De XRISM-missie, geleid door het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) en ondersteund door de National Aeronautics and Space Administration (NASA) en de European Space Agency (ESA), biedt nieuwe inzichten in het universum door middel van röntgenopnamen van clusters van sterrenstelsels en supernovaresten, wat een grote vooruitgang betekent in de kosmische verkenning.

Röntgenstralen die worden uitgezonden door het grootste deel van het hete gas in het universum, onzichtbaar voor onze ogen, kunnen veel kosmische mysteries onthullen. De ‘eerste licht’-waarnemingen van dit gas door de X-ray Imaging and Spectroscopie Mission (XRISM) van het Japan Aerospace Exploration Agency zijn nu voltooid. Ze laten zien dat de missie een belangrijke rol zal spelen bij het onthullen van de evolutie van het universum en de structuur van ruimte en tijd.

De eerste testbeelden van XRISM tonen een cluster van sterrenstelsels en een supernova-overblijfsel - de buitenste schil die achterbleef nadat een massieve ster explodeerde. Bovendien meet XRISM de energie van röntgenstralen die worden uitgezonden door supernovaresten om de chemische elementen die daarin voorkomen bloot te leggen. Deze observaties demonstreren de buitengewone mogelijkheden van de twee wetenschappelijke instrumenten van XRISM. Ze werden uitgevoerd tijdens de ‘inbedrijfstellingsfase’ van de missie – een fase waarin ingenieurs alle noodzakelijke tests en inspecties uitvoeren om ervoor te zorgen dat het ruimtevaartuig zo goed mogelijk werkt. Röntgenbeelden van het heelal zijn bijzonder. Ze zien er heel anders uit dan de zichtbare en infraroodbeelden die we gewend zijn te zien, zoals die gemaakt door de James Webb Ruimtetelescoop en de Hubble Ruimtetelescoop. Omdat röntgenstraling een soort zeer energierijk licht is dat wordt uitgezonden tijdens de heetste en meest gewelddadige gebeurtenissen, kunnen ze ook unieke informatie overbrengen over de meest gewelddadige verschijnselen in het universum.

XRISM is een samenwerking tussen het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) en de National Aeronautics and Space Administration (NASA), met aanzienlijke deelname van ESA. In ruil voor het leveren van hardware en wetenschappelijk advies ontvangt ESA 8% van de beschikbare observatietijd van XRISM. Carole Mundell, directeur van de wetenschappelijke afdeling van ESA, zei: ‘Het is opwindend dat XRISM al zulke prachtige wetenschappelijke waarnemingen heeft opgeleverd, ook al is het nog niet volledig gekalibreerd. Dit toont aan dat deze missie onze wetenschappelijke gemeenschap het potentieel biedt voor baanbrekende ontdekkingen bij het bestuderen van de meest energetische verschijnselen in het universum. Ik feliciteer de technische teams van JAXA, ESA en NASA met het bereiken van deze belangrijke mijlpaal.’

XRISM Galaxy Group Abell 2319 XRISM's Xtend-instrument heeft de cluster van sterrenstelsels Abell 2319 vastgelegd in röntgenstraling, hier weergegeven in paars. De achtergrond is een afbeelding van de grond die het gebied in zichtbaar licht laat zien. Beeldbron: JAXA/NASA/XRISMXtend; Achtergrond: DSS

Deze baanbrekende afbeelding is een groothoekopname van een nabijgelegen cluster van sterrenstelsels genaamd Abell 2319. In het paars zien we röntgenlicht van gas van een miljoen graden dat tussen de sterrenstelsels in de cluster doordringt. Door dit gas te observeren, kunnen astronomen de totale massa van clusters van sterrenstelsels meten en informatie onthullen over de geboorte en evolutie van het universum.

XRISM-waarnemingen van clusters van sterrenstelsels zullen ook inzicht verschaffen in de manier waarop het universum de chemische elementen produceerde en verspreidde die we vandaag de dag op aarde aantreffen. Het hete gas in clusters van sterrenstelsels is het overblijfsel van miljarden jaren van geboorte en dood van sterren. Door de röntgenstraling van het gas te bestuderen, zal XRISM ontdekken welke ‘metalen’ (elementen zwaarder dan waterstof en helium) het gas bevat en in kaart brengen hoe het universum rijk is aan deze elementen.

Deze afbeelding van Abell 2319 is gemaakt met XRISM's Xtend-instrument, dat een CCD-camera gebruikt om uitgebreide beelden te maken van röntgenstraling uitzendende objecten en hun omgeving. Het unieke vermogen van Xtend om hele sterrenhopen in één keer vast te leggen, brengt ons begrip van de grootschalige structuur van het universum een ​​gigantische stap voorwaarts. Meer informatie.

Het Resolution-instrument van XRISM verzamelde gegevens 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

Deze kleurrijke afbeelding toont de overblijfselen van een massieve ster die explodeerde in de nabijgelegen Grote Magelhaense Wolk. Verschillende kleuren vertegenwoordigen verschillende energieën van röntgenlicht, waarbij rood de laagste energie heeft en blauw de hoogste energie.

XRISM kon met behulp van zijn Resolve-instrument Xtends beeld van het supernovarestant (rechtsboven) aanvullen om een ​​ultrahelder beeld te verkrijgen van de chemische elementen die aanwezig zijn in N132D. Op deze manier kunnen wetenschappers de exacte locatie van elk element in het supernova-overblijfsel berekenen.

