Vor Hiroya Yamaguchis Büro steht eine Tafel voller explodierender Sterne, Raumschiffdiagramme und Spektrallinien. Die A4-Ausdrucke verdecken fast den gesamten freien Platz, bis auf eine kleine Ecke, in der er gelegentlich mit weißer Kreide kritzelt. Im Moment steht Yamaguchi, außerordentlicher Professor am Japan Institute of Astronautics und Astronautics, vor dieser Tafel und sieht mich an.
Er gibt mir einen Crashkurs in der X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission oder XRISM, einer Partnerschaft zwischen der NASA, der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Das erste, was ich lernte, war, dass ich den Namen des Teleskops ständig falsch aussprach. Zum Glück wiederholte ich in meinem Kopf größtenteils den falschen „Ex-riz-um“-Satz. Eigentlich wird es „criz-um“ ausgesprochen.
Das zweite ist, dass dieses Weltraumteleskop am 6. September 2023 gestartet wurde und das größte Gewicht von allen in sich trägt: Vorfreude.
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Die beiden früheren Röntgenteleskope der Japan Aerospace Exploration Agency, Suzaku und Hitomi, hatten nach dem Start Probleme. Suzakus Spektrograph versagte nach dem Start, konnte aber eine jahrzehntelange Bildgebungsmission durchführen. Hitomis Zustand war katastrophal: Nach der Aufnahme des ersten optischen Bildes geriet die Raumsonde in eine unkontrollierte Drehung und spaltete sich. Laut Yamaguchi hat XRISM bisher gute Leistungen erbracht und Wissenschaftlern bereits seit dem ersten Tageslicht im Januar eine Fülle von Daten geliefert, darunter auch einige Entdeckungen, mit denen niemand gerechnet hatte.
„Es gibt viele Überraschungen“, lacht Yamaguchi, während er einen Blick auf die verschiedenen Ausdrucke wirft, die an der Tafel befestigt sind.
Allerdings gibt es ein kleines Problem.
Zunächst die gute Nachricht: Das Hauptinstrument des Teleskops, ein weiches Röntgenspektrometer namens Resolve, funktioniert wie erwartet. Etwas schlechtere Neuigkeiten: Die Slot-Tür, die Resolve verdeckt, ließ sich nicht öffnen. Mehrere Versuche, die Tür – oder den „Absperrschieber“ – zu öffnen, schlugen fehl. Trotz Berichten der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der NASA Es wurde beschlossen, „das Raumschiff mindestens 18 Monate lang so zu betreiben, wie es ist“.„Es wurde noch nicht offiziell entschieden“, sagte mir Yamaguchi.
Ein NASA-Sprecher bestätigte: „NASA und JAXA diskutieren weiterhin über den besten Weg für den Betrieb von XRISM; die derzeitige Hauptoption besteht darin, für die nächsten 18 Monate wissenschaftliche Erkenntnisse zu sammeln, bevor ein weiterer Versuch unternommen wird, den Absperrschieber zu öffnen, aber die Agenturen werden dies tun.“ das nicht tun.“ Prüfen Sie weiterhin Alternativen.“
Als sich die Tür schließt, ertönt ein neugieriges „Was wäre wenn?“ Die Situation für Missionsspezialisten und Röntgenastronomen stellt sich dar. Einerseits funktioniert die Raumsonde großartig und zeigt ihre Fähigkeit, eine große Menge neuer und aufregender Daten zu liefern. Der Versuch, die Tür zu öffnen, könnte das Raumschiff beschädigen. Andererseits könnte das Öffnen der Tür unser Verständnis des Universums radikal verändern.
Nach x auflösen
Röntgenstrahlen bieten eine Möglichkeit, einige der energiereichsten Phänomene im Universum zu erforschen, aber da die Erdatmosphäre Röntgenstrahlen blockiert, sind Weltraumteleskope erforderlich.
„Wir enthüllen die Struktur des Universums“, sagt mir Aurora Simionescu, Astrophysikerin am Niederländischen Institut für Weltraumforschung. „Das ist es, was Röntgenstrahlen bewirken.“
Derzeit gibt es mehr als ein Dutzend Röntgenteleskope im Weltraum, darunter das Chandra-Observatorium der NASA, eines der sogenannten großen Observatorien und vielleicht das berühmteste Unglaubliche Ansichten Ich wurde in das Röntgenuniversum eingeführt. Mit seiner Fähigkeit, die bisher detailliertesten Röntgenspektren zu sehen, hofft XRISM, ein ähnliches Vermächtnis zu schaffen. Yamaguchi weist jedoch darauf hin, dass Chandra und XRISM zwar denselben Teil des elektromagnetischen Spektrums beobachten, dies jedoch auf unterschiedliche Weise tun sollen. Dies hängt von der Onboard-Hardware ab.
