Na zijn lancering op 7 september 2023 en de bijbehorende reeks testen heeft de XRISM röntgentelescoop de eerste twee wetenschappelijke artikelen opgeleverd. Het team verbaast zich over een temperatuur van tien miljard graden Celsius binnen een supernovarestant. En het heeft de binnenradius gemeten van de stofring rond een superzwaar zwart gat. In het geval van NGC 4151 blijkt die 0,1 lichtjaar te zijn. SRON heeft het filterwiel en een röntgenbron ter kalibratie van het Resolve-instrument ontwikkeld.
Supernovarestant N132D: IJzer van 10 miljard graden Celsius
N132D is het overblijfsel van een supernova op 160.000 lichtjaar afstand, in de Grote Magelhaense Wolk, waarvan het licht de Aarde drieduizend jaar geleden bereikte. Als een zware ster aan het einde van haar leven komt, sterft ze met een krachtige knal die astronomen een supernova noemen. Daarbij schiet ze haar materiaal de ruimte in met snelheden van duizenden kilometers per seconde. De resulterende schokgolf verhit die materie tot ruim een miljoen graden Celsius. Supernovae spuwen zo energie en zware elementen zoals ijzer de interstellaire ruimte in, waarmee ze stervorming en kosmische straling aanwakkeren. Uiteindelijk leidt dat tot de vorming van planeten.
De restanten van relatief recente supernovae zijn nog zichtbaar als ontploffende wolken. De exacte temperatuursverdeling binnen die restanten blijft echter een mysterie. XRISM’s Resolve spectrometer, inclusief SRON’s filterwiel, heeft nu van N132D het röntgenspectrum gemeten van ijzer. Het team leidt daaruit de temperatuur af door te kijken naar de breedte van de spectrale lijn. Hoe heter de ijzerdeeltjes, des te sneller ze vibreren, en des te groter de variatie in golflengte van het licht dat ze uitzenden. Dit komt door het Doppler-effect dat we kennen van voorbijrijdende ambulances. Volgens die analogie: Hoe sneller ambulances rijden, des te groter de variatie in tonen die we horen. Het blijkt dat de buitenste regionen van N132D relatief koel zijn, met tien miljoen graden Celsius. De binnenste ijzerkern is door de krachtige schokgolven opgewarmd tot maar liefst tien miljard graden Celsius.
Superzwaar zwart gat NGC 4151: stofdonut op 0,1 lichtjaar afstand
XRISM heeft zijn blik ook gericht op de stofring rond het superzware zwarte gat in het sterrenstelsel NGC 4151, op 62 miljoen lichtjaar afstand van de Aarde. Haar massa wordt geschat op dertig miljoen maal die van onze Zon. Superzware zwarte gaten spelen een leidende rol in het vormen van sterrenstelsels, omdat ze materie opslokken en weer uitspuwen, en ze strooien met energie die stervorming beïnvloedt. Begrip over de in- en uitstroom van materie rond zulke zwarte gaten is daarom cruciaal voor ons begrip over de evolutie van sterrenstelsels.
Het Resolve-instrument aan boord van XRISM richtte zich op de ‘moleculaire torus’—een donut van gas en stof rond het zwarte gat. De binnenkant van die donut blijkt nu op 0,1 lichtjaar afstand te liggen. De observaties leverden ook inzicht in de verdeling van materie in de accretieschijf, die nog dichter om het zwarte gat draait, in de wachtrij om opgeslokt te worden. Ook daarbij maakte het team gebruik van Doppler-effect, door te kijken naar de verbreding van de spectraallijnen. De hoge resolutie van Resolve stelt ze daartoe in staat.
Publicaties
XRISM Collaboration, ‘The XRISM First Light Observation: Velocity Structure and Thermal Properties of the Supernova Remnant N132D’, Publications of the Astronomical Society of Japan
XRISM Collaboration, ‘XRISM Spectroscopy of the Fe Kα Emission Line in the Seyfert AGN NGC 4151 Reveals the Disk, Broad Line Region, and Torus’, The Astrophysical Journal Letters