X-Işını Astronomisinde Yeni Bir Dönem

Japonya arasında ortak bir misyon olan XRISM, NASAve ESA, gelişmiş araçlarıyla X-ışını astronomisinde devrim yaratacak ve evrenin en sıcak ve en büyük yapılarına dair benzeri görülmemiş bilgiler sunacak.

Japonya liderliğindeki XRISM (X-ışını Görüntüleme ve Spektroskopi Misyonu) gözlemevi, bu yılın sonlarında bilimsel operasyonlar başladığında toplayacağı benzeri görülmemiş verilere ilk bakışı yayınladı.

Uydunun bilim ekibi, yüzlerce gökadadan oluşan bir kümenin ve komşu bir gökadadaki yıldız enkazının bir spektrumunun anlık görüntüsünü yayınladı; bu, bilim adamlarına onun kimyasal yapısına ayrıntılı bir bakış sağlıyor.

XRISM Misyonunun Detayları

NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde XRISM’in ABD baş araştırmacısı Richard Kelley, “XRISM, uluslararası bilim camiasına gizli X-ışını gökyüzüne yeni bir bakış açısı sağlayacak” dedi. “Bu kaynakların yalnızca X-ışını görüntülerini görmekle kalmayacak, aynı zamanda bileşimlerini, hareketlerini ve fiziksel durumlarını da inceleyeceğiz.”

XRISM (“kriz” olarak telaffuz edilir), ESA’nın (Avrupa Uzay Ajansı) katkılarıyla birlikte NASA ile işbirliği içinde JAXA (Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı) tarafından yönetilmektedir. 6 Eylül 2023’te piyasaya sürüldü.

Süpernova kalıntısı N132D, yaklaşık 160.000 ışıkyılı uzaklıkta bir cüce gökada olan Büyük Macellan Bulutu’nun merkezi kısmında yer almaktadır. XRISM’in Xtend’i, küçük resimde gösterilen X-ışınlarındaki kalıntıyı yakaladı. N132D en geniş noktasında yaklaşık 75 ışıkyılı genişliktedir. Her ne kadar X-ışınlarında parlak olsa da, yıldız enkazı, optik ışıkta alınan yerden esaslı arka plan görüntüsünde neredeyse görünmez. Katkı Sağlayanlar: Ek, JAXA/NASA/XRISM Xtend; arka plan, C. Smith, S. Points, MCELS Ekibi ve NOIRLab/NSF/AURA

12.000 elektron volta kadar enerjiye sahip X ışınlarını tespit etmek üzere tasarlanan cihaz, evrenin en sıcak bölgelerini, en büyük yapılarını ve en güçlü yerçekimine sahip nesneleri inceleyecek. Karşılaştırma için, görünür ışığın enerjisi 2 ila 3 elektron volttur.

Enstrümanlar ve Erken Başarılar

Misyonun, her biri Goddard’da tasarlanıp inşa edilen bir X-ışını Ayna Düzeneğinin odağında yer alan Resolve ve Xtend adlı iki cihazı var.

Resolve, NASA tarafından geliştirilen bir mikrokalorimetre spektrometresidir ve JAXA. Bir derecenin sadece bir kısmında çalışır tamamen sıfır buzdolabı büyüklüğünde sıvı helyum kabının içinde.

Bir X-ışını Resolve’nin 6 x 6 piksellik dedektörüne çarptığında, cihazı enerjisiyle orantılı bir miktarda ısıtır. Cihaz, her bir X-ışınının enerjisini ölçerek, kaynak hakkında daha önce mevcut olmayan bilgileri sağlar.

XRISM’in Xtend görüntüleyicisi, süpernova kalıntısı N132D’nin bu anlık görüntüsünü topladı. Genişleyen enkazın yaklaşık 3.000 yaşında olduğu tahmin ediliyor ve Güneş’in kütlesinin yaklaşık 15 katı olan bir yıldızın yakıtının bitmesi, çökmesi ve patlaması sonucu oluştu. N132D en geniş noktasında yaklaşık 75 ışıkyılı genişliktedir. Kredi bilgileri: JAXA/NASA/XRISM Xtend

Görev ekibi, bir süpernova kalıntısı olan ve güney takımyıldızı Dorado’da yaklaşık 160.000 ışıkyılı uzaklıkta bir cüce galaksi olan Büyük Macellan Bulutu’ndaki en parlak X-ışını kaynaklarından biri olan N132D’yi incelemek için Resolve’yi kullandı. Genişleyen enkazın yaklaşık 3.000 yaşında olduğu tahmin ediliyor ve Güneş’in kütlesinin yaklaşık 15 katı olan bir yıldızın yakıtının bitmesi, çökmesi ve patlaması sonucu oluştu.

