Przejdź do treści

eRosita i astronomia rentgenowska: piękno ukrytego Wszechświata

scorpius x-1

Wyniki badań naukowych ujawnione po pierwszych tygodniach pracy teleskopu rentgenowskiego eROSITA okazują się przełomowe dla naszego zrozumienia Wszechświata obserwowanego w zakresie najwyższych energii.

Astronomia rentgenowska zajmuje się rejestracją i badaniami promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z kosmosu. Zakres energii obserwowanych fotonów takiego promieniowania X zawiera się w przedziale od 0,1 do 500 keV, co odpowiada długości fali pomiędzy 12 a 2,5 pm. Promieniowanie rentgenowskie jest silnie pochłaniane w atmosferze Ziemi, więc aby dokonać obserwacji w tym zakresie, urządzenia pomiarowe muszą być wyniesione poza nią. Dawniej, początkowo, używano do tego celu balonów, z kolei współczesne detektory rentgenowskie umieszczane są na pokładzie sztucznych satelitów Ziemi.

Pierwsze kosmiczne źródło promieniowania rentgenowskiego Scorpius X-1 znajdujące się w gwiazdozbiorze Skorpiona, zostało odkryte w roku 1962. Pomysłodawcą obserwacji, które doprowadziły do rozwoju całej dziedziny astronomii rentgenowskiej, był Riccardo Giacconi, późniejszy laureat Nagrody Nobla z fizyki w roku 2002.

Teraz jednak, 22 października 2019 roku, pierwsze zdjęcia z przełomowego rentgenowskiego teleskopu eROSITA zostały zaprezentowane publiczności w Instytucie Fizyki Maxa Plancka (MPE) w niemieckim Garching. Po przedłużonej fazie jego uruchomienia już od 13 października tego roku wszystkie siedem modułów tego teleskopu rentgenowskiego oraz jego niestandardowe kamery CCD jednocześnie obserwują niebo. Pierwsze łączone taką metodą, wykonane przez kilka instrumentów naraz zdjęcia rentgenowskie naszej sąsiedniej galaktyki, Wielkiego Obłoku Magellana, a także pary oddziałujących ze sobą gromad galaktyk leżących w odległości około 800 milionów lat świetlnych od nas, pokazują niezwykłą szczegółowość obrazowania i dają nadzieję na powodzenia tego ambitnego programu naukowego.

-Te pierwsze zdjęcia z naszego teleskopu pokazują prawdziwe piękno ukrytego Wszechświata - zachwyca się Peter Predehl, główny badacz w misji eROSITA. -Aby osiągnąć zamierzone cele naukowe, potrzebowaliśmy wystarczająco dużej czułości, umożliwiającej wykrywanie najdalszych znanych gromad galaktyk we Wszechświecie - na całym niebie - i określanie ich przestrzennej lokalizacji. Te pierwsze obrazy pokazują, że możemy to osiągnąć z dużą dokładnością, ale możemy teraz pójść jeszcze dalej. Oprócz wyraźnego obrazu rentgenowskiego, jaki daje każde z siedmiu zwierciadeł teleskopu eROSITA, każdy składowy teleskop jest wyposażony w najnowocześniejsze kamery CCD o doskonałej rozdzielczości spektralnej i czasowej. Potencjał nowych odkryć jest tu ogromny. Teraz możemy zacząć zbierać owoce naszej ponad dziesięciu lat pracy - dodaje Predehl.

Obrazy ukazujące tzw. „pierwsze światło” teleskopu eROSITA uzyskano przy wykonaniu serii ekspozycji z udziałem wszystkich siedmiu modułów teleskopu - z łącznym czasem integracji rzędu jednego dnia, zarówno dla Wielkiego Obłoku Magellana (LMC), naszej sąsiedniej galaktyki, jak i układu gromad galaktyk A3391/3395.

W sąsiadującym z nami Wielkim Obłoku Magellana eROSITA pokazuje nie tylko rozkład rozproszonego i gorącego gazu, ale także pewne niezwykłe szczegóły, takie jak pozostałości po supernowych (np. SN 1987A). Nowy obraz rentgenowski potwierdza teraz, że źródło to staje się coraz słabsze, ponieważ fala uderzeniowa wyprodukowana jeszcze przez wybuch gwiazdy z 1987 roku rozprzestrzenia się przez ośrodek międzygwiezdny o pewnej gęstości. eROSITA ujawnia również szereg gwiazd widocznych tu na pierwszym planie, które należą z kolei do naszej “własnej” galaktyki - Drogi Mlecznej, a także dużo bardziej odległe, aktywne jądra galaktyk, których promieniowanie przebija się tu przez rozproszoną emisję gorącego gazu obecnego w Obłoku Magellana.

