Возле офиса Хирои Ямагути стоит доска, заполненная взрывающимися звездами, схемами космических кораблей и спектральными линиями. Распечатки формата А4 закрывают почти все свободное пространство, за исключением небольшого уголка, где он время от времени что-то чертит белым мелом. Прямо сейчас перед этой доской, лицом ко мне, стоит Ямагучи, доцент Японского института астронавтики и астронавтики.
Он дает мне ускоренный курс по миссии рентгеновской визуализации и спектроскопии, или XRISM, партнерству НАСА, Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и Европейского космического агентства (ESA). Первое, что я узнал, это то, что я все время произносил название телескопа неправильно. К счастью, я в основном повторял в голове неправильную фразу «ex-riz-um». На самом деле это произносится как «криз-ум».
Во-вторых, этот космический телескоп был запущен 6 сентября 2023 года, и он несет в себе самое тяжелое бремя: ожидание.
Связанный: JAXA и НАСА представили первые изображения, полученные рентгеновским космическим телескопом XRISM.
Два предыдущих рентгеновских телескопа Японского агентства аэрокосмических исследований, Сузаку и Хитоми, столкнулись с проблемами после запуска. Спектрограф Сузаку вышел из строя после запуска, но он смог выполнить десятилетнюю миссию по визуализации. Состояние Хитоми было катастрофическим: после получения первого оптического изображения космический корабль вошел в неконтролируемое вращение и развалился на части. По словам Ямагути, XRISM до сих пор работал хорошо и уже предоставил ученым множество данных с первых лучей солнца в январе, включая некоторые открытия, которые никто не ожидал найти.
«Там много сюрпризов», — смеется Ямагучи, глядя на различные распечатки, приклеенные к доске.
Однако есть небольшая проблема.
Во-первых, хорошие новости: основной инструмент телескопа, спектрометр мягкого рентгеновского излучения, известный как Resolve, работает, как и ожидалось. Новость немного хуже: дверца слота, закрывающая Решимость, не открылась. Многочисленные попытки открыть дверь – или «задвижку» – не увенчались успехом. Несмотря на сообщения о том, что Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) и НАСА Было решено «эксплуатировать космический корабль в неизменном виде не менее 18 месяцев».«Это еще не было официально решено», — сказал мне Ямагучи.
Представитель НАСА подтвердил: «НАСА и JAXA продолжают вести дискуссии о том, как лучше всего использовать XRISM; в настоящее время основным вариантом является сбор научных данных в течение следующих 18 месяцев, прежде чем предпринять еще одну попытку открыть задвижку, но агентства будут не делай этого». Продолжайте оценивать альтернативы».
Когда дверь закрывается, любопытное «а что, если?» Ситуация для специалистов миссии и рентгеновских астрономов представляет собой следующую ситуацию. С одной стороны, космический корабль отлично работает и показывает свою способность предоставлять большое количество новых интересных данных. Попытка открыть дверь может повредить космический корабль. С другой стороны, открытие двери может радикально изменить наше понимание Вселенной.
Найдите х’
Рентгеновские лучи позволяют исследовать некоторые из самых энергетических явлений во Вселенной, но поскольку атмосфера Земли блокирует рентгеновские лучи, необходимы космические телескопы.
«Мы раскрываем структуру Вселенной», — говорит мне Аврора Симионеску, астрофизик из Нидерландского института космических исследований. «Вот что делают рентгеновские лучи».
В настоящее время в космосе находится более дюжины рентгеновских телескопов, в том числе обсерватория НАСА «Чандра», одна из так называемых крупных обсерваторий и, пожалуй, наиболее известная Невероятные виды Меня познакомили с рентгеновской вселенной. Благодаря своей способности видеть самые подробные на сегодняшний день рентгеновские спектры, XRISM надеется создать аналогичное наследие. Однако Ямагути отмечает, что, хотя «Чандра» и XRISM наблюдают одну и ту же часть электромагнитного спектра, предполагается, что они делают это по-разному. Это восходит к встроенному оборудованию.
