XRISM是日本、美國國家航空暨太空總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）的合作任務，其先進的儀器將徹底改變X射線天文學，為人們提供前所未有的洞察宇宙中最炙熱和最巨大結構的機會。日本領導的XRISM（X 射線成像和光譜任務）天文台首次發布了它在今年稍後開始科學運作時將收集到的前所未有的數據。

該衛星的科學團隊發布了一個由數百個星系組成的星系團的快照，以及一個鄰近星系中恆星殘骸的光譜，這讓科學家可以詳細了解其化學組成。

XRISM的”決心”（Resolve）儀器捕獲了大麥哲倫星雲中超新星殘餘物N132D的數據，為該天體繪製了有史以來最詳細的X射線光譜。光譜顯示了與矽、硫、氬、鈣和鐵有關的峰值。右側插圖是XRISM 的Xtend 儀器拍攝的N132D 影像。資料來源：JAXA/NASA/XRISM Resolve 和Xtend

XRISM 任務詳情

位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的XRISM美國首席研究員理查德-凱利（Richard Kelley）說：”XRISM將為國際科學界提供一窺隱藏的X射線天空的新機會。我們不僅能看到這些光源的X射線圖像，還能研究它們的成分、運動和物理狀態。”

XRISM（讀作”crism”）由日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）與美國國家航空暨太空總署（NASA）合作領導，歐洲太空總署（ESA）也為其做出了貢獻。它將於2023 年9 月6 日發射。

超新星剩餘物N132D位於大麥哲倫雲的中央部分，這是一個大約16萬光年遠的矮星系。XRISM的Xtend用X射線捕捉到了這個殘餘物，如插圖所示。N132D 的最寬處直徑約為75 光年。雖然在X 射線中非常明亮，但在以光學光拍攝的地面背景視圖中幾乎看不到恆星殘骸。資料來源：插圖，JAXA/NASA/XRISM Xtend；背景，C. Smith、S. Points、MCELS 小組和NOIRLab/NSF/AURA

它旨在探測能量高達12,000 電子伏特的X 射線，並將研究宇宙中最熱的區域、最大的結構和引力最強的天體。相較之下，可見光的能量為2 到3 電子伏特。

儀器和早期成果

這次任務有兩台儀器，分別是”Resolve”和”Xtend”，每台儀器都位於戈達德設計和製造的X 射線鏡組件的焦點上。

“Resolve”是由美國太空總署和日本宇宙航空研究開發機構共同開發的微量熱計分光計。它在一個冰箱大小的液態氦容器中，在僅高於絕對零度幾分之一的溫度下工作。

當X 射線撞擊Resolve 的6×6 像素偵測器時，會使設備升溫，升溫振幅與X 射線的能量有關。透過測量每條X 射線的能量，該儀器可以提供以前無法獲得的有關射線源的資訊。

XRISM 的Xtend 成像儀收集到了這張超新星殘骸N132D 的快照。據估計，這個不斷膨脹的殘骸大約有3000 年的歷史，是一顆質量約為太陽15 倍的恆星燃料耗盡、坍縮和爆炸時產生的。N132D最寬處的直徑約為75光年。資料來源：JAXA/NASA/XRISM Xtend

任務小組利用”Resolve”號對N132D 進行了研究。N132D 是一顆超新星殘骸，也是大麥哲倫雲中最亮的X 射線源之一。據估計，這個不斷膨脹的殘骸大約有3000 年的歷史，是一顆質量約為太陽15 倍的恆星燃料耗盡、坍縮和爆炸時產生的。

解析”光譜顯示出與矽、硫、鈣、氬和鐵有關的峰值。這是迄今為止獲得的該天體最詳細的X射線光譜，展示了該任務在2024年晚些時候開始正常運行時將完成的令人難以置信的科學任務。

戈達德的美國宇航局XRISM項目科學家布萊恩-威廉姆斯（Brian Williams）說：”這些元素是在原始恆星中形成的，然後在它作為超新星爆炸時被拋離。Resolve將使我們能夠以前所未有的方式看到這些線條的形狀，讓我們不僅能確定各種元素的豐度，還能以前所未有的精確度確定它們的溫度、密度和運動方向。由此，我們可以拼湊出有關原始恆星和爆炸的訊息”。

XRISM 的Xtend 儀器用X 射線捕捉到了星系團Abell 2319，這裡用紫色顯示，白色邊框代表探測器的範圍。背景是以可見光顯示該區域的地面影像。圖片來源：JAXA/NASA/XRISM Xtend；背景：DSS

XRISM 的第二台儀器Xtend 是由JAXA 開發的X 射線成像儀。它為XRISM 提供了一個大視野，使其能夠觀測到比滿月平均視面積大60% 左右的區域。

Xtend 拍攝了Abell 2319 的X 射線影像，這是一個豐富的星系團，位於天鵝座北部，距離約7.7 億光年。它是天空中第五亮的X射線星系團，目前正在經歷重大的合併事件。

該星系團直徑達300 萬光年，是Xtend 寬視野的亮點。

這張合成圖顯示的是超新星遺跡N132D。它使用了美國太空總署錢德拉X 射線天文台（紫色和綠色）和哈伯太空望遠鏡（紅色）的數據。N132D是大麥哲倫雲中最亮的X射線殘餘物之一，大麥哲倫雲是附近的矮星系。資料來源：NASA/STSCI/CXC/SAO，Judy Schmidt 處理，CC BY-NC-SA

技術挑戰與未來計劃

美國太空總署戈達德XRISM 專案經理Lillian Reichenthal 表示：「甚至在調試過程結束之前，Resolve 就已經超出了我們的預期。我們的目標是透過該儀器實現7 電子伏特的光譜分辨率，但現在它已經進入軌道，我們正在實現5 電子伏特的分辨率。這意味著我們將透過XRISM捕捉到的每一個光譜獲得更詳細的化學圖譜”。

儘管”Resolve”號探測器上的光圈門出現了問題，但它仍然表現出色，並且已經在進行令人興奮的科學研究。這扇門是為了在發射前保護探測器而設計的，但經過多次嘗試後仍未按計劃打開。這扇門阻擋了低能量的X 射線，實際上在1700 電子伏特時就切斷了任務，而計劃的是300 電子伏特。XRISM 小組將繼續探索這一異常現象，並正在研究打開這扇門的不同方法。Xtend 儀器不受影響。

美國國家航空暨太空總署設在戈達德的XRISM一般觀測設施正在接受美國和加拿大機構成員的觀測建議，截止日期為4月4日星期四。XRISM一般觀測者調查的第1週期將於2024年夏季開始。

XRISM是日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）和美國國家航空暨太空總署（NASA）的一項合作任務，歐空局也參與其中。美國國家航空暨太空總署的貢獻包括加拿大太空總署的科學參與。

編譯來源：ScitechDaily