Die Lösung ist ein sogenanntes Mikrospektrometer. Der Detektor wandelt die Röntgenstrahlen in Wärme um und misst winzige Temperaturänderungen – wir sprechen von Änderungen in Millikelvin –, um die Anzahl und Energie der beobachteten Röntgenstrahlen aus einer bestimmten Region des Weltraums zu bestimmen. Energie wird in Elektronenvolt (eV) gemessen.
Daher muss das Gerät nur auf wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Diese ist noch kälter als die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, also die Strahlung, die vom Anfang der Zeit übrig geblieben ist. Diese Strahlung ist auch heute noch in unserem gesamten Universum weit verbreitet Vor menschlichen Augen verborgen Weil es so kalt ist. „Im Grunde ist es etwa 30-mal kälter als im kältesten Teil des Weltraums“, sagt Simionescu. Der extreme Kühleffekt wird durch chemische und mechanische Mittel erreicht.
Chandra verwendet einen anderen Röntgendetektortyp, der über eine Reihe ladungsgekoppelter Geräte oder CCDs verfügt. Dadurch werden Röntgenphotonen in Elektronen und nicht in Wärme umgewandelt.
Die Messung der Energie ist besonders nützlich, da Sie die Anzahl der auf Ihr Teleskop treffenden Röntgenstrahlen im Verhältnis zu deren Energieniveau aufzeichnen und so das erzeugen können, was Forscher als „Spektrum“ bezeichnen. Hier hat die XRISM-Lösung einen Vorteil. Es ist in der Lage, Energien zu messen, die etwa 20 bis 30 Mal höher als Chandra sind, und das mit größerer Genauigkeit. „Dadurch kann XRISM die Atomphysik und Geschwindigkeitsstruktur von Röntgenquellen detaillierter untersuchen“, sagt Patrick Slane, Direktor des Chandra X-ray Center.
Allerdings hat Chandra seine eigenen Vorteile. Laut Slane besteht es außerdem aus den hochwertigsten Röntgenspiegeln aller Zeiten, was bedeutet, dass seine Bildqualität die von XRISM bei weitem übertrifft. Der Schlüssel dazu liegt darin, dass die Spiegel Chandra eine Winkelauflösung von 0,5 Bogensekunden verleihen, wodurch Chandra zwischen nahe beieinander liegenden Objekten am Himmel unterscheiden kann. Vergleichen Sie das mit XRISM, das eine Winkelauflösung von 1,7 Bogensekunden hatProtokoll.
Dank dieser technischen Leistung kann Chandra laut Slane punktförmige Röntgenquellen etwa 200-mal einfacher erkennen als XRISM. In der Praxis macht dies das NASA-Teleskop äußerst nützlich für die Fokussierung auf diese Punktquellen – entfernte, kleinere Ziele wie Neutronensterne, Planeten und Kometen. XRISM eignet sich zum „Ausdehnen“ von Zielen, etwa der Gasausbreitung zwischen und innerhalb von Galaxien.
Womit wir schließlich beim XRISM-Absperrschieber wären: Durch die geschlossene Tür wird verhindert, dass niederenergetische Röntgenstrahlen den Detektor erreichen. Ab sofort erforscht das Teleskop weiterhin die Welt der hochenergetischen Röntgenstrahlen, da diese Wellenlängen nicht vom Gate-Problem betroffen sind – tatsächlich sagen sowohl Yamaguchi als auch Simionescu, dass es bei höheren Energien bereits beeindruckende Ergebnisse liefert.
Aber wenn die Tür für immer stecken bleibt, müssen sich Wissenschaftler mit Teilen des Universums auseinandersetzen, die unzugänglich sind … zumindest bis ein weiteres Röntgenteleskop auf den Markt kommt, bei dem es sich wahrscheinlich um die Athena-Mission Mitte der 2030er Jahre handeln wird.
XRISMgate
Der Absperrschieber wurde entwickelt, um im Kryostat des Teleskops – dem Kühlschrank, der dafür sorgt, dass die Instrumente extrem kalt bleiben – ein nahezu Vakuum aufrechtzuerhalten, während XRISM auf dem Boden zentriert war.
Sobald sich das Teleskop im Orbit befindet, ist die Aufrechterhaltung dieses Vakuums kein Problem mehr. Im Raum erzeugt der Raum selbst die Leere. Aus diesem Grund ist der Absperrschieber so konzipiert, dass er nach der Freigabe über eine Reihe von Aktuatoren in einem zweistufigen Prozess öffnet. Kurz gesagt, die Antriebe gleiten zurück, um das Öffnen der Tür – bestehend aus einem Berylliumfenster und einem Stahlgeflecht – zu ermöglichen. Dies ist nicht geschehen.
Die Japan Aerospace Exploration Agency versuchte dreimal, das Gerät zu öffnen, aber es ließ sich nicht bewegen. Der nächste Versuch wird riskanter sein, da das Raumschiff möglicherweise von extrem niedrigen Temperaturen und Vibrationen aufgewärmt werden muss. das Ziel? Zwangsverdrängung von Motoren. Dies ist ein Risiko, das Raumfahrtagenturen, die an XRISM arbeiten, bewerten müssen. Bei geschlossenem Absperrschieber speichern sie tatsächlich die Bankdaten. Es sind sehr gute Daten.
