日本XRISM探测器将探索宇宙热区的秘密

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日本XRISM探测器将探索宇宙热区的秘密

2023-08-26 18:01:05 来源：中国科学报

日本X射线成像和光谱任务（XRISM）探测器计划于8月26日发射。届时它将为天文学家观测超新星、黑洞周围以及星系团内部热气体提供前所未有的视野。

据《科学》报道，XRISM探测器是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）与美国国家航空航天局（NASA）合作的成果，它装有NASA开发的低温高分辨率X射线光谱仪，用于克服X射线望远镜长期以来面临的挑战：像棱镜分离可见光一样分离X射线的波长。

(资料图)

“XRISM是一种全新的探测器。”英国南安普顿大学的天体物理学家Poshak Gandhi说，详细的X射线光谱将使研究人员不仅能够看到热气体，还能发现它们的组成和运动方式。

由于地球大气层阻挡了X射线，天文学家必须到达太空才能看到它们。即使在那里，制作X射线图像也极具挑战性。因为普通光谱仪很难处理X射线，尤其是来自长光源的高能光子。但在20世纪90年代，NASA戈达德太空飞行中心的工程师开发了一种称为微热量计的芯片传感器，它可以测量与波长密切相关的单个X射线光子的能量。

日本的Hitomi望远镜就搭载了一个微热量计，但其在2016年因致命旋转而解体。在解体之前，Hitomi曾对英仙座星系团和其他一些物体进行了开创性的观测。

英仙座星系团是宇宙中质量最大的天体之一，由数千个星系组成。利用Hitomi的微热量计，研究人员能够在气体的X射线辉光中看到前所未有的细节。他们发现了显示特定元素的尖峰，表明了哪种类型的超新星将重元素喷射到太空中。

研究人员还发现，英仙座星系团的气体出奇地安静，而不是理论家预测的大漩涡。XRISM的首要任务之一就是观察其他星系团，看看英仙座星系团是一个特例还是常态。XRISM的首席研究员、日本埼玉大学的Makoto Tashiro说：“这是Hitomi给我们留下的作业。”

除了星系团，XRISM还将研究围绕超新星残余和黑洞旋转的热气体，包括星系中心的超大质量黑洞和从伴星吸收物质的恒星质量黑洞。“用X射线望远镜在宇宙中发现黑洞是非常容易的。”Gandhi说。

JAXA一直在努力确保价值1.9亿美元的XRISM不会重蹈前任的覆辙。它有一个改进的姿态控制系统、重新设计的冷却剂管道，以及一个备用机械冷却器，可以让其在氦气耗尽后仍能继续工作。

XRISM也为处于艰难时期的X射线天文学带来了光明。该领域很大程度上依赖于两个旗舰任务——NASA的钱德拉X射线天文台和欧洲航天局的XMM-牛顿卫星，但这两个任务都已超过20年历史，远远超过了它们的设计寿命。

钱德拉X射线中心主任Pat Slane说，钱德拉过滤器上的沉积物正在降低其灵敏度，闪亮的隔热层正在退化，导致过热。而XMM-牛顿的探测器也在老化，欧洲航天局的研究小组希望能制造出足够的冷却剂，使其维持到2030年。

而XRISM不是像钱德拉和XMM-牛顿那样的通用机器。Williams说，它“将是本世纪20年代主要的X射线任务。”

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