Nuestra vista más profunda del cielo de rayos X.
El telescopio eROSITA ha proporcionado una visión nueva y nítida de los procesos calientes y energéticos en todo el Universo.
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| El universo energético como se ve con el telescopio de rayos X eROSITA. La primera inspección de todo el cielo de eROSITA se realizó durante un período de seis meses dejando que el telescopio gire continuamente, proporcionando así una exposición uniforme de aproximadamente 150-200 segundos sobre la mayor parte del cielo, con la visita de los polos eclípticos más profundamente. A medida que eROSITA escanea el cielo, la energía de los fotones recolectados se mide con una precisión que oscila entre el 2% y el 6%. Para generar esta imagen, en la que todo el cielo se proyecta sobre una elipse (llamada proyección de Aitoff) con el centro de la Vía Láctea en el medio y el cuerpo de la Galaxia corriendo horizontalmente, los fotones han sido codificados por colores según su energía (rojo para energías 0.3-0.6 keV, verde para 0.6-1 keV, azul para 1-2.3 keV). La imagen original, con una resolución de aproximadamente 10 "y un rango dinámico correspondiente de más de mil millones, se suaviza (con un gaussiano FWHM de 10 ') para generar la imagen de arriba. El brillo difuso rojo se aleja de la galaxia avión es la emisión del gas caliente en las proximidades del sistema solar (la burbuja local). A lo largo del propio avión, el polvo y el gas absorben los fotones de rayos X de energía más baja, por lo que solo se pueden ver fuentes emisoras de alta energía, y su color aparece azul en la imagen. El gas más caliente cerca del centro galáctico, que se muestra en verde y amarillo, lleva impresa la historia de los procesos más enérgicos en la vida de la Vía Láctea, como explosiones de supernovas, expulsar fuentes de gas fuera del avión y, posiblemente, arrebato pasado del ahora inactivo agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Perforando a través de este medio turbulento, difuso y caliente, hay cientos de miles de fuentes de rayos X, que aparecen principalmente blancas en la imagen y distribuidas uniformemente en el cielo. Entre ellos, los núcleos galácticos activos distantes (incluidos algunos que emiten en un momento en que el Universo tenía menos de una décima parte de su edad actual) son visibles como fuentes puntuales, mientras que los cúmulos de galaxias se revelan como nebulosidades de rayos X extendidas. En total, se han detectado alrededor de un millón de fuentes de rayos X en la imagen de todo el cielo de eROSITA, un tesoro que mantendrá a los equipos ocupados durante los próximos años. Crédito: Jeremy Sanders, Hermann Brunner y el equipo eSASS (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (en nombre de IKI). |
En el transcurso de 182 días, el telescopio de rayos X eROSITA a bordo del SRG ha completado su primer barrido completo del cielo. Este nuevo mapa del universo caliente y energético contiene más de un millón de objetos, duplicando aproximadamente el número de fuentes conocidas de rayos X descubiertas durante los 60 años de historia de la astronomía de rayos X. La mayoría de las nuevas fuentes son núcleos galácticos activos a distancias cosmológicas, que marcan el crecimiento de gigantescos agujeros negros a lo largo del tiempo cósmico. Los cúmulos de galaxias en el nuevo mapa se utilizarán para rastrear el crecimiento de las estructuras cósmicas y restringir los parámetros cosmológicos. Más cerca de casa, las estrellas con corona caliente, binarios y restos de supernova salpican nuestra galaxia, y ahora tenemos un mapa completo de los bariones calientes en la Vía Láctea, algo que solo se puede lograr con la vista de 360 grados proporcionada por la encuesta eROSITA .
Un millón de fuentes de rayos X que revelan la naturaleza del universo caliente: esta es la cosecha impresionante de la primera exploración de todo el cielo con el telescopio eROSITA a bordo SRG. "Esta imagen de todo el cielo cambia por completo la forma en que vemos el universo energético", dice Peter Predehl, investigador principal de eROSITA en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE). "Vemos una gran cantidad de detalles: la belleza de las imágenes es realmente impresionante".
