日本XRISM探測器將探索宇宙熱區(qū)的秘密

日本X射線成像和光譜任務(wù)（XRISM）探測器計(jì)劃于8月26日發(fā)射。屆時(shí)它將為天文學(xué)家觀測超新星、黑洞周圍以及星系團(tuán)內(nèi)部熱氣體提供前所未有的視野。

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據(jù)《科學(xué)》報(bào)道，XRISM探測器是日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）與美國國家航空航天局（NASA）合作的成果，它裝有NASA開發(fā)的低溫高分辨率X射線光譜儀，用于克服X射線望遠(yuǎn)鏡長期以來面臨的挑戰(zhàn)：像棱鏡分離可見光一樣分離X射線的波長。

“XRISM是一種全新的探測器?！庇习财疹D大學(xué)的天體物理學(xué)家Poshak Gandhi說，詳細(xì)的X射線光譜將使研究人員不僅能夠看到熱氣體，還能發(fā)現(xiàn)它們的組成和運(yùn)動(dòng)方式。

由于地球大氣層阻擋了X射線，天文學(xué)家必須到達(dá)太空才能看到它們。即使在那里，制作X射線圖像也極具挑戰(zhàn)性。因?yàn)槠胀ü庾V儀很難處理X射線，尤其是來自長光源的高能光子。但在20世紀(jì)90年代，NASA戈達(dá)德太空飛行中心的工程師開發(fā)了一種稱為微熱量計(jì)的芯片傳感器，它可以測量與波長密切相關(guān)的單個(gè)X射線光子的能量。

日本的Hitomi望遠(yuǎn)鏡就搭載了一個(gè)微熱量計(jì)，但其在2016年因致命旋轉(zhuǎn)而解體。在解體之前，Hitomi曾對英仙座星系團(tuán)和其他一些物體進(jìn)行了開創(chuàng)性的觀測。

英仙座星系團(tuán)是宇宙中質(zhì)量最大的天體之一，由數(shù)千個(gè)星系組成。利用Hitomi的微熱量計(jì)，研究人員能夠在氣體的X射線輝光中看到前所未有的細(xì)節(jié)。他們發(fā)現(xiàn)了顯示特定元素的尖峰，表明了哪種類型的超新星將重元素噴射到太空中。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，英仙座星系團(tuán)的氣體出奇地安靜，而不是理論家預(yù)測的大漩渦。XRISM的首要任務(wù)之一就是觀察其他星系團(tuán)，看看英仙座星系團(tuán)是一個(gè)特例還是常態(tài)。XRISM的首席研究員、日本埼玉大學(xué)的Makoto Tashiro說：“這是Hitomi給我們留下的作業(yè)?！?/p>

除了星系團(tuán)，XRISM還將研究圍繞超新星殘余和黑洞旋轉(zhuǎn)的熱氣體，包括星系中心的超大質(zhì)量黑洞和從伴星吸收物質(zhì)的恒星質(zhì)量黑洞?！坝肵射線望遠(yuǎn)鏡在宇宙中發(fā)現(xiàn)黑洞是非常容易的?！盙andhi說。

JAXA一直在努力確保價(jià)值1.9億美元的XRISM不會(huì)重蹈前任的覆轍。它有一個(gè)改進(jìn)的姿態(tài)控制系統(tǒng)、重新設(shè)計(jì)的冷卻劑管道，以及一個(gè)備用機(jī)械冷卻器，可以讓其在氦氣耗盡后仍能繼續(xù)工作。

XRISM也為處于艱難時(shí)期的X射線天文學(xué)帶來了光明。該領(lǐng)域很大程度上依賴于兩個(gè)旗艦任務(wù)——NASA的錢德拉X射線天文臺和歐洲航天局的XMM-牛頓衛(wèi)星，但這兩個(gè)任務(wù)都已超過20年歷史，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它們的設(shè)計(jì)壽命。

錢德拉X射線中心主任Pat Slane說，錢德拉過濾器上的沉積物正在降低其靈敏度，閃亮的隔熱層正在退化，導(dǎo)致過熱。而XMM-牛頓的探測器也在老化，歐洲航天局的研究小組希望能制造出足夠的冷卻劑，使其維持到2030年。

而XRISM不是像錢德拉和XMM-牛頓那樣的通用機(jī)器。Williams說，它“將是本世紀(jì)20年代主要的X射線任務(wù)。”

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