Resolve spektrumu silikon, kükürt, kalsiyum, argon ve demir ile ilişkili zirveleri gösterir. Bu, nesnenin şimdiye kadar elde edilen en ayrıntılı X-ışını spektrumudur ve 2024’ün sonlarında düzenli operasyonlar başladığında misyonun ne kadar bilimsel bir çalışma yürüteceğini göstermektedir.

NASA’nın Goddard’daki XRISM proje bilimcisi Brian Williams, “Bu elementler orijinal yıldızda dövüldü ve bir süpernova olarak patladığında yok olup gitti” dedi. “Resolve, bu çizgilerin şekillerini daha önce hiç mümkün olmayan bir şekilde görmemize olanak tanıyacak ve yalnızca mevcut çeşitli elementlerin bolluğunu değil, aynı zamanda sıcaklıklarını, yoğunluklarını ve hareket yönlerini de benzeri görülmemiş bir hassasiyetle belirlememize olanak tanıyacak. Buradan orijinal yıldız ve patlama hakkındaki bilgileri bir araya getirebiliriz.”

XRISM’in Xtend cihazı, burada mor renkle gösterilen ve dedektörün boyutunu temsil eden beyaz bir kenarlıkla çevrelenen Abell 2319 gökada kümesini X ışınlarıyla yakaladı. Arka plan, alanı görünür ışıkta gösteren, yer tabanlı bir görüntüdür. Kredi: JAXA/NASA/XRISM Xtend; arka plan, DSS

XRISM’in ikinci cihazı Xtend, JAXA tarafından geliştirilen bir X-ışını görüntüleyicidir. XRISM’e geniş bir görüş alanı sağlayarak dolunayın ortalama görünen boyutundan yaklaşık %60 daha büyük bir alanı gözlemlemesine olanak tanır.

Xtend, Abell 2319’un zengin bir X-ışını görüntüsünü yakaladı. galaksi kümesi Kuzey takımyıldızı Kuğu’da, yaklaşık 770 milyon ışıkyılı uzaklıkta. Gökyüzündeki en parlak beşinci X-ışını kümesidir ve şu anda büyük bir birleşme olayından geçmektedir.

Küme 3 milyon ışıkyılı genişliğindedir ve Xtend’in geniş görüş alanını vurgulamaktadır.

Bu kompozit görüntü süpernova kalıntısı N132D’yi göstermektedir. NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi’nden (mor ve yeşil) ve Hubble Uzay Teleskobu’ndan (kırmızı) gelen verileri kullanır. N132D, yakındaki bir cüce gökada olan Büyük Macellan Bulutu’ndaki en parlak X-ışını kalıntıları arasındadır. Katkı Sağlayan: NASA/STScI/CXC/SAO, işleme: Judy Schmidt, CC BY-NC-SA

Teknik Zorluklar ve Gelecek Planları

NASA’nın Goddard’daki XRISM proje yöneticisi Lillian Reichenthal, “Devreye alma sürecinin bitiminden önce bile, Resolve zaten beklentilerimizi aşıyor” dedi. “Hedefimiz cihazla 7 elektron voltluk spektral çözünürlük elde etmekti, ancak artık yörüngede olduğuna göre 5 elektron volta ulaşıyoruz. Bu, XRISM’in yakaladığı her spektrumla daha da ayrıntılı kimyasal haritalar elde edeceğimiz anlamına geliyor.”

Resolve olağanüstü bir performans sergiliyor ve dedektörünü kaplayan açıklık kapısıyla ilgili bir soruna rağmen halihazırda heyecan verici bir bilim yürütüyor. Dedektörü fırlatmadan önce korumak için tasarlanan kapı, birkaç denemeden sonra planlandığı gibi açılmadı. Kapı, düşük enerjili X ışınlarını engelleyerek görevi planlanan 300 elektron volta kıyasla 1.700 elektron voltta etkili bir şekilde kesiyor. XRISM ekibi anormalliği keşfetmeye devam edecek ve kapıyı açmak için farklı yaklaşımları araştırıyor. Xtend cihazı etkilenmez.

NASA’nın XRISM Genel Gözlemci TesisiGoddard’da ev sahipliği yapan XRISM, 4 Nisan Perşembe gününe kadar ABD ve Kanada kurumlarının üyelerinin gözlem tekliflerini kabul ediyor. XRISM Genel Gözlemci araştırmalarının 1. Döngüsü 2024 yazında başlayacak.

XRISM, ESA’nın katılımıyla JAXA ve NASA arasında ortak bir görevdir. NASA’nın katkısı Kanada Uzay Ajansı’nın bilim katılımını da içeriyor.