XRISM绘制有史以来最详细的超新星残余物光谱 有望彻底改变X射线天文学

该卫星的科学团队发布了一个由数百个星系组成的星系团的快照，以及一个邻近星系中恒星残骸的光谱，这让科学家们可以详细了解其化学构成。

XRISM的"决心"（Resolve）仪器捕获了大麦哲伦星云中超新星残余物N132D的数据，为该天体绘制了有史以来最详细的X射线光谱。光谱显示了与硅、硫、氩、钙和铁有关的峰值。右侧插图是 XRISM 的 Xtend 仪器拍摄的 N132D 图像。资料来源：JAXA/NASA/XRISM Resolve 和 Xtend

XRISM 任务详情

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的XRISM美国首席研究员理查德-凯利（Richard Kelley）说："XRISM将为国际科学界提供一窥隐藏的X射线天空的新机会。我们不仅能看到这些光源的X射线图像，还能研究它们的成分、运动和物理状态。"

XRISM（读作"crism"）由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）与美国国家航空航天局（NASA）合作领导，欧洲航天局（ESA）也为其做出了贡献。它将于 2023 年 9 月 6 日发射。

超新星剩余物N132D位于大麦哲伦云的中央部分，这是一个大约16万光年远的矮星系。XRISM的Xtend用X射线捕捉到了这个残余物，如插图所示。N132D 的最宽处直径约为 75 光年。虽然在 X 射线中非常明亮，但在以光学光拍摄的地面背景视图中几乎看不到恒星残骸。资料来源：插图，JAXA/NASA/XRISM Xtend；背景，C. Smith、S. Points、MCELS 小组和 NOIRLab/NSF/AURA

它旨在探测能量高达 12,000 电子伏特的 X 射线，并将研究宇宙中最热的区域、最大的结构和引力最强的天体。相比之下，可见光的能量为 2 到 3 电子伏特。

仪器和早期成果

这次任务有两台仪器，分别是"Resolve"和"Xtend"，每台仪器都位于戈达德设计和制造的 X 射线镜组件的焦点上。

"Resolve"是由美国航天局和日本宇宙航空研究开发机构共同开发的微量热计分光计。它在一个冰箱大小的液氦容器中，在仅高于绝对零度几分之一的温度下工作。

当 X 射线撞击 Resolve 的 6×6 像素探测器时，会使设备升温，升温幅度与 X 射线的能量有关。通过测量每条 X 射线的能量，该仪器可以提供以前无法获得的有关射线源的信息。

XRISM 的 Xtend 成像仪收集到了这张超新星残骸 N132D 的快照。据估计，这个不断膨胀的残骸大约有 3000 年的历史，是一颗质量约为太阳 15 倍的恒星燃料耗尽、坍缩和爆炸时产生的。N132D最宽处的直径约为75光年。资料来源：JAXA/NASA/XRISM Xtend

任务小组利用"Resolve"号对 N132D 进行了研究。N132D 是一颗超新星残骸，也是大麦哲伦云中最亮的 X 射线源之一。据估计，这个不断膨胀的残骸大约有 3000 年的历史，是一颗质量约为太阳 15 倍的恒星燃料耗尽、坍缩和爆炸时产生的。

解析"光谱显示出与硅、硫、钙、氩和铁有关的峰值。这是迄今为止获得的该天体最详细的X射线光谱，展示了该任务在2024年晚些时候开始正常运行时将完成的令人难以置信的科学任务。

戈达德的美国宇航局XRISM项目科学家布莱恩-威廉姆斯（Brian Williams）说："这些元素是在原始恒星中形成的，然后在它作为超新星爆炸时被抛离。Resolve将使我们能够以前所未有的方式看到这些线条的形状，让我们不仅能确定各种元素的丰度，还能以前所未有的精确度确定它们的温度、密度和运动方向。由此，我们可以拼凑出有关原始恒星和爆炸的信息"。

XRISM 的 Xtend 仪器用 X 射线捕捉到了星系团 Abell 2319，这里用紫色显示，白色边框代表探测器的范围。背景是以可见光显示该区域的地面图像。图片来源：JAXA/NASA/XRISM Xtend；背景：DSS

XRISM 的第二台仪器 Xtend 是由 JAXA 开发的 X 射线成像仪。它为 XRISM 提供了一个大视野，使其能够观测到比满月平均视面积大 60% 左右的区域。

Xtend 拍摄到了 Abell 2319 的 X 射线图像，这是一个丰富的星系团，位于天鹅座北部，距离约 7.7 亿光年。它是天空中第五亮的X射线星系团，目前正在经历一次重大的合并事件。

该星系团直径达 300 万光年，是 Xtend 宽视场的亮点。

这张合成图显示的是超新星遗迹 N132D。它使用了美国宇航局钱德拉 X 射线天文台（紫色和绿色）和哈勃太空望远镜（红色）的数据。N132D是大麦哲伦云中最亮的X射线残余物之一，大麦哲伦云是附近的一个矮星系。资料来源：NASA/STSCI/CXC/SAO，Judy Schmidt 处理，CC BY-NC-SA

技术挑战和未来计划

美国宇航局戈达德 XRISM 项目经理 Lillian Reichenthal 说："甚至在调试过程结束之前，Resolve 就已经超出了我们的预期。我们的目标是通过该仪器实现 7 电子伏特的光谱分辨率，但现在它已经进入轨道，我们正在实现 5 电子伏特的分辨率。这意味着我们将通过XRISM捕捉到的每一个光谱获得更加详细的化学图谱"。

尽管"Resolve"号探测器上的光圈门出现了问题，但它仍然表现出色，并且已经在进行令人兴奋的科学研究。这扇门是为了在发射前保护探测器而设计的，但经过多次尝试后仍未按计划打开。这扇门阻挡了低能量的 X 射线，实际上在 1700 电子伏特时就切断了任务，而计划的是 300 电子伏特。XRISM 小组将继续探索这一异常现象，并正在研究打开这扇门的不同方法。Xtend 仪器不受影响。

美国国家航空航天局设在戈达德的XRISM一般观测设施正在接受美国和加拿大机构成员的观测建议，截止日期为4月4日星期四。XRISM一般观测者调查的第1周期将于2024年夏季开始。

XRISM是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和美国国家航空航天局（NASA）的一项合作任务，欧空局也参与其中。美国国家航空航天局的贡献包括加拿大航天局的科学参与。

编译来源：ScitechDaily