-Promieniowanie rentgenowskie daje nam wyjątkowy obraz Wszechświata niewidocznego dla nas w świetle widzialnym, wyjaśnia Kirpal Nandra, dyrektor Zakładu Astrofizyki Wysokich Energii w MPE. -Patrząc na pozornie normalną gwiazdę, w promieniach rentgenowskich możemy dodatkowo zobaczyć okrążającego ją białego karła lub gwiazdę neutronową w trakcie pochłaniania swego orbitalnego towarzysza. Światło widzialne dobrze pokazuje nam strukturę galaktyki określaną przez zawarte w niej gwiazdy, ale ten sam widok galaktyk w promieniach X jest już zdominowany przez supermasywne czarne dziury rosnące w ich centrach. A tam, gdzie widzimy gromady galaktyk przez teleskopy optyczne, promienie X ujawniają ogromne zbiorniki gazu wypełniające przestrzeń pomiędzy nimi i śledzące strukturę obecnej tam ciemnej materii. Dzięki pierwszym wynikom wiemy już, że eROSITA najprawdopodobniej doprowadzi do przełomu w naszym rozumieniu Wszechświata tzw. wysokich energii.

Sięgając w ten sposób w głąb Wszechświata eROSITA znakomicie ukazuje także układ oddziałujących ze sobą gromad galaktyk A3391/3395. Uwydatnia dynamiczne procesy, które prowadzą do powstawania tych olbrzymich struktur w Kosmosie. Gromady galaktyk, wyglądające niczym duże, eliptyczne mgławice na obrazach z eROSITA, rozciągają się na dziesiątki milionów lat świetlnych i składają się z tysięcy galaktyk. Ich badania są jednym z głównych celów naukowych misji eROSITA, a astronomowie spodziewają się znaleźć dzięki niej dodatkowo około 100 000 gromad emitujących promieniowanie rentgenowskie, a także kilka milionów aktywnych czarnych dziur w leżących w centrach samych galaktyk - wszystko to podczas mającego potrwać co najmniej 4 lata przeglądu całego nieba w miękkich i twardych promieniach rentgenowskich.

Oprócz podziwiania pięknych zdjęć - takich jak te, które właśnie opublikowano - astronomowie będą mogli odtąd korzystać także z katalogów złożonych z milionów egzotycznych obiektów kosmicznych, takich jak czarne dziury, gromady galaktyk, gwiazdy neutronowe, supernowe i gwiazdy aktywne.

Misja eRosita, rozpoczęta 13 lipca 2019 roku w ramach rosyjsko-niemieckiej misji kosmicznej Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG), która obejmuje również rosyjski teleskop ART-XC, ukończyła właśnie 1,5 miliona kilometrów swej podróży do drugiego punktu Lagrange (L2) w układzie Ziemia-Słońce. Teraz - 100 dni po starcie samej sondy w kosmos - weszła na swoją docelową orbitę wokół puntu L2. Faza uruchomienia teleskopu została oficjalnie zakończona 13 października. Choć wyniki naukowe systemu są znakomite, ta pierwsza faza nie była w pełni bezproblemowa. Trwała dłużej niż oczekiwano na skutek wykrycia nieprawidłowości w elektronicznym sterowaniu kamerami. Ale, jak twierdzą naukowcy, rozwiązywanie tego rodzaju problemów jest właśnie przyczyną wprowadzenia takiej fazy. Po dokładnej analizie ustalono, że problemy te nie są krytycznie ważne. Prace nad nimi nadal trwają, ale cała reszta badań w tym czasie posuwa się naprzód. Teleskop wszedł w tak zwaną fazę kalibracji i weryfikacji wydajności (CalPV), podczas której przeprowadzane są obserwacje astronomiczne w celu lepszego zrozumienia specyfiki instrumentu i weryfikacji jego pełnego potencjału względem stawianych mu wymagań naukowych. Pod koniec tej fazy, po ostatecznym przeglądzie przeprowadzonym przez zespół operacyjny, SRG i eROSITA wejdą w fazę podstawową - czteroletnie badanie rentgenowskie całego nieba.

 

Czytaj więcej:

Źródło: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

 

eRosita LMC

Na zdjęciu: Sąsiadująca z nami galaktyka karłowata - Wielki Obłok Magellana -  obserwowana w serii ekspozycji z udziałem wszystkich siedmiu modułów teleskopu eROSITA, wykonanych w dniach 18–19 października 2019 r. Rozproszona emisja pochodzi z gorącego gazu znajdującego się pomiędzy gwiazdami o temperaturach rzędu kilku milionów stopni Kelvina. Bardziej zwarte i mgliste struktury na tym zdjęciu to głównie pozostałości po supernowych, wyrzucone w przestrzeń kosmiczną w wyniku wielkich eksplozji zachodzących pod koniec życia bardzo masywnych  gwiazd. Najbardziej znana z nich, SN 1987A, to jasne źródło blisko centrum zdjęcia.
Źródło: 2019 F. Haberl, M. Freyberg und C. Maitra, MPE/IKI

erosita2

Na ilustracji: Oddziałujące ze sobą grawitacyjnie gromady galaktyk A3391 i 3395. Źródło: 2019 T. Reiprich (Univ. Bonn), M. Ramos-Ceja (MPE), F. Pacaud (Univ. Bonn), D. Eckert (Univ. Geneva), J. Sanders (MPE), N. Ota (Univ. Bonn), E. Bulbul (MPE), V. Ghirardini (MPE), MPE/IKI

Na ilustracji powyżej:  Źródło promieniowania rentgenowskiego Scorpius X-1. Źródło: NASA/Goddard Space Flight Center/S. Immler and H. Krimm