„Das Schönste ist, wenn man sich die Daten ansieht und sie nicht so aussehen, wie man es erwartet hat – und das passiert mit aktuellen XRISM-Daten“, sagt Simionescu.
Für Simionescu ist dies jedoch immer noch ein schwieriger Durchbruch. Ihr besonderes Interesse gilt der Untersuchung von Röntgenstrahlen aus „galaktischen Atmosphären“ – den Dingen, die XRISM mit einem offenen Schieber untersuchen soll. Bei geschlossenem Portal bleibt dieser Teil der Röntgenwelt verschlossen. Sie stimmt voll und ganz der Entscheidung zu, den Versuch, das Portal zu öffnen, nicht zu riskieren – zumindest vorerst. Das heißt aber nicht, dass es nicht schmerzhaft ist, zu wissen, was sein könnte.
„Ich bin sehr traurig, dass wir nicht unter 2 keV sehen können“, sagt Simonescu.
Und was könnte darunter liegen?
Einige Röntgen-Weltraumteleskope, wie das XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation, können Röntgenstrahlen mit niedrigerer Energie bis zu weniger als 2 keV sehen. Beispielsweise wurde der Coma-Cluster, der mehr als 1.000 Galaxien enthält, bei Energien von nur 0,3 keV beobachtet. Ein weiteres XRISM-Instrument, Xtend, ist ebenfalls in der Lage, niedrigere Energien zu erreichen. Allerdings handelt es sich hierbei ebenfalls um CCD-Detektoren, die für die Spektrengewinnung nicht geeignet sind.
Mit Ausnahme von XRISM verfügt kein die Erde umkreisendes Röntgenteleskop über die Fähigkeit, bei niedriger Energie und hoher Auflösung durch „ausgedehnte“ Objekte zu blicken, was für Simionescus Arbeit besonders wichtig ist.
Während eines Online-Anrufs teilte sie ein Weitwinkel-Röntgenbild von M87, Das erste von Menschen mit sichtbarem Licht fotografierte Schwarze Loch. Es war das Bild Von Chandra abgeschnitten Im Jahr 2019.
„Das ist meine Lieblingssache auf der Welt“, sagt sie aufgeregt.
Der Raum um dieses Schwarze Loch herum ist ein Wirbel. Simionescus Indikator springt am Himmel herum und weist auf den massiven Jet hin, der vom Schwarzen Loch ausgeht, sowie auf Regionen mit dichtem Gas und einem langen, Lichtjahre langen Filament im Universum. Sie beschreibt ein Diagramm der Spektren, die Chandra in M87 beobachtet hat – alle unter 2 keV – und stellt fest, dass es sich bei allen um „sehr massive“ Emissionslinien von Sauerstoff, Neon, Nickel und anderen Gasen handelt.
Mit der Öffnung des Portals wird sich das ändern.
„Man kann die Zusammensetzung des Gases kennen, wie es sich bewegt, wie es vom Schwarzen Loch ausgestoßen wird – alles Informationen, die man derzeit nicht bekommen kann“, sagt sie.
Es ist interessant, über den Fortschritt von XRISM vor dem Hintergrund der Unsicherheit rund um die Chandra-Mission der NASA nachzudenken.
Leider könnte der Bereich der Röntgenastronomie in naher Zukunft ohne Chandra auskommen. Der Betrieb des Weltraumteleskops, der seit 25 Jahren läuft, muss im Jahr 2024 mit erheblichen Budgetkürzungen rechnen. Astronomen sagen Der vorgeschlagene Haushalt würde die Mission eliminieren.
„Wenn Chandra abgesagt wird, verlieren wir eine enorme Ressource für die gesamte moderne Astrophysik“, sagt Slane.
Es wäre ein schändliches Ende des großen Observatoriums, das für zukünftige Entdeckungen, einschließlich der Arbeit neben XRISM, von unschätzbarem Wert bleibt. Wenn JAXA seine Türen öffnet, wird Chandra ein wichtiges Werkzeug für nachfolgende XRISM-Beobachtungen sein.
In der Zwischenzeit werden die Geister von Suzaku und Hitomi bis zum nächsten Versuch, die Tür zu öffnen, verweilen. Im Moment ist die Röntgenastronomie gespannt auf das, was noch kommt. Der schlimmste Fall ist gar nicht so schlimm, je nachdem, wie man es betrachtet.
„Wir sammeln erstaunliche Daten, an die noch niemand zuvor gelangen konnte“, sagt Simonescu. „Die Spektren sind alle absolut erstaunlich.“
„Zertifizierter Unruhestifter. Freundlicher Forscher. Web-Freak. Allgemeiner Bierexperte. Freiberuflicher Student.“
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