În afara biroului lui Hiroya Yamaguchi este o tablă plină de stele care explodează, diagrame de nave spațiale și linii spectrale. Imprimările A4 ascund aproape tot spațiul liber, cu excepția unui mic colț în care mâzgălește ocazional cu cretă albă. Chiar acum, Yamaguchi, profesor asociat la Institutul Japonez de Astronautică și Astronautică, stă în fața acestei table, cu fața mea.
Îmi dă un curs intensiv în Misiunea de imagistică și spectroscopie cu raze X, sau XRISM, un parteneriat între NASA, Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială (JAXA) și Agenția Spațială Europeană (ESA). Primul lucru pe care l-am aflat a fost că spuneam greșit numele telescopului tot timpul. Din fericire, de cele mai multe ori repetam fraza incorectă „ex-riz-um” în capul meu. De fapt, se pronunță „criz-um”.
Al doilea este că acest telescop spațial a fost lansat pe 6 septembrie 2023 și poartă cea mai mare greutate dintre toate: anticiparea.
Legate de: JAXA și NASA dezvăluie primele imagini de la telescopul spațial cu raze X XRISM
Cele două telescoape anterioare cu raze X ale Agenției Japoneze de Explorare Aerospațială, Suzaku și Hitomi, au avut probleme după lansare. Spectrograful lui Suzaku a funcționat defectuos după lansare, dar a reușit să efectueze o misiune de imagistică de un deceniu. Starea lui Hitomi a fost dezastruoasă: după ce a făcut prima sa imagine optică, nava spațială a intrat într-o rotire necontrolată și s-a despărțit. XRISM a funcționat bine până acum, spune Yamaguchi, și a oferit deja oamenilor de știință o mulțime de date de la prima lumină, în ianuarie, inclusiv câteva descoperiri pe care nimeni nu se aștepta să le găsească.
„Sunt o mulțime de surprize”, râde Yamaguchi în timp ce aruncă o privire la diferitele tipărite lipite pe tablă.
Cu toate acestea, există o mică problemă.
În primul rând, vestea bună: instrumentul principal al telescopului, un spectrometru de raze X moale cunoscut sub numele de Resolve, funcționează conform așteptărilor. Vești puțin mai proaste: ușa slotului care acoperă Resolve nu s-a deschis. Încercările multiple de deschidere a ușii – sau „supapă de poartă” – au eșuat. În ciuda rapoartelor pe care Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială (JAXA) și NASA au S-a decis să „exploateze nava spațială așa cum este pentru cel puțin 18 luni”.„Nu a fost decis oficial”, mi-a spus Yamaguchi.
Un purtător de cuvânt al NASA a confirmat: „NASA și JAXA continuă să aibă discuții în curs despre cea mai bună cale de urmat pentru a opera XRISM; principala opțiune actuală este de a colecta știință pentru următoarele 18 luni înainte de a face o altă încercare de a deschide robinetul, dar agențiile vor nu face asta.” Continuați să evaluați alternativele.”
Când ușa se închide, un curios „ce-ar fi dacă?” Se prezintă situația specialiștilor în misiune și a astronomilor cu raze X. Pe de o parte, nava spațială funcționează excelent și își arată capacitatea de a furniza o cantitate mare de date noi și interesante. Încercarea de a deschide ușa ar putea deteriora nava spațială. Pe de altă parte, deschiderea ușii ar putea schimba radical înțelegerea noastră despre univers.
Rezolvați pentru x’
Razele X oferă o modalitate de a explora unele dintre cele mai energetice fenomene din univers, dar deoarece atmosfera Pământului blochează razele X, telescoapele spațiale sunt o cerință.
„Dezvăluim structura universului”, îmi spune Aurora Simionescu, astrofizician la Institutul de Cercetări Spațiale din Țările de Jos. „Asta fac razele X.”
În prezent există mai mult de o duzină de telescoape cu raze X în spațiu, inclusiv Observatorul Chandra al NASA, unul dintre așa-numitele observatoare majore și poate cel mai faimos pentru Vederi incredibile Am fost introdus în universul cu raze X. Cu capacitatea sa de a vedea cele mai detaliate spectre de raze X până în prezent, XRISM speră să creeze o moștenire similară. Cu toate acestea, Yamaguchi subliniază că, deși Chandra și XRISM observă aceeași parte a spectrului electromagnetic, ar trebui să facă acest lucru în moduri diferite. Aceasta se întoarce la hardware-ul de bord.
Soluția este ceea ce este cunoscut sub numele de microspectrometru. Detectorul transformă razele X în căldură, măsurând schimbări minuscule de temperatură – vorbim de schimbări în milikelvin – pentru a determina numărul și energia razelor X observate care provin dintr-o anumită regiune a spațiului. Energia este măsurată în electroni volți (eV).
Prin urmare, dispozitivul trebuie răcit la doar câteva grade peste zero absolut. Aceasta este chiar mai rece decât radiația cosmică de fond cu microunde, care este radiația rămasă de la începutul timpului. Această radiație este larg răspândită în universul nostru, chiar și acum Ascuns de ochii oamenilor Din cauza cât de absolut frig este. „Practic, ești de aproximativ 30 de ori mai rece decât cea mai rece parte a spațiului cosmic”, spune Simionescu. Efectul de răcire extrem este obținut prin mijloace chimice și mecanice.
Chandra folosește un stil diferit de detector de raze X, care prezintă o serie de dispozitive cuplate la sarcină sau CCD-uri. Acest lucru transformă fotonii de raze X în electroni, mai degrabă decât în căldură.
Măsurarea energiei este deosebit de utilă, deoarece puteți reprezenta numărul de raze X care vă lovesc telescopul în raport cu nivelul lor de energie, creând ceea ce cercetătorii numesc un „spectru”. Soluția XRISM are un avantaj în acest caz. Este capabil să măsoare energii de aproximativ 20 până la 30 de ori mai mari decât Chandra și cu o mai mare precizie. „Acest lucru permite XRISM să studieze mai detaliat fizica atomică și structura vitezei surselor de raze X”, spune Patrick Slane, directorul Centrului de raze X Chandra.
Cu toate acestea, Chandra are propriile sale avantaje. Slane spune că este, de asemenea, făcut din oglinzi cu raze X de cea mai înaltă calitate realizate vreodată, ceea ce înseamnă că calitatea imaginii sale o depășește cu mult pe cea a XRISM. Cheia aici este că oglinzile îi conferă lui Chandra o rezoluție unghiulară de 0,5 secunde de arc, permițându-i lui Chandra să distingă obiectele apropiate unele de altele de pe cer. Compară asta cu XRISM, care are o rezoluție unghiulară de 1,7 sec. arcminute.
Datorită acestei performanțe inginerești, Slane spune că Chandra poate identifica sursele punctuale de raze X de aproximativ 200 de ori mai ușor decât XRISM. În termeni practici, acest lucru face ca telescopul NASA să fie extrem de util pentru focalizarea pe acele surse punctuale – ținte îndepărtate, mai mici, cum ar fi stele neutronice, planete și comete. XRISM este util pentru „întinderea” țintelor, cum ar fi răspândirea gazului între și în interiorul galaxiilor.
Ceea ce ne aduce în sfârșit la supapa cu poartă XRISM: ușa închisă împiedică efectiv razele X cu energie scăzută să ajungă la detector. De acum, telescopul continuă să exploreze lumea razelor X de înaltă energie, deoarece acele lungimi de undă nu sunt afectate de problema porții – de fapt, atât Yamaguchi, cât și Simionescu spun că deja produce rezultate impresionante la energii mai mari.
Dar dacă ușa rămâne blocată pentru totdeauna, oamenii de știință vor trebui să se confrunte cu părți ale universului care sunt inaccesibile… cel puțin, până când apare un alt telescop cu raze X, care va fi probabil misiunea Athena la mijlocul anilor 2030.
XRISMgate
Supapa de poartă a fost proiectată pentru a menține un vid aproape în interiorul criostatului telescopului – frigiderul care asigură ca instrumentele sale să rămână extrem de reci – în timp ce XRISM a fost centrat pe sol.
Odată ce telescopul este pe orbită, menținerea acestui tip de vid nu va fi o problemă. În spațiu, spațiul însuși creează vidul. Din acest motiv, supapa de deschidere este proiectată să se deschidă într-un proces în două etape după eliberare, printr-un set de actuatoare. Pe scurt, dispozitivele de acționare alunecă înapoi pentru a permite deschiderea ușii – formată dintr-o fereastră din beriliu și plasă de oțel. Acest lucru nu sa întâmplat.
Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială a încercat să deschidă dispozitivul în trei ocazii diferite, dar nu s-a clintit. Următoarea încercare va fi mai riscantă, deoarece ar putea necesita ca nava spațială să se încălzească de la temperaturi și vibrații extrem de scăzute. obiectivul? Deplasarea forțată a motoarelor. Acesta este un risc pe care agențiile spațiale care lucrează la XRISM vor trebui să-l evalueze. Cu robinetul închis, ei salvează de fapt datele bancare. Sunt date foarte bune.
„Cel mai frumos lucru este când te uiți la date și nu arată ca ceea ce te așteptai – și asta se întâmplă cu datele XRISM actuale”, spune Simionescu.
Totuși, aceasta este încă o pauză dificilă pentru Simionescu. Ea este interesată în special de studierea razelor X din „atmosfere galactice” – lucrurile pe care XRISM este proiectat să le privească cu o supapă cu poartă deschisă. Cu portalul închis, acea parte a lumii cu raze X rămâne închisă. Ea este complet de acord cu decizia de a nu risca să încerce să deschidă portalul – cel puțin deocamdată. Dar asta nu înseamnă că nu este dureros, știind ce ar putea fi.
„Sunt foarte trist că nu putem vedea sub 2 keV”, spune Simonescu.
Și ce ar putea fi dedesubt?
Unele telescoape spațiale cu raze X, cum ar fi XMM-Newton de la Agenția Spațială Europeană, pot vedea raze X cu energie mai mică, până la mai puțin de 2 keV. De exemplu, Clusterul Coma, care conține mai mult de 1.000 de galaxii, a fost observat la energii de până la 0,3 keV. Un alt instrument XRISM, Xtend, este, de asemenea, capabil să atingă energii inferioare. Dar acestea sunt și detectoare CCD și nu sunt utile pentru obținerea spectrelor.
Cu excepția XRISM, niciun telescop cu raze X care orbitează Pământul nu are capacitatea de a privi prin obiecte „extinse” la energii joase la rezoluție înaltă, ceea ce este deosebit de important pentru munca lui Simionescu.
În timpul unui apel online, ea a distribuit o imagine cu raze X cu câmp larg a lui M87, Prima gaură neagră fotografiată de oameni cu lumină vizibilă. Era poza Taiat de Chandra În 2019.
„Acesta este lucrul meu preferat din lume”, spune ea entuziasmată.
Spațiul care înconjoară această gaură neagră este un vortex. Indicatorul lui Simionescu sare în jurul cerului indicând jetul masiv care emană din gaura neagră, precum și regiuni de gaz dens și un filament lung care se extinde în ani-lumină în univers. Ea descrie un grafic al spectrelor pe care Chandra le-a observat în M87 – toate sub 2 keV – și observă că toate sunt linii de emisie „foarte masive” de oxigen, neon, nichel și alte gaze.
Odată cu deschiderea portalului, asta se va schimba.
„Puteți ști compoziția gazului, cum este mutat, cum este împins afară de gaura neagră – toate informațiile pe care nu le puteți obține în acest moment”, spune ea.
Este interesant să ne gândim la saltul înainte cu XRISM pe fundalul incertitudinii din jurul misiunii Chandra a NASA.
Din păcate, domeniul astronomiei cu raze X ar putea fi fără Chandra în viitorul apropiat. Operațiunile telescopului spațial, care funcționează de 25 de ani, se confruntă cu reduceri majore de buget în 2024. spun astronomii Bugetul propus ar elimina misiunea.
„Dacă Chandra este anulată, vom pierde o resursă extraordinară pentru toată astrofizica modernă”, spune Slane.
Ar fi un final ignominios al marelui observator, care rămâne neprețuit pentru descoperirile viitoare, inclusiv pentru munca alături de XRISM. Dacă JAXA își deschide ușa, Chandra va fi un instrument important pentru urmărirea observațiilor XRISM.
Între timp, fantomele lui Suzaku și Hitomi vor zăbovi până la următoarea încercare de a deschide ușa. În acest moment, domeniul astronomiei cu raze X este încântat de ceea ce urmează. Cel mai rău scenariu nu este chiar atât de rău, în funcție de modul în care îl privești.
„Colectăm date uimitoare pe care nimeni nu le-a putut obține până acum”, spune Simonescu. „Toate spectrele sunt absolut uimitoare.”
„Mândru pasionat al rețelelor sociale. Savant web fără scuze. Guru al internetului. Pasionat de muzică de-o viață. Specialist în călătorii.”
More Stories
Simulările pe supercomputer dezvăluie natura turbulenței în discurile de acumulare a găurilor negre
Trăiește cu anxietate: sfaturi de specialitate despre cum să accepti o afecțiune de sănătate mintală
Noile cercetări asupra unei falii masive de tracțiune sugerează că următorul cutremur mare ar putea fi iminent