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HitomiMission观看宇宙的“食谱”Perseus群集

发布时间:2018-05-15 浏览次数:49

位于距离约2.4亿光年远的Perseus星系团显示在斯隆数字巡天的可见光(绿色和红色)和近红外图像的组合中。这里看不到一种薄的,热的X射线发射气体,它充满了集群。信用:罗伯特卢普顿和斯隆数字巡天联盟

/ em天文学家为在Perseus星系团中形成大多数这些元素的恒星爆炸提供了新的见解。 / em

在2016年3月意外完成其短暂任务之前,日本的瞳宇X射线天文台捕获了关于英仙座星系团中热气运动的特殊信息。现在,由于美国宇航局和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)联合开发的仪器提供了前所未有的细节,天文学家已经能够更深入地分析这种气体的化学成分,为形成的恒星爆炸提供新的见解大部分这些元素将它们投射到空间中。

Perseus星团位于距其2.4亿光年的同名星座中,是X射线中最亮的星系团,也是最大规模的近地球星系团之一。它包含数千个在薄热气体中运行的星系,它们都靠重力结合在一起。天然气平均温度为9,000万华氏度(5000万摄氏度),是该集团X射线辐射的来源。

研究人员使用Hitomi的高分辨率软X射线光谱仪(SXS)仪器观察了2016年2月25日至3月6日期间的整体曝光时间接近3.4天。 SXS观察到了前所未有的光谱,揭示了由各种化学元素发射的X射线峰值的景观,其分辨率比先前的好30倍。

科学小组在11月13日在“自然”杂志上在线发表的一篇论文中指出,星团中发现的元素比例与天文学家在太阳中看到的几乎相同。

马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的马里兰大学研究科学家迈克尔洛文斯坦说:“最初没有理由期待这一点。” “Perseus集群是一个与我们的Sun不同的历史环境。毕竟,星团表示许多类型星系中许多类型恒星的平均化学分布,这些星系早在太阳形成之前就已经形成了。“

瞳的软X射线光谱仪(SXS)仪器在2016年2月和3月从英仙座星系团的两个重叠区域(蓝色轮廓,右上角)捕获数据。所得光谱具有30倍以前捕获的细节,揭示了许多X与铬,锰,镍和铁有关的X-射线峰。插图中的深蓝色线条表示实际的X射线数据点及其不确定性。学分:美国宇航局戈达德太空飞行中心

一类元素与一类特殊的爆炸密切相关,称为Ia型超新星。这些爆炸被认为是造成大部分宇宙的铬,锰,铁和镍 - 金属统称为“铁峰”元素的原因。

Ia型超新星需要完全破坏一颗白矮星,这是由太阳等恒星产生的紧凑残余物。虽然白矮星本身是稳定的,但如果它与另一个物体配对作为二元系统的一部分,白矮星会经历失控的热核爆炸。这种情况发生时要么与同伴白矮星合并,要么与附近的正常恒星配对,通过窃取合作伙伴的一些气体。转移的物质可以积累在白矮星上,逐渐增加其质量,直到它变得不稳定并爆炸。

一个重要的悬而未决的问题是,爆炸的白矮星是否接近这个稳定极限 - 约1.4个太阳质量 - 无论它的起源如何。不同的质量产生不同数量的铁峰金属,所以这些元素在一个大的空间区域(如英仙座星系团)的详细计数可以指示哪种白矮星更频繁地爆炸。

“事实证明,在爆炸发生的时刻,需要将Ia型超新星与不同质量的组合相结合,以产生我们在Perseus星团中间的气体中所见到的化学丰度,”该论文的第一作者Hiroya Yamaguchi说道,戈达德的UMD研究科学家。 “我们证实,Ia型超新星至少有一半达到近1.4个太阳质量。”

瞳的插图,X射线天文观测台。积分:日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)

综合起来,这些发现表明,在我们的太阳系中产生铁峰元素的Ia型超新星的相同组合也产生了这些金属簇中的气体。这意味着太阳系和Perseus星团经历了大致相似的化学演化,表明形成恒星的过程以及变成Ia型超新星的系统在两个地点都具有可比性。

“虽然这只是一个例子,但我们没有理由怀疑这种相似性可能会超出我们的太阳和Perseus星系团,而是超越其他具有不同属性的星系”,东京科技大学物理学教授共同作者Kyoko Matsushita说。

虽然昙花一现,但由戈达德科学家与美国,日本和荷兰几个机构的同事密切合作开发并制造的Hitomi使命和革命性的SXS仪器已经证明了高分辨率X射线光谱仪的前景。

“瞳允许我们更深入地研究宇宙中最大的结构之一 - 英仙座星系团的历史,并探索粒子和材料在极端条件下的行为方式,”戈达德的理查德凯利,美国首席研究员瞳协作。 “我们最近的计算提供了一些化学元素如何以及为什么分布在我们自己以外的星系中的一瞥。”

2015年11月27日在日本筑波航天中心拍摄的Hitomi的软X射线光谱仪(SXS)。 SXS允许科学家观察透过Perseus星系团的气体的详细运动和化学成分。
积分:JAXA

日本宇宙航空研究开发机构和美国国家航空和宇宙航行局的科学家现在正在通过合作开展X射线天文恢复任务(XARM),重新获得在瞳虫事件中失去的科学能力,预计将于2021年发射。其中一种仪器将具有与SXS相似的能力瞳。

瞳在2016年2月17日发射,38天后遭遇任务结束的航天器异常。在发射前称为ASTRO-H的瞳孔被称为“瞳孔瞳孔”。该任务由空间和宇宙科学研究所(JAXA的一个部门)开发。它由日本宇宙航空研究开发机构牵头的国际合作共同建立,由戈达德和其他机构在美国,日本,加拿大和欧洲提供捐助。

发表:Hitomi Collaboration,“Perseus星团中铁峰元素的太阳丰度比”,Nature,2017; DOI:10.1038 / nature24301

资料来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心Raleigh McElvery和Francis Reddy


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