Esta primera imagen completa del cielo de eROSITA es aproximadamente 4 veces más profunda que la anterior encuesta de todo el cielo realizada por el telescopio ROSAT hace 30 años, y ha producido alrededor de 10 veces más fuentes: casi todas las descubiertas por los telescopios de rayos X anteriores conjunto. Y aunque la mayoría de las clases de objetos astronómicos se emiten en rayos X, el Universo caliente y enérgico se ve bastante diferente al que se ve por los telescopios ópticos o de radio. Mirando fuera del cuerpo de nuestra galaxia, la mayoría de las fuentes de eROSITA son núcleos galácticos activos, que acumulan agujeros negros supermasivos a distancias cosmológicas, intercalados con cúmulos de galaxias, que aparecen como halos de rayos X que brillan gracias al gas caliente confinado por sus enormes gases. concentraciones de materia oscura. La imagen de todo el cielo revela con exquisito detalle la estructura del gas caliente en la Vía Láctea y el medio circungaláctico que lo rodea, cuyas propiedades son clave para comprender la historia de la formación de nuestra Galaxia. El mapa de rayos X de eROSITA también revela estrellas con fuertes coronas calientes magnéticamente activas, estrellas binarias de rayos X que contienen estrellas de neutrones, agujeros negros o enanas blancas y espectaculares restos de supernovas en nuestras galaxias y otras galaxias cercanas, como las nubes de Magallanes.
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| Versión anotada de la imagen eROSITA First All-Sky. Se marcan varias características prominentes de rayos X, que van desde cúmulos de galaxias distantes (Coma, Virgo, Fornax, Perseus) hasta fuentes extendidas como Supernova Remnants (SNR) y Nebulae hasta fuentes de puntos brillantes, por ejemplo Sco X-1, la primera fuente de rayos X extrasolar que se detecta. El Vela SNR está a la derecha de esta imagen, la Gran Nube de Magallanes en el cuadrante inferior derecho, el supercúmulo Shapley en la parte superior derecha (aunque no es fácilmente visible en esta proyección). Crédito: Jeremy Sanders, Hermann Brunner, Andrea Merloni y el equipo eSASS (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (en nombre de IKI). |
"Todos estábamos esperando ansiosamente el primer mapa de todo el cielo de eROSITA", dice Mara Salvato, la científica de MPE que lidera el esfuerzo para combinar las observaciones de eROSITA con otros telescopios a través del espectro electromagnético. "Grandes áreas del cielo ya se han cubierto en muchos otras longitudes de onda, y ahora tenemos los datos de rayos X para que coincidan. Necesitamos estas otras encuestas para identificar las fuentes de rayos X y comprender su naturaleza". La encuesta también es un tesoro de fenómenos raros y exóticos, que incluyen numerosos tipos de transitorios y variables, como destellos de objetos compactos, fusión de estrellas de neutrones y estrellas tragadas por agujeros negros. "EROSITA a menudo ve explosiones inesperadas de rayos X desde el cielo ", continúa Salvato." Necesitamos alertar a los telescopios terrestres de inmediato para comprender qué los está produciendo ".
Ensamblar la imagen ha sido una tarea gigantesca. Hasta ahora, el equipo de operaciones ha recibido y procesado alrededor de 165 GB de datos recopilados por las siete cámaras de eROSITA. Si bien es relativamente pequeño para los estándares de "big data" en el terreno, operar este complejo instrumento en el espacio presentó sus propios desafíos especiales. "Controlamos y cotejamos la salud del instrumento diariamente, en cooperación con nuestros colegas en Moscú que operan la nave espacial SRG", explica Miriam Ramos-Ceja, miembro del equipo de operaciones de eROSITA en MPE. “Esto significa que podemos responder rápidamente a cualquier anomalía. Hemos sido capaces de reaccionar ante ellos de inmediato para mantener el instrumento seguro, mientras recolectamos datos con una eficiencia de ~ 97%. ¡Es increíble poder comunicarse en tiempo real con un instrumento ubicado a 1,5 millones de kilómetros de distancia! " El enlace descendente de datos ocurre diariamente. "Realizamos controles de calidad inmediatos de los datos", continúa, "antes de que los equipos en Alemania y Rusia los procesen y analicen".
Mientras el equipo ahora está ocupado analizando este primer mapa de todo el cielo y utilizando las imágenes y los catálogos para profundizar nuestra comprensión de la cosmología y los procesos astrofísicos de alta energía, el telescopio continúa su barrido del cielo de rayos X. "El Observatorio SRG ahora está comenzando su segunda encuesta de todo el cielo, que se completará a finales de este año", dice Rashid Sunyaev, Científico Líder del equipo ruso SRG. “En general, durante los próximos 3.5 años, planeamos obtener 7 mapas similares al que se ve en esta hermosa imagen. Su sensibilidad combinada será un factor de 5 mejor y será utilizada por astrofísicos y cosmólogos durante décadas".
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| Debido a su tamaño y a su corta distancia a la Tierra, el "remanente de supernova Vela" que se muestra en esta imagen es uno de los objetos más prominentes en el cielo de rayos X. La supernova Vela explotó hace unos 12000 años a una distancia de 800 años luz y se superpone con al menos otros dos restos de supernova, Vela Junior (en la imagen vista como un anillo azulado en la parte inferior izquierda) y Puppis-A (arriba a la derecha). Vela Junior fue descubierto hace solo 20 años, aunque este objeto está tan cerca de la Tierra que los restos de esta explosión se encontraron en los núcleos de hielo polar. Las tres explosiones de supernovas produjeron los restos de supernovas brillantes de rayos X y las estrellas de neutrones, que brillan como intensas fuentes puntuales de rayos X cerca de los centros de los restos. La calidad de los nuevos datos eROSITA de este "cementerio estelar" brindará a los astrónomos muchas nuevas y emocionantes ideas sobre los procesos físicos que operan en el plasma de supernova caliente, así como para explorar las exóticas estrellas de neutrones. Crédito: Peter Predehl, Werner Becker (MPE), Davide Mella |
Kirpal Nandra, jefe del grupo de astrofísica de alta energía en MPE, agrega "Con un millón de fuentes en solo seis meses, eROSITA ya ha revolucionado la astronomía de rayos X, pero esto es solo una muestra de lo que está por venir. Esta combinación de área de cielo y profundidad es transformadora. Ya estamos tomando muestras de un volumen cosmológico del Universo caliente mucho más grande que antes. En los próximos años, podremos explorar aún más, hasta donde se formaron las primeras estructuras cósmicas gigantes y los agujeros negros supermasivos ".
Más información:
El 11 de junio de 2020, el telescopio eROSITA completó su primer estudio de todo el cielo de rayos X. Lanzado el 13 de julio de 2019 a bordo de la nave espacial SRG y ahora orbitando el segundo punto Lagrange del sistema Tierra-Sol, el telescopio está en modo de exploración continua. Durante la primera inspección de todo el cielo, cada punto del cielo estuvo expuesto al telescopio eROSITA durante una duración promedio de 150-200 segundos. Las regiones cercanas a los polos eclípticos, donde se cruzan los grandes círculos trazados por el telescopio en el cielo, se volvieron a visitar muchas veces, acumulando exposiciones de hasta unas pocas horas. SRG continuará escaneando el cielo durante tres años y medio más, con eROSITA realizando siete encuestas más de todo el cielo en el proceso.
eROSITA es el instrumento principal a bordo de SRG, una misión científica conjunta ruso-alemana apoyada por la Agencia Espacial Rusa (Roskosmos), en interés de la Academia de Ciencias de Rusia representada por su Instituto de Investigación Espacial (IKI) y el Deutsches Zentrum für Luft - und Raumfahrt (DLR). La nave espacial SRG fue construida por Lavochkin Association (NPOL) y sus subcontratistas, y es operada por NPOL con el apoyo del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre (MPE).
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| El supercúmulo de galaxias Shapley es una de las concentraciones de galaxias más masivas en el universo local a una distancia de aproximadamente 650 millones de años luz (z ~ 0.05). Cada una de las docenas de estructuras extendidas es en sí misma un grupo de galaxias, que consta de entre 100 y 1000 de galaxias individuales, cada una de las cuales denota una intersección de filamentos que forman la estructura a gran escala en el Universo. Esta imagen abarca 16 grados a través del cielo (aproximadamente 30 veces el tamaño de la luna llena), lo que se traduce en aproximadamente 180 millones de años luz a lo lejos del supercúmulo Shapley. Las imágenes de la izquierda muestran un zoom de los grupos más masivos en el supercúmulo Shapley. Crédito: Esra Bulbul, Jeremy Sanders (MPE). |
El desarrollo y construcción del instrumento de rayos X eROSITA fue dirigido por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), con contribuciones del Observatorio Dr. Karl Remeis Bamberg, el Observatorio de la Universidad de Hamburgo, el Instituto Leibniz de Astrofísica Potsdam (AIP) ), y el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Tübingen, con el apoyo de DLR y la Sociedad Max Planck. El Instituto Argelander de Astronomía de la Universidad de Bonn y la Ludwig-Maximilians-Universität Munich también participaron en la preparación científica para eROSITA.
Los datos de eROSITA que se muestran aquí se procesaron utilizando el sistema de software eSASS desarrollado por el consorcio alemán eROSITA.
Contactos:
Merloni, Andrea - am@mpe.mpg.de
Predehl, Peter - ppredehl@mpe.mpg.de
Nandra, Kirpal - knandra@mpe.mpg.de
• Publicado el 19 de junio del 2020, enlace publicación.
eROSITA.
eROSITA, extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array. es el principal instrumento a bordo de la misión ruso-alemana "Spectrum-Roentgen-Gamma" (SRG) que se lanzó con éxito desde Baikonur el 13 de julio de 2019 y se colocó en una órbita de halo alrededor del punto L2. eROSITA realizará el primer levantamiento de imágenes de todo el cielo en el rango de rayos X de energía media de hasta 10 keV con una resolución espectral y angular sin precedentes.
La naturaleza de la misteriosa Energía Oscura, que está separando al Universo, es una de las preguntas más emocionantes que enfrenta la astronomía y la física en la actualidad. Podría ser la energía del vacío, correspondiente a la constante cosmológica en la teoría de la relatividad general de Einstein, o podría ser un campo de energía variable en el tiempo. Responder esta pregunta podría ser el punto de partida de una revolución fundamental en la física.
Los cúmulos de galaxias son los objetos colapsados más grandes del Universo. Su formación y evolución está dominada por la gravedad, es decir, la materia oscura, mientras que su distribución a gran escala y la densidad numérica dependen de la geometría del universo, es decir, la energía oscura. Las observaciones de rayos X de los cúmulos de galaxias proporcionan información sobre la tasa de expansión del Universo, la fracción de masa en la materia visible y la amplitud de las fluctuaciones primordiales que son el origen de los cúmulos de galaxias y toda la estructura del universo.
Los principales objetivos científicos son:
- para detectar el medio intergaláctico caliente de 50-100 mil grupos y grupos de galaxias y gas caliente en filamentos entre grupos para mapear la estructura a gran escala en el Universo para el estudio de la evolución de la estructura cósmica,
- para detectar sistemáticamente todos los agujeros negros acumulados y ocultos en galaxias cercanas y muchos (hasta 3 millones) nuevos núcleos galácticos activos distantes y
- para estudiar en detalle la física de las poblaciones de origen galáctico de rayos X, como las estrellas de secuencia pre-principal, los restos de supernova y los binarios de rayos X.
El telescopio eROSITA consta de siete módulos de espejo Wolter-1 idénticos. Cada módulo contiene 54 capas de espejo anidadas para cumplir con la sensibilidad requerida. MPE ha desarrollado un novedoso sistema de detección basado en la exitosa tecnología XMM-Newton pn-CCD.
