Vores dybeste udsigt til røntgenhimlen

I løbet af 182 dage, eROSITA røntgenteleskopet har afsluttet sit første fulde skydning af himlen, som det påbegyndte for omkring et år siden. Dette nye kort over det varme, energisk univers indeholder mere end en million objekter, en fordobling af antallet af kendte røntgenkilder, der er opdaget i løbet af røntgenastronomiens 60-årige historie. De fleste af de nye kilder er aktive galaktiske kerner på kosmologiske afstande, markerer væksten af ​​gigantiske sorte huller over kosmisk tid.

En million røntgenkilder afslører naturen af ​​det varme univers – dette er den imponerende høst af den første scanning af hele himlen med eROSITA-teleskopet ombord på SRG. "Dette himmelbillede ændrer fuldstændig måden, vi ser på det energiske univers på, siger Peter Predehl, hovedforsker af eROSITA ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). "Vi ser sådan en rigdom af detaljer - skønheden i billederne er virkelig fantastisk."

Dette første komplette himmelbillede fra eROSITA er omkring fire gange dybere end den tidligere undersøgelse fra ROSAT-teleskopet for 30 år siden, og har givet omkring 10 gange flere kilder:omtrent lige så mange som er blevet opdaget af alle tidligere røntgenteleskoper tilsammen. Og mens de fleste klasser af astronomiske objekter udsender i røntgenstråler, det varme og energiske univers ser helt anderledes ud end det, der ses af optiske eller radioteleskoper. Ser vi uden for kroppen af ​​vores galakse, de fleste af eROSITA-kilderne er aktive galaktiske kerner, opbygning af supermassive sorte huller på kosmologiske afstande, blandet med klynger af galakser, som fremstår som udvidede røntgenhaloer, der skinner takket være den varme gas, der er begrænset af deres enorme koncentrationer af mørkt stof. Hele himlens billede afslører i udsøgte detaljer strukturen af ​​den varme gas i selve Mælkevejen, og det circum-galaktiske medium, som omgiver det, hvis egenskaber er nøglen til at forstå dannelseshistorien for vores galakse. eROSITA røntgenkortet afslører også stjerner med stærke, magnetisk aktiv varm coronae, X-ray binære stjerner indeholdende neutronstjerner, sorte huller eller hvide dværge, og spektakulære supernova-rester i vores egne og andre nærliggende galakser såsom de magellanske skyer.

"Vi ventede alle spændt på det første all-sky map fra eROSITA, " siger Mara Salvato, videnskabsmanden ved MPE, der leder bestræbelserne på at kombinere eROSITA-observationer med andre teleskoper på tværs af det elektromagnetiske spektrum. "Store himmelområder er allerede blevet dækket ved mange andre bølgelængder, og nu har vi røntgendataene til at matche. Vi har brug for disse andre undersøgelser for at identificere røntgenkilderne og forstå deres natur." Undersøgelsen er også en skatkammer af sjældne og eksotiske fænomener, inklusive talrige typer af transienter og variabler, såsom blus fra kompakte genstande, fusionerende neutronstjerner, og stjerner, der bliver slugt af sorte huller. "eROSITA ser ofte uventede udbrud af røntgenstråler fra himlen, " fortsætter Salvato. "Vi er nødt til at alarmere jordbaserede teleskoper med det samme for at forstå, hvad der producerer dem."

At samle billedet har været en kæmpe opgave. Indtil nu, operationsteamet har modtaget og behandlet omkring 165 GB data indsamlet af eROSITAs syv kameraer. Selvom det er relativt lille efter "big-data"-standarder på jorden, at betjene dette komplekse instrument i rummet gav sine egne særlige udfordringer. "Vi kontrollerer og overvåger instrumentets helbred på daglig basis, i samarbejde med vores kolleger i Moskva, der driver SRG-rumfartøjet", forklarer Miriam Ramos-Ceja, medlem af eROSITA operations team hos MPE. "Det betyder, at vi kan reagere hurtigt på eventuelle uregelmæssigheder. Vi har været i stand til at reagere på disse med det samme for at holde instrumentet sikkert, mens der indsamles data med ~97 % effektivitet. Det er fantastisk at kunne kommunikere i realtid med et instrument placeret 1,5 millioner kilometer væk!" Data-downlinket opstår dagligt. "Vi udfører øjeblikkeligt kvalitetstjek på dataene", fortsætter hun, "før det bliver behandlet og analyseret af holdene i Tyskland og Rusland."

Mens holdet nu har travlt med at analysere dette første himmelkort og bruge billederne og katalogerne til at uddybe vores forståelse af kosmologi og højenergiske astrofysiske processer, teleskopet fortsætter sin fejning af røntgenhimlen. "SRG-observatoriet starter nu sin anden undersøgelse i hele himmelen, som vil være afsluttet ved udgangen af ​​dette år", siger Rashid Sunyaev, Ledende videnskabsmand for det russiske SRG-team. "Samlet set, i løbet af de næste 3,5 år, vi planlægger at få syv kort, der ligner det, der ses på dette smukke billede. Deres kombinerede følsomhed vil være en faktor fem bedre og vil blive brugt af astrofysikere og kosmologer i årtier."

Kirpal Nandra, leder af højenergi-astrofysikgruppen ved MPE, tilføjer "Med en million kilder på bare seks måneder, eROSITA har allerede revolutioneret røntgenastronomi, men dette er blot en forsmag på, hvad der kommer. Denne kombination af himmelareal og dybde er transformerende. Vi prøver allerede på et kosmologisk volumen af ​​det varme univers, der er meget større, end det har været muligt før. I løbet af de næste par år, vi vil være i stand til at undersøge endnu mere, ud til hvor de første gigantiske kosmiske strukturer og supermassive sorte huller blev dannet."