Решением является то, что известно как микроспектрометр. Детектор преобразует рентгеновские лучи в тепло, измеряя мельчайшие изменения температуры (мы говорим об изменениях в милликельвинах) для определения количества и энергии наблюдаемых рентгеновских лучей, исходящих из определенной области пространства. Энергия измеряется в электрон-вольтах (эВ).
Поэтому устройство необходимо охладить всего до нескольких градусов выше абсолютного нуля. Это даже холоднее, чем космическое микроволновое фоновое излучение, оставшееся с начала времен. Это излучение широко распространено по всей нашей Вселенной даже сейчас. Скрытый от человеческих глаз Потому что здесь очень холодно. «По сути, здесь примерно в 30 раз холоднее, чем в самой холодной части космического пространства», — говорит Симионеску. Экстремальный охлаждающий эффект достигается химическими и механическими средствами.
Чандра использует другой тип детектора рентгеновского излучения, который включает в себя набор устройств с зарядовой связью или ПЗС-матриц. При этом рентгеновские фотоны преобразуются в электроны, а не в тепло.
Измерение энергии особенно полезно, потому что вы можете построить график количества рентгеновских лучей, попадающих в ваш телескоп, в зависимости от их энергетического уровня, создавая то, что исследователи называют «спектром». В этом случае решение XRISM имеет преимущество. Он способен измерять энергии примерно в 20–30 раз выше, чем «Чандра», и с большей точностью. «Это позволяет XRISM более детально изучать атомную физику и скоростную структуру источников рентгеновского излучения», — говорит Патрик Слейн, директор рентгеновского центра «Чандра».
Однако у Чандры есть свои преимущества. Слейн говорит, что он также изготовлен из рентгеновских зеркал высочайшего качества, когда-либо созданных, а это означает, что качество изображения намного превосходит качество изображения XRISM. Ключевым моментом здесь является то, что зеркала дают Чандре угловое разрешение 0,5 угловых секунды, что позволяет Чандре различать объекты, расположенные близко друг к другу в небе. Сравните это с XRISM, у которого угловое разрешение составляет 1,7 угловых секунд.минут.
Благодаря этому инженерному подвигу, говорит Слейн, Чандра может обнаруживать точечные источники рентгеновского излучения примерно в 200 раз легче, чем XRISM. С практической точки зрения это делает телескоп НАСА чрезвычайно полезным для фокусировки на точечных источниках — далеких и меньших целях, таких как нейтронные звезды, планеты и кометы. XRISM полезен для «растягивания» целей, таких как распространение газа между галактиками и внутри них.
И это, наконец, подводит нас к задвижке XRISM: закрытая дверь эффективно предотвращает попадание низкоэнергетических рентгеновских лучей в детектор. На данный момент телескоп продолжает исследовать мир рентгеновских лучей высокой энергии, поскольку на эти длины волн не влияет проблема затвора — более того, и Ямагути, и Симионеску говорят, что он уже дает впечатляющие результаты при более высоких энергиях.
Но если дверь останется запертой навсегда, ученым придется бороться с недоступными частями Вселенной… по крайней мере, до тех пор, пока не появится еще один рентгеновский телескоп, которым, вероятно, станет миссия «Афина» в середине 2030-х годов.
XRISMgate
Задвижка была разработана для поддержания почти вакуума внутри криостата телескопа — холодильника, который гарантирует, что его инструменты остаются очень холодными — в то время как XRISM находился в центре земли.
Когда телескоп окажется на орбите, поддержание такого типа вакуума не будет проблемой. В космосе само пространство создает пустоту. По этой причине задвижка спроектирована так, чтобы открываться после выпуска в два этапа с помощью набора приводов. Короче говоря, приводы отодвигаются назад, позволяя двери, сделанной из бериллиевого окна и стальной сетки, открыться. Этого не произошло.
