XRISM X射线太空望远镜的第一个结果揭示了黑洞和超新星的秘密 _太空

由超大质量黑洞供电的星系中心活动区的图示。（图片来源：JAXA）
据美国太空网（Robert Lea）：日本的X射线成像和光谱学任务发射到太空不到一年后，太空望远镜的首批结果就出来了，这些结果令人震惊。
X射线望远镜，也称为XRISM，由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）运营，欧洲航天局（ESA）也参与其中。它的首次观测捕捉到了围绕超大质量黑洞旋转的物质的结构、运动和温度，以及标志着大质量恒星死亡的超新星残骸的动力学。
欧空局XRISM项目科学家Matteo Guainazzi在一份声明中表示：“这些新的观测结果为理解黑洞如何通过捕获周围物质而生长提供了关键信息，并为大质量恒星的生死提供了新的见解。” 。“它们展示了该任务在探索高能宇宙方面的卓越能力。”
观测到的超大质量黑洞周围的区域位于星系NGC 4151中，距离地球约6200万光年，与观测到的超新星N132D的残骸有一些共同之处，超新星N132M距离地球约16万光年。
它们都被称为“等离子体”的过热气体所主导。
等离子体产生高能X射线，XRISM是观测这种光的完美仪器。因此，天文学家对宇宙中最剧烈、最动荡、最强大的区域有了新的见解。
从超大质量开始
XRISM研究了螺旋星系NGC 4151中心的超大质量黑洞，以了解质量比太阳大3000万倍的宇宙泰坦是如何消耗物质的。更具体地说，航天器揭示了与这个超大质量黑洞非常接近的材料的细节。

一张图表显示了日本宇宙航空研究开发机构的XRISM X射线望远镜收集的数据，揭示了落入星系NGC 4151超大质量黑洞的物质在0.001至0.1光年宽半径范围内的分布。（图片来源：JAXA）
XRISM使天文学家能够追踪距离约0.1光年的超大质量黑洞周围的等离子体。这种物质在落入黑洞之前逐渐向内移动到大约0.001光年的距离（大约是太阳和天王星之间的距离）。
该团队特别关注铁原子的X射线特征，能够确定黑洞周围的几种结构，包括逐渐为其提供能量的吸积盘和更遥远的甜甜圈形状的气体和尘埃“圆环” 。其他仪器以前也在无线电波和红外光中观察过这些结构，但XRISM使用的技术是第一个能够确定超大质量黑洞周围等离子体的形状及其运动方式的技术。
这些数据可以极大地帮助科学家了解超大质量黑洞是如何通过贪婪地消耗周围物质来进食和生长的。
超新星状态
超新星残骸N132D比NGC 4151的超大质量黑洞更接近地球。它位于银河系的邻居矮星系——大麦哲伦星云。然而，这并不意味着该空间区域的XRISM观测结果不那么令人印象深刻或重要。
这个星际等离子体“气泡”是在XRISM看到它的时间之前大约3000年从一颗大质量恒星中喷出的（别忘了，来自这个空间区域的光需要16万年才能到达我们这里）。
以前，科学家们认为超新星的残骸会以相对简单的球形等离子体壳的形式均匀向外膨胀。使用Resolve仪器对N132D进行的XRISM观测似乎与此相矛盾，这些遗骸的形状更像一个甜甜圈。

这张图片显示了日本宇宙航空研究开发机构的XRISM X射线望远镜对超新星遗迹N132D的观测。（图片来源：JAXA）
该团队还能够使用XRISM数据来确定这种物质以每小时约260万英里的速度向外推。这大约是洛克希德·马丁公司F-16喷气式战斗机最高速度的2000倍。
这并不是这个超新星遗迹的唯一极端之处。该团队能够确定它的温度为180亿华氏度（100亿摄氏度）。相比之下，太阳的中心温度仅为2700万华氏度（1500万摄氏度）。
这样的观测可以帮助科学家更好地了解当这些恒星爆炸时，在大质量恒星中心锻造的元素是如何在宇宙中分布的。因为这些元素随后被整合到下一代恒星中，这是恒星生命和死亡循环的重要组成部分。
自2023年9月7日XRISM发射以来，其科学团队一直在努力建立其仪器的性能，并使用60个关键目标改进数据分析方法。
迄今为止，全球科学家已提交了3000多份使用XRISM进行研究的提案，其中104份已被接受。这些成功的观测项目将于明年开始，这些初步结果表明，我们还没有看到XRISM的最佳表现。
XRISM团队的两篇研究论文可在存储库网站arXiv上获得。