La rivoluzione dell’astronomia a raggi X: la missione XRISM
La missione XRISM, frutto della collaborazione tra Giappone, NASA e ESA, si appresta a rivoluzionare l’astronomia a raggi X grazie ai suoi strumenti avanzati, offrendo una visione senza precedenti delle strutture più calde e massicce dell’universo. L’osservatorio XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), guidato dal Giappone, ha rilasciato una prima occhiata ai dati senza precedenti che raccoglierà quando le operazioni scientifiche inizieranno quest’anno.
Il team scientifico del satellite ha pubblicato un’istantanea di un ammasso di centinaia di galassie e uno spettro di detriti stellari in una galassia vicina, che fornisce agli scienziati uno sguardo dettagliato sulla sua composizione chimica.
Dettagli della missione XRISM
“XRISM fornirà alla comunità scientifica internazionale una nuova visione del cielo nascosto a raggi X”, ha affermato Richard Kelley, il principale investigatore statunitense per XRISM presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “Non solo vedremo immagini a raggi X di queste fonti, ma studieremo anche le loro composizioni, movimenti e stati fisici”.
XRISM, guidato dalla JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) in collaborazione con la NASA e con contributi dell’ESA (European Space Agency), è stato lanciato il 6 settembre 2023.
È progettato per rilevare raggi X con energie fino a 12.000 elettronvolt e studierà le regioni più calde dell’universo, le strutture più grandi e gli oggetti con la gravità più forte. Per confronto, l’energia della luce visibile è di 2-3 elettronvolt.
Strumenti e primi risultati
La missione ha due strumenti, Resolve e Xtend, ognuno al fuoco di un X-ray Mirror Assembly progettato e costruito presso il Goddard.
Resolve è uno spettrometro microcalorimetrico sviluppato dalla NASA e dalla JAXA. Funziona a solo una frazione di grado sopra lo zero assoluto all’interno di un contenitore delle dimensioni di un frigorifero pieno di elio liquido.
Quando un raggio X colpisce il rilevatore 6×6 pixel di Resolve, riscalda il dispositivo di una quantità correlata alla sua energia. Misurando l’energia di ogni singolo raggio X, lo strumento fornisce informazioni precedentemente non disponibili sulla sorgente.
Il team della missione ha utilizzato Resolve per studiare N132D, un resto di supernova e una delle fonti a raggi X più luminose nella Grande Nube di Magellano, una galassia nana a circa 160.000 anni luce di distanza nella costellazione australe del Dorado. I detriti in espansione sono stimati avere circa 3.000 anni e sono stati creati quando una stella con una massa circa 15 volte quella del Sole ha esaurito il carburante, è collassata ed è esplosa.
Lo spettro di Resolve mostra picchi associati a silicio, zolfo, calcio, argon e ferro. Questo è lo spettro a raggi X più dettagliato dell’oggetto mai ottenuto e dimostra l’incredibile scienza che la missione farà quando le operazioni regolari inizieranno più avanti nel 2024.
“Questi elementi sono stati forgiati nella stella originale e poi spazzati via quando è esplosa come supernova”, ha detto Brian Williams, scienziato del progetto XRISM della NASA presso il Goddard. “Resolve ci permetterà di vedere le forme di queste linee in un modo mai possibile prima, permettendoci di determinare non solo le abbondanze dei vari elementi presenti, ma anche le loro temperature, densità e direzioni di movimento con livelli di precisione senza precedenti. Da lì, possiamo ricomporre informazioni sulla stella originale e sull’esplosione”.
Il secondo strumento di XRISM, Xtend, è un imager a raggi X sviluppato dalla JAXA. Conferisce a XRISM un ampio campo visivo, consentendogli di osservare un’area circa il 60% più grande della dimensione apparente media della luna piena.
Xtend ha catturato un’immagine a raggi X di Abell 2319, un ricco ammasso di galassie a circa 770 milioni di anni luce di distanza nella costellazione settentrionale del Cigno. È il quinto ammasso di raggi X più luminoso nel cielo ed è attualmente in fase di un importante evento di fusione.
L’ammasso è largo 3 milioni di anni luce e mette in evidenza l’ampio campo visivo di Xtend.
Sfide tecniche e piani futuri
“Anche prima della fine del processo di messa in servizio, Resolve sta già superando le nostre aspettative”, ha detto Lillian Reichenthal, manager del progetto XRISM della NASA presso il Goddard. “Il nostro obiettivo era di raggiungere una risoluzione spettrale di 7 elettronvolt con lo strumento, ma ora che è in orbita, stiamo raggiungendo i 5. Ciò significa che otterremo mappe chimiche ancora più dettagliate con ogni spettro che XRISM cattura”.
Resolve sta funzionando eccezionalmente e sta già conducendo scienza eccitante nonostante un problema con la porta dell’apertura che copre il suo rilevatore. La porta, progettata per proteggere il rilevatore prima del lancio, non si è aperta come previsto dopo diversi tentativi. La porta blocca i raggi X a bassa energia, tagliando effettivamente la missione a 1.700 elettronvolt rispetto ai 300 pianificati. Il team XRISM continuerà a esplorare l’anomalia e sta indagando su diversi approcci per aprire la porta. Lo strumento Xtend non è influenzato.
Il NASA’s XRISM General Observer Facility, ospitato presso il Goddard, sta accettando proposte per osservazioni da parte di membri di istituzioni statunitensi e canadesi fino a giovedì 4 aprile. Il ciclo 1 delle indagini del General Observer di XRISM inizierà nell’estate del 2024.
XRISM è una missione collaborativa tra JAXA e NASA, con la partecipazione dell’ESA. Il contributo della NASA include la partecipazione scientifica dell’Agenzia Spaziale Canadese.
