопа «Джеймс Уэбб», который работает с инфракрасным излучением, изменяет и дополняет представления астрономического сообщества о ранней Вселенной. Разработчики миссии XRISM считают, что наблюдения в сверхвысоком качестве за рентгеновским излучением будут иметь аналогичный эффект для исследования экстремальных космических явлений.
Читать далее:
Физики объяснили необычные свойства «странных металлов»
Ученые генетически отредактировали свиные почки и пересадили их человеку
Физики наблюдали спаривание электронов: этот эффект был предсказан более полувека назад
На обложке: иллюстрация спутник XRISM на фоне звездного неба. Изображение: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab