x射线成像与光谱学任务(XRISM)以空前的细致程度揭示了超大质量黑洞及超新星遗迹周围物质的结构、运动和温度。天文学家们今天发布了这一新x射线望远镜的首批科学成果，距其发射不到一年。

超大黑洞与爆炸恒星的残骸之间有什么相似之处？这两者都是引人注目的天文现象，极端高温的气体产生了XRISM能够探测到的高能x射线。

由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)主导、欧洲航天局(ESA)参与的XRISM任务，在首次公布的结果中展示了其独特的能力，能够揭示炙热气体（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。

这项研究已在arXiv预印本服务器上发表。

“这些新观测结果为理解黑洞如何通过捕获周围物质而增长提供了重要信息，并为大质量恒星的生命周期提供了新的视角。它们展示了该任务在探索高能宇宙方面的卓越能力，”欧空局XRISM项目科学家Matteo Guainazzi表示。

超新星遗迹N132D

在一次“第一次光”观测中，XRISM聚焦于N132D，这是一颗位于距离地球约16万光年的大麦哲伦星云中的超新星遗迹。这个由热气体构成的星际“气泡”是大约3000年前由一颗巨大的恒星爆炸所形成的。

通过其Resolve仪器，XRISM详细揭示了N132D周围的结构。与之前假设的简单球形壳不同，科学家们发现N132D的残骸呈现出甜甜圈的形状。利用多普勒效应，他们测量了残骸中热等离子体向我们移动或远离我们的速度，确定其膨胀的表观速度约为1200公里/秒。

Resolve还发现，残骸中含有铁，其温度高达100亿开尔文。在超新星爆炸期间，铁原子通过向内传播的猛烈冲击波被加热，这一现象在理论上早有预测，但之前从未被观察到。

像N132D这样的超新星遗迹为我们提供了重要线索，帮助我们理解恒星的演化过程，以及对生命至关重要的重元素（如铁）是如何在星际空间中生成和扩散的。然而，以前的x射线天文台在揭示等离子体的速度和温度分布方面一直面临挑战。

星系ngc4151中的超大质量黑洞

XRISM还为超大质量黑洞周围的神秘结构提供了新的线索。聚焦于距离我们6200万光年的螺旋星系NGC 4151，XRISM的观测提供了前所未有的视角，能够看到非常接近星系中心黑洞的物质，该黑洞的质量是太阳的3000万倍。

XRISM捕捉到了环绕并最终落入黑洞的物质在一个宽广半径范围内的分布，范围从0.001光年到0.1光年，约相当于太阳与天王星之间距离的100倍。

通过确定铁原子的x射线特征的运动，科学家们描绘出了巨大黑洞周围的一系列结构：从“喂养”黑洞的圆盘到甜甜圈形状的环面。

这些发现为理解黑洞如何通过吞噬周围物质而增长提供了至关重要的拼图。

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一个甜甜圈形状的环，但XRISM的光谱技术是第一个也是目前唯一一个能够追踪中央“怪物”附近气体形状和运动的方法。

展望未来:未来的观察和发现

在过去几个月中，XRISM科学团队一直在努力提升仪器性能，并通过观察60个关键目标来完善数据分析方法。同时，从全球科学家提交的300多份提案中选出了104套新的观测计划。

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，这预示着更多令人兴奋的发现即将到来。