XRISM is een samenwerkingsmissie tussen Japan, NASA en de European Space Agency (ESA), en de geavanceerde instrumenten ervan zullen een revolutie teweegbrengen in de röntgenastronomie en ongekend inzicht verschaffen in de heetste en meest massieve structuren in het universum. Het door Japan geleide XRISM-observatorium (X-ray Imaging and Spectroscopie Mission) heeft voor het eerst de ongekende gegevens vrijgegeven die het zal verzamelen wanneer het later dit jaar met wetenschappelijke activiteiten begint.

Het wetenschappelijke team van de satelliet heeft snapshots vrijgegeven van een cluster van sterrenstelsels die uit honderden sterrenstelsels bestaat, evenals een spectrum van stellaire overblijfselen in een nabijgelegen sterrenstelsel, waardoor wetenschappers een gedetailleerd inzicht kregen in de chemische samenstelling ervan.

XRISM's Resolve-instrument heeft gegevens vastgelegd van supernova-overblijfsel N132D in de Grote Magelhaense Wolk en produceerde daarmee het meest gedetailleerde röntgenspectrum dat ooit voor het object is geproduceerd. Het spectrum vertoont pieken geassocieerd met silicium, zwavel, argon, calcium en ijzer. De inzet aan de rechterkant is een N132D-afbeelding gemaakt door XRISM's Xtend-instrument. Bron: JAXA/NASA/XRISMResolve en Xtend

XRISM-missiedetails

"XRISM zal de internationale wetenschappelijke gemeenschap nieuwe mogelijkheden bieden om in de verborgen röntgenhemel te kijken", zegt Richard Kelley, hoofdonderzoeker van de Amerikaanse XRISM bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "We zullen niet alleen röntgenfoto's van deze bronnen kunnen zien, we zullen ook hun samenstelling, beweging en fysieke toestand kunnen bestuderen."

XRISM (uitgesproken als "crism") wordt geleid door de Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) in samenwerking met de National Aeronautics and Space Administration (NASA), met bijdragen van de European Space Agency (ESA). Het wordt gelanceerd op 6 september 2023.

Supernova-overblijfsel N132D bevindt zich in het centrale deel van de Grote Magelhaense Wolk, een dwergstelsel op ongeveer 160.000 lichtjaar afstand. XRISM's Xtend heeft dit overblijfsel vastgelegd op röntgenfoto's, zoals weergegeven in de inzet. N132D heeft op het breedste punt een doorsnede van ongeveer 75 lichtjaar. Hoewel zeer helder in röntgenstraling, is het stellaire overblijfsel nauwelijks zichtbaar in achtergrondopnamen vanaf de grond, gemaakt met optisch licht. Bron: Illustratie, JAXA/NASA/XRISMXtend; Achtergrond, C. Smith, S. Points, MCELS Group en NOIRLAb/NSF/AURA

Het is ontworpen om röntgenstraling met energieën tot 12.000 elektronvolt te detecteren en zal de heetste gebieden, grootste structuren en objecten met de sterkste zwaartekracht in het universum bestuderen. Ter vergelijking: zichtbaar licht heeft een energie van 2 tot 3 elektronvolt.

Instrumenten en vroege resultaten

De missie heeft twee instrumenten, Resolve en Xtend, elk gelegen in het brandpunt van een röntgenspiegelsamenstel ontworpen en gebouwd door Goddard.

"Resolve" is een microcalorimeterspectrometer die gezamenlijk is ontwikkeld door NASA en de Japan Aerospace Exploration Agency. Het werkt in een container met vloeibaar helium ter grootte van een koelkast, bij temperaturen die slechts een fractie van een graad boven het absolute nulpunt liggen.

Wanneer röntgenstralen de 6×6 pixeldetector van Resolve raken, warmt het apparaat op en is de hoeveelheid temperatuurstijging gerelateerd aan de energie van de röntgenstralen. Door de energie van elke röntgenstraal te meten, kan het instrument voorheen onbereikbare informatie over de stralingsbron verschaffen.

XRISM's Xtend-imager verzamelde deze momentopname van supernova-overblijfsel N132D. Het uitdijende overblijfsel is naar schatting ongeveer 3000 jaar oud en ontstond toen een ster met een massa van ongeveer 15 keer de massa van de zon geen brandstof meer had, instortte en explodeerde. N132D heeft op het breedste punt een doorsnede van ongeveer 75 lichtjaar. Bron: JAXA/NASA/XRISMXtend

Het taakteam gebruikte "Resolve" om N132D te bestuderen. N132D is een supernova-overblijfsel en een van de helderste röntgenbronnen in de Grote Magelhaense Wolk. Het uitdijende overblijfsel is naar schatting ongeveer 3000 jaar oud en ontstond toen een ster met een massa van ongeveer 15 keer de massa van de zon geen brandstof meer had, instortte en explodeerde.

