XRISM – svelerà l’evoluzione dell’Universo e la struttura dello spaziotempo

La missione X-Ray Imaging and Spectroscopy (XRISM) è pronta a essere lanciata il 7 settembre 2023 per osservare gli oggetti e gli eventi più energetici nel cosmo. Così facendo, svelerà l’evoluzione dell’Universo e la struttura dello spaziotempo.

XRISM è una collaborazione tra la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) e la NASA, con una significativa partecipazione dell’ESA. Il lancio sarà trasmesso in diretta streaming in giapponese e inglese sul canale YouTube di JAXA.

In cambio della fornitura di hardware e consulenza scientifica, all’ESA verrà assegnato l’8% del tempo di osservazione disponibile di XRISM. Ciò consentirà agli scienziati europei di proporre sorgenti celesti da osservare nella luce dei raggi X e di compiere progressi in questo settore dell’astronomia.

“L’astronomia a raggi X ci consente di studiare i fenomeni più energetici dell’Universo. Contiene la chiave per rispondere a domande importanti dell’astrofisica moderna: come si evolvono le strutture più grandi dell’Universo, come la materia di cui siamo composti in definitiva è stata distribuita nel cosmo e come le galassie sono modellate da enormi buchi neri al loro centro”, afferma Matteo Guainazzi, scienziato del progetto ESA per XRISM.

“XRISM costituirà un prezioso ponte tra le altre missioni a raggi X dell’ESA: XMM-Newton, che sta ancora andando forte dopo 24 anni nello spazio, e Athena, il cui lancio è previsto per la fine degli anni ’30”.

Svelare l’Universo caldo ed energetico

Quando guardiamo il cielo vediamo stelle e galassie, ma queste ci dicono relativamente poco sul funzionamento dell’Universo. Invisibile ai nostri occhi, il gas che emette raggi X che si trova al loro interno e tra di essi può rivelare molto di più.

I raggi X vengono rilasciati nelle esplosioni più energetiche e nei luoghi più caldi dell’Universo. Ciò include il gas surriscaldato che avvolge i più grandi elementi costitutivi dell’Universo: gli ammassi di galassie. JAXA ha progettato XRISM per rilevare la luce dei raggi X proveniente da questo gas per aiutare gli astronomi a misurare la massa totale di questi sistemi. Ciò rivelerà informazioni sulla formazione e l’evoluzione dell’Universo.

Le osservazioni di XRISM sugli ammassi di galassie forniranno anche informazioni su come l’Universo ha prodotto e distribuito gli elementi chimici. Il gas caldo all’interno degli ammassi è un residuo della nascita e della morte delle stelle nel corso della storia dell’Universo. Studiando i raggi X emessi dal gas, XRISM scoprirà quali “metalli” (elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio) contiene e mapperà come l’Universo si è arricchito di essi.

Nel frattempo, XRISM osserverà più da vicino i singoli oggetti che emettono raggi X per avventurarsi nella fisica fondamentale. La missione misurerà la luce dei raggi X proveniente da oggetti incredibilmente densi come i buchi neri supermassicci attivi che si trovano al centro di alcune galassie; questo aiuterà a capire come gli oggetti deformano lo spaziotempo circostante e in che misura influenzano le galassie che li ospitano attraverso “venti” di particelle espulse a velocità prossime a quella della luce.

Domande chiave:

• Come si formati ed evoluti gli ammassi di galassia?
• In che modo l’universo ha prodotto e distribuito gli elementi chimici?
• Come appare la struttura dello spazio tempo in condizioni di gravità intensa?
• in che modo i buchi neri massicci influenzano la formazione stellare nelle galassie che li ospitano ?

Contributi europei ad uno sforzo globale

“L’ESA e la comunità europea hanno una storia di coinvolgimento nei telescopi spaziali ad alta energia della JAXA”, spiega Matteo. “Continuare questa partnership attraverso XRISM comporta enormi vantaggi per entrambe le agenzie spaziali”.

La comunità europea degli astronomi delle alte energie è molto ben qualificata. I membri sono stati coinvolti nella definizione degli obiettivi scientifici di XRISM e sono stati incaricati dalla JAXA di scegliere molti degli oggetti cosmici “test” che la missione osserverà per verificarne le prestazioni prima dell’inizio del programma di osservazione scientifica.

Oltre a questo contributo scientifico, JAXA ha fatto affidamento sull’Europa per la fornitura di diversi componenti hardware che saranno vitali per il successo della missione. L’ESA ha fornito un telescopio ottico collaudato nello spazio per garantire che XRISM sappia sempre dove sta puntando, e due dispositivi separati che insieme rileveranno il campo magnetico terrestre e orienteranno di conseguenza il veicolo spaziale.

L’Europa ha anche contribuito al nuovo strumento Resolve di XRISM, che misurerà l’energia dei fotoni dei raggi X in arrivo. Ciò consentirà agli astronomi di calcolare la temperatura e il movimento del gas caldo che emette raggi X con una precisione senza precedenti. Resolve è un pioniere scientifico e tecnologico per la futura missione Athena dell’ESA, che farà volare uno strumento molto simile.

Mantenere il rilevatore di Resolve fresco – solo una frazione di grado sopra lo zero assoluto – è vitale; L’industria europea ha fornito i “tubi di calore ad anello” che si occuperanno di questo importante compito. SRON nei Paesi Bassi ha fornito la ruota a sei filtri dello strumento; ciascun filtro può essere posizionato sopra lo strumento per servire uno scopo diverso. L’Università di Ginevra in Svizzera ha sviluppato l’elettronica per la ruota portafiltri.

Fonte ESA