Invisibles a nuestros ojos, los rayos X emitidos por el gas caliente que llena gran parte del Universo pueden arrojar luz sobre muchos misterios cósmicos. Las primeras observaciones de este gas realizadas por la Misión de Espectroscopía e Imágenes de Rayos X (XRISM) de JAXA están listas y demuestran que la misión desempeñará un papel importante a la hora de revelar la evolución del Universo y la estructura del espacio-tiempo.
El observatorio de la Misión de Espectroscopía e Imágenes de Rayos X (XRISM), liderado por Japón, ha publicado sus primeros datos: una instantánea de un cúmulo de cientos de galaxias y un espectro de desechos estelares en una galaxia cercana, lo que brinda a los científicos una comprensión detallada de su composición química. . XRISM (pronunciado “crism”) está dirigido por JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón) en colaboración con la NASA, y también con la participación de la ESA (Agencia Espacial Europea). Fue lanzado el 6 de septiembre de 2023.
Richard Kelly, investigador principal de XRISM en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland: “No sólo veremos imágenes de rayos X de estas fuentes, sino que también estudiaremos su composición, movimiento y estado físico”. XRISM está diseñado para detectar rayos X con energías de hasta 12.000 electronvoltios y estudiará las regiones más calientes del Universo, las estructuras más grandes y los objetos con la gravedad más fuerte. En comparación, la energía de la luz visible es de 2 a 3 electronvoltios.
Las primeras imágenes de prueba de XRISM muestran un cúmulo de galaxias y un remanente de supernova, la capa que quedó tras la explosión de una estrella masiva. Además, XRISM midió la energía de los rayos X que emanaban del remanente de supernova para revelar los elementos químicos que contenía. Las observaciones demuestran las capacidades excepcionales de los dos instrumentos científicos de XRISM.
Resolve es un espectrómetro microcalorímetro desarrollado por la NASA y JAXA. Funciona a temperaturas de sólo una fracción de grado por encima del cero absoluto dentro de un recipiente de helio líquido del tamaño de un refrigerador. Cuando los rayos X llegan al detector de 6 por 6 píxeles de Resolve, calientan el dispositivo en una cantidad correspondiente a su energía. Al medir la energía de cada rayo X individual, el instrumento proporciona información que antes no estaba disponible sobre la fuente.
El equipo de la misión utilizó Resolve para estudiar N132D, un remanente de supernova y una de las fuentes de rayos X más brillantes en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana a unos 160.000 años luz de distancia en la constelación austral de Dorado. Se estima que los escombros en expansión tienen unos 3.000 años. Se formaron cuando una estrella con unas 15 veces la masa del Sol se quedó sin combustible y explotó.
El espectro de resolución muestra picos asociados con silicio, azufre, calcio, argón y hierro. Estos son los espectros de rayos X más detallados de un objeto jamás obtenidos. “Estos elementos se formaron en la estrella original y luego explotaron en una supernova”, dijo Brian Williams, científico del proyecto XRISM de la NASA en Goddard. “El equipo nos permitirá ver la forma de estas líneas de una manera que antes no era posible, permitiéndonos determinar no solo el contenido de los distintos elementos presentes, sino también su temperatura, densidad y direcciones de movimiento con un nivel sin precedentes. de exactitud. A partir de ahí podemos reunir información sobre la estrella original y la explosión”.
El segundo instrumento XRISM, Xtend, es un escáner de rayos X desarrollado por JAXA. Esto le da a XRISM un campo de visión más amplio, lo que le permite observar un área aproximadamente un 60% más grande que el tamaño aparente promedio de la Luna llena. Xtend capturó una imagen de rayos X de Abell 2319, un enorme cúmulo de galaxias ubicado a unos 770 millones de años luz de distancia en la constelación norteña de Cygnus. Es el quinto cúmulo de rayos X más brillante del cielo y actualmente está experimentando una importante fusión.
El cúmulo tiene 3 millones de años luz de diámetro y destaca las amplias capacidades de análisis de Xtend. Esta imagen innovadora es una vista panorámica de un cúmulo de galaxias cercano llamado Abell 2319. En violeta, vemos la luz de rayos X del gas de millones de grados que se filtra entre las galaxias del cúmulo. La observación de este gas ayuda a los astrónomos a medir la masa total de un cúmulo de galaxias, revelando información sobre el nacimiento y la evolución del universo.
“Incluso antes de que se completara el proceso de puesta en servicio, Resolve ya estaba superando nuestras expectativas”, dijo Lillian Reichenthal, gerente del proyecto XRISM de la NASA en Goddard. “Nuestro objetivo era lograr una resolución espectral de 7 electronvoltios con el instrumento, pero ahora que está en órbita estamos alcanzando 5. Esto significa que obtendremos mapas químicos aún más detallados con cada espectro obtenido por XRISM”.
Resolve funciona excepcionalmente bien y ya está produciendo ciencia apasionante, a pesar del problema con la puerta de apertura que cubre el detector. Una puerta diseñada para proteger el detector antes del inicio no logró abrirse según lo planeado después de varios intentos, bloqueando los rayos X de baja energía, deteniendo efectivamente el funcionamiento a 1.700 electronvoltios, frente a los 300 previstos.
La fase de puesta en servicio del barco finalizará a finales de enero. En febrero, JAXA comenzará a calibrar los instrumentos y a demostrar sus capacidades. El tiempo asignado por la ESA como parte de un programa de observación pública abierto a científicos de todo el mundo permitirá a los científicos europeos aprovechar las oportunidades científicas excepcionales que ofrecen las capacidades espectroscópicas de alta resolución sin precedentes de Resolve. Ya se ha invitado a los científicos a presentar propuestas de observaciones que les gustaría realizar a partir de agosto de 2024. La fecha límite es el 4 de abril de 2024.
“Estas primeras imágenes luminosas demuestran que XRISM está cumpliendo su promesa de marcar el comienzo de una nueva era en la espectroscopia de imágenes de gases calientes de alta resolución en el Universo”, afirma el científico del proyecto XRISM de la ESA, Matteo Guainazzi. “Animo calurosamente a los científicos de los Estados miembros de la ESA a aprovechar las capacidades únicas que ofrece XRISM y presentar propuestas para observaciones con este magnífico telescopio”.
Las observaciones realizadas con XRISM complementarán los datos del telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA y proporcionarán una base excelente para los estudios planificados por la futura misión de gran clase NewAthena de la ESA. Este último está diseñado para superar significativamente en capacidades científicas a los observatorios espectroscópicos y de estudio de rayos X existentes.