Het "opgeloste" spectrum vertoont pieken die verband houden met silicium, zwavel, calcium, argon en ijzer. Het is het meest gedetailleerde röntgenspectrum dat ooit van dit object is verkregen, wat de ongelooflijke wetenschap aantoont die de missie zal bereiken wanneer deze later in 2024 normaal zal gaan functioneren.

‘Deze elementen werden gevormd in de oorspronkelijke ster en vervolgens uitgestoten toen deze als een supernova explodeerde’, zegt Brian Williams, NASA’s XRISM-projectwetenschapper bij Goddard. ‘Resolve zal ons in staat stellen de vorm van deze lijnen als nooit tevoren te zien, waardoor we niet alleen de overvloed aan verschillende elementen, maar ook hun temperaturen, dichtheden en bewegingsrichtingen met ongekende precisie kunnen bepalen. Hieruit kunnen we informatie over de oorspronkelijke ster en de explosie samenvoegen.’

XRISM's Xtend-instrument heeft de sterrenstelselcluster Abell 2319 vastgelegd in röntgenstralen, hier weergegeven in paars, met een witte rand die het bereik van de detector voorstelt. De achtergrond is een afbeelding van de grond die het gebied in zichtbaar licht laat zien. Beeldbron: JAXA/NASA/XRISMXtend; Achtergrond: DSS

Het tweede instrument van XRISM, Xtend, is een röntgencamera ontwikkeld door JAXA. Het biedt XRISM een groot gezichtsveld, waardoor het een gebied kan waarnemen dat ongeveer 60% groter is dan het gemiddelde schijnbare gebied van de volle maan.

Xtend maakte een röntgenfoto van Abell 2319, een rijke cluster van sterrenstelsels op ongeveer 770 miljoen lichtjaar afstand in het noordelijke sterrenbeeld Cygnus. Het is de vijfde helderste röntgenstelselcluster aan de hemel en ondergaat momenteel een grote fusie.

De cluster van sterrenstelsels heeft een doorsnede van 3 miljoen lichtjaar en is het hoogtepunt van het brede gezichtsveld van Xtend.

Deze samengestelde afbeelding toont supernova-overblijfsel N132D. Het maakt gebruik van gegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory (paars en groen) en de Hubble Space Telescope (rood). N132D is een van de helderste röntgenresten van de Grote Magelhaense Wolk, een nabijgelegen dwergstelsel. Bron: NASA/STSCI/CXC/SAO, behandeld door Judy Schmidt, CCBY-NC-SA

Technische uitdagingen en toekomstplannen

"Zelfs voordat het inbedrijfstellingsproces voltooid was, heeft Resolve onze verwachtingen overtroffen", zegt Lillian Reichenthal, XRISM-programmamanager bij NASA Goddard. "Ons doel was om met het instrument een spectrale resolutie van 7 elektronvolt te bereiken, maar nu het zich in een baan om de aarde bevindt, bereiken we een resolutie van 5 elektronvolt. Dit betekent dat we een meer gedetailleerde chemische kaart zullen krijgen met elk spectrum dat door XRISM wordt vastgelegd."

Ondanks problemen met de diafragmapoort van de Resolve-sonde presteert deze nog steeds goed en wordt er al spannend wetenschappelijk onderzoek gedaan. De deur was ontworpen om de detector vóór de lancering te beschermen, maar ging na meerdere pogingen niet open zoals gepland. De poort blokkeert röntgenstraling met lage energie, waardoor de missie effectief wordt afgesloten bij 1.700 elektronvolt, vergeleken met de geplande 300 elektronvolt. Het XRISM-team zal deze anomalie blijven onderzoeken en werkt aan verschillende manieren om deze deur te openen. Xtend-instrumenten worden niet beïnvloed.

NASA's XRISM General Observing Facility in Goddard accepteert tot donderdag 4 april observatievoorstellen van leden van het Amerikaanse en Canadese agentschap. Cyclus 1 van het XRISM algemene waarnemersonderzoek begint in de zomer van 2024.

XRISM is een samenwerkingsmissie tussen de Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) en de National Aeronautics and Space Administration (NASA), waarbij ESA ook betrokken is. De bijdrage van NASA omvat wetenschappelijke deelname van de Canadian Space Agency.

Samengestelde bron: ScitechDaily