XRISM kan elk element identificeren door de specifieke energie te meten van het röntgenlicht dat het uitstraalt. De afbeelding hierboven toont afzonderlijke pieken die voorheen niet van elkaar te onderscheiden waren; dit vormt de basis voor inzichten in de vorming en verspreiding van elementen in het universum die de basis vormen van sterren, planeten en het leven zelf.

Het unieke ontwerp van Resolve stelt ons ook in staat de temperatuur, dichtheid en beweging van het hete, röntgenstraling uitzendende gas in dit supernova-overblijfsel gedetailleerder dan ooit tevoren te onderzoeken. Dit zal precies onthullen hoe het overblijfsel met zijn omgeving omgaat, evenals de aard van de explosie die het in de eerste plaats heeft veroorzaakt.

De X-ray Imaging and Spectroscopie Mission (XRISM) van het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) is op 7 september 2023 om 08:42 uur Japanse tijd/00:42 Beijing tijd/01:42 Amerikaanse centrale tijd met een H-IIA-raket opgestegen vanaf het Japanse Tanegashima Space Center. De succesvolle lancering markeert het begin van een ambitieuze missie om de groei van clusters van sterrenstelsels en de chemische samenstelling van de heelal en de uitersten van ruimte en tijd. Bron afbeelding: JAXA

Wat heeft JAXA sinds de lancering gedaan?

XRISM werd op 6 september gelanceerd. Sindsdien hebben ingenieurs en wetenschappers van JAXA hard gewerkt om de telescoop gereed te maken voor wetenschappelijk onderzoek. Dit omvat het inschakelen en testen van de twee instrumenten van XRISM: Xtend en Resolve.

Het ruimtevaartuig verkeert momenteel in goede staat. Onderzoeken van systemen aan boord, zoals de systemen die de stroomvoorziening, de oriëntatie van ruimtevaartuigen en de communicatie met de aarde regelen, bevestigden dat ze werkten zoals gepland. De door ESA geleverde hardware werd al vroeg in de inbedrijfstellingsfase getest en werkte allemaal zoals verwacht.

Het Xtend-instrument werkt briljant. Ook het instrument "Resolve" presteert goed. De energieresolutie – een belangrijke wetenschappelijke prestatiemaatstaf – overtreft zelfs de vereisten. Ingenieurs zijn er echter nog niet in geslaagd het filter te openen dat de detector bedekt, dat is ontworpen om de detector vóór en tijdens de lancering te beschermen. Er worden momenteel pogingen ondernomen om het probleem op te lossen, maar het XRISM-team heeft besloten dat geplande wetenschappelijke observaties ervan moeten uitgaan dat het filter op zijn plaats blijft. Het N132D-energiespectrum laat zien dat baanbrekend wetenschappelijk onderzoek nog steeds mogelijk is.

XRISM zal het röntgenlicht van het universum bestuderen met een ongekende combinatie van lichtverzamelend vermogen en energieresolutie (het vermogen om röntgenstralen met verschillende energieën te onderscheiden). De missie zal een beeld geven van vele onderwerpen, waaronder de dynamiek van clusters van sterrenstelsels, de chemische samenstelling van het universum en de stroom van materie rond het aangroeien van superzware zwarte gaten (actieve galactische kernen, of AGN's). Bron afbeelding: ESA

Wat is het volgende?

De debugfase van de ruimtevaartuigen eindigt eind januari. In februari zal JAXA beginnen met het kalibreren van het instrument en het demonstreren van de mogelijkheden ervan.

Als onderdeel van een publiek observatieprogramma dat openstaat voor wetenschappers over de hele wereld, zal de aan ESA toegewezen observatietijd Europese wetenschappers in staat stellen de buitengewone wetenschappelijke kansen te grijpen die worden geboden door de ongekende spectroscopische capaciteiten van Resolution met hoge resolutie. Wetenschappers zijn uitgenodigd om voorstellen in te dienen voor observaties waarmee ze in augustus 2024 willen beginnen. De deadline is 4 april 2024.

Door een grote röntgentelescoop te combineren met de modernste wetenschappelijke instrumenten, zal de Athena-telescoop belangrijke vragen in de astrofysica oplossen, zoals: hoe en waarom assembleert gewone materie zich tot hemellichamen? Hoe en waarom gewone materie zich verenigt tot de structuren die we vandaag de dag zien (sterrenstelsels, groepen en clusters van sterrenstelsels) Beeldbron: ESA

Matteo Guainazzi, ESA's XRISM-projectwetenschapper, zei: "Deze eerste lichtbeelden laten zien dat XRISM zijn belofte waarmaakt om een ​​nieuw tijdperk in te luiden van beeldspectroscopie met hoge resolutie van de hete gassen van het universum. Wetenschappers uit de lidstaten van ESA worden van harte aangemoedigd om de unieke kans te grijpen die XRISM biedt en voorstellen in te dienen voor waarnemingen met deze prachtige telescoop."

Waarnemingen met behulp van XRISM zullen de waarnemingen van ESA's XMM-Newton röntgentelescoop aanvullen en een goede basis leggen voor het observatieplan van ESA's toekomstige grootschalige missie "New Athena". Dit laatste is ontworpen om de wetenschappelijke prestaties van bestaande spectroscopische en röntgenobservatoria aanzienlijk te overtreffen.

Samengestelde bron: ScitechDaily