Японское агентство аэрокосмических исследований трижды пыталось открыть устройство, но оно не сдвинулось с места. Следующая попытка будет более рискованной, так как может потребовать прогрева космического корабля от экстремально низких температур и вибрации. цель? Принудительное перемещение двигателей. Это риск, который космическим агентствам, работающим над XRISM, необходимо будет оценить. Когда задвижка закрыта, они фактически сохраняют банковские данные. Это очень хорошие данные.
«Самое прекрасное — когда вы смотрите на данные, и они не похожи на то, что вы ожидали — и это происходит с текущими данными XRISM», — говорит Симионеску.
Однако для Симионеску это по-прежнему трудный перерыв. Ее особенно интересует изучение рентгеновских лучей из «галактических атмосфер» — того, что XRISM предназначен для наблюдения с помощью открытого затвора. Когда портал закрыт, эта часть рентгеновского мира остается запертой. Она полностью согласна с решением не рисковать и пытаться открыть портал – по крайней мере, пока. Но это не значит, что не больно знать, что может быть.
«Мне очень грустно, что мы не можем видеть энергию ниже 2 кэВ», — говорит Симонеску.
А что может лежать внизу?
Некоторые рентгеновские космические телескопы, такие как XMM-Newton Европейского космического агентства, могут видеть рентгеновские лучи с более низкой энергией, вплоть до менее 2 кэВ. Например, скопление Кома, содержащее более 1000 галактик, наблюдалось при энергии всего 0,3 кэВ. Другой инструмент XRISM, Xtend, также способен достигать более низких энергий. Но это тоже ПЗС-детекторы и для получения спектров они бесполезны.
За исключением XRISM, ни один рентгеновский телескоп, вращающийся вокруг Земли, не имеет возможности просматривать «протяженные» объекты при низких энергиях с высоким разрешением, что особенно важно для работы Симионеску.
Во время онлайн-звонка она поделилась широкоугольным рентгеновским изображением M87. Первая черная дыра, сфотографированная людьми в видимом свете. Это была картина Отрезано Чандрой В 2019 году.
«Это моя любимая вещь на свете», — взволнованно говорит она.
Пространство, окружающее эту черную дыру, представляет собой вихрь. Индикатор Симионеску прыгает по небу, указывая на массивную струю, исходящую из черной дыры, а также на области плотного газа и длинную нить, простирающуюся на световые годы во Вселенную. Она описывает график спектров, которые Чандра наблюдал в M87 – все ниже 2 кэВ – и отмечает, что все они представляют собой «очень массивные» линии излучения кислорода, неона, никеля и других газов.
С открытием портала ситуация изменится.
«Вы можете знать состав газа, как он движется, как его выталкивает черная дыра — всю информацию, которую вы не можете получить прямо сейчас», — говорит она.
Интересно подумать о скачке вперед с XRISM на фоне неопределенности вокруг миссии НАСА «Чандра».
К сожалению, в ближайшем будущем область рентгеновской астрономии может остаться без Чандры. Эксплуатация космического телескопа, которая ведется уже 25 лет, столкнется с серьезными сокращениями бюджета в 2024 году. Астрономы говорят Предлагаемый бюджет упразднит миссию.
«Если Чандра будет отменена, мы потеряем огромный ресурс для всей современной астрофизики», — говорит Слейн.
Это было бы позорным концом великой обсерватории, которая остается бесценной для будущих открытий, включая работу вместе с XRISM. Если JAXA откроет свои двери, Чандра станет важным инструментом для последующих наблюдений XRISM.
Тем временем призраки Сузаку и Хитоми будут задерживаться до следующей попытки открыть дверь. Прямо сейчас в области рентгеновской астрономии с нетерпением ждут того, что будет дальше. Худший сценарий не так уж и плох, в зависимости от того, как на него посмотреть.
«Мы собираем потрясающие данные, которые никому раньше не удавалось получить», — говорит Симонеску. «Все спектры просто потрясающие».
More Stories
Пентагон обеспокоен новыми шпионскими спутниками Илона Маска
Сверхновая, впервые замеченная в 1181 году, выпустила светящиеся нити.
Астрономы ждут, когда звезда-зомби снова взойдет