X射线成像和光谱仪(XRISM)以前所未有的细节揭示了超大质量黑洞周围和超新星遗迹中物质的结构、运动和温度。天文学家今天公布了新X射线望远镜的首批科学成果，此时距离该望远镜发射不到一年。

X射线成像和光谱任务揭示黑洞和超新星遗迹周围环境

巨型黑洞和巨大爆炸恒星的残骸有什么共同之处?这些都是引人注目的天体现象，其中极热的气体产生XRISM可以看到的高能X射线光。

XRISM是由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)牵头、欧空局参与的任务，在其首次公布的结果中，它展示了其独特的能力，可以揭示炽热气体(称为等离子体)的速度和温度，以及黑洞和爆炸恒星周围物质的三维结构。

该研究发表在arXiv预印本服务器上。

“这些新观测结果为理解黑洞如何通过捕获周围物质而成长提供了关键信息，并为大质量恒星的生死提供了新的见解。它们展示了该任务在探索高能宇宙方面的卓越能力，”ESAXRISM项目科学家MatteoGuainazzi表示。

超新星遗迹N132D

在一次“首发”观测中，XRISM聚焦于N132D，这是一颗位于大麦哲伦星云的超新星遗迹，距离地球约16万光年。这个星际热气“气泡”是由大约3000年前一颗质量巨大的恒星爆炸而喷出的。

XRISM利用其Resolve仪器详细揭示了N132D周围的结构。与之前简单的球壳假设相反，科学家发现N132D的残余物呈甜甜圈形状。利用多普勒效应，他们测量了残余物中热等离子体朝我们或远离我们的速度，并确定其膨胀速度约为1200公里/秒

Resolve还发现，残余物中含有温度高达100亿开尔文的铁。超新星爆炸期间，铁原子通过向内扩散的剧烈冲击波被加热，这一现象曾被理论预测过，但之前从未被观察到过。

类似N132D的超新星遗迹为恒星演化过程以及铁等生命必需的(重)元素如何在星际空间中生成和扩散提供了重要线索。然而，之前的X射线天文台始终难以揭示等离子体的速度和温度如何分布。

NGC4151星系中的超大质量黑洞

XRISM还揭示了围绕超大质量黑洞的神秘结构。XRISM的观测聚焦于距离我们6200万光年的螺旋星系NGC4151，为人们提供了前所未有的星系中心黑洞附近物质的视图，该黑洞的质量是太阳的3000万倍。

XRISM捕捉到了物质在很大半径范围内旋转并最终落入黑洞的分布情况，半径范围从0.001到0.1光年，这个距离大约相当于太阳与天王星距离的100倍。

通过从X射线特征中确定铁原子的运动，科学家绘制出了围绕巨型黑洞的一系列结构：从“喂养”黑洞的圆盘一直到甜甜圈形状的圆环。

这些发现为理解黑洞如何通过吞噬周围物质而生长提供了重要的线索。

尽管无线电和红外观测已经揭示了其他星系黑洞周围存在甜甜圈形状的环面，但XRISM的光谱技术是第一个，也是目前唯一一个追踪中心“怪物”附近气体形状和运动方式的方法。

XRISM将以前所未有的光收集能力和能量分辨率组合(区分不同能量的X射线的能力)研究X射线中的宇宙。该任务将提供星系团动态、宇宙化学组成和吸积超大质量黑洞(活动星系核或AGN)周围物质流动等诸多主题的图像。图片来源：欧洲航天局

展望未来：未来的观察和发现

在过去的几个月里，XRISM科学团队通过观察60个关键目标，努力确定仪器的性能并改进数据分析方法。同时，从来自世界各地的科学家提交的300多份提案中选出了104组新的观测结果。

XRISM将在明年根据成功的提案进行观测;由于其在轨道上的出色表现，甚至超出了最初的预期，这预示着未来会有更多令人兴奋的发现。