Nachdem die von Japan geleitete XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) im Februar den wissenschaftlichen Betrieb aufgenommen hatte, untersuchte sie das riesige Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie NGC 4151.
„Das Resolve-Instrument von XRISM hat ein detailliertes Spektrum der Umgebung des Schwarzen Lochs erfasst“, sagte Brian Williams, Projektwissenschaftler der NASA für die Mission am Goddard Space Flight Center der Agentur in Greenbelt, Maryland. „Die Spitzen und Einbrüche sind wie chemische Fingerabdrücke, die uns sagen können, welche Elemente vorhanden sind, und Hinweise auf das Schicksal der Materie geben, wenn sie sich dem Schwarzen Loch nähert.“
XRISM (ausgesprochen „crism“) wird von JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) in Zusammenarbeit mit der NASA geleitet, zusammen mit Beiträgen der ESA (Europäische Weltraumorganisation). Der Start erfolgte am 6. September 2023. NASA und JAXA entwickelten Resolve, das Mikrokalorimeter-Spektrometer der Mission.
NGC 4151 ist eine rund 43 Millionen Lichtjahre entfernte Spiralgalaxie im nördlichen Sternbild Canes Venatici. Das supermassereiche Schwarze Loch in seinem Zentrum hat mehr als das 20-Millionenfache der Sonnenmasse.
Die Galaxie ist außerdem aktiv, was bedeutet, dass ihr Zentrum ungewöhnlich hell und variabel ist. Gas und Staub, die in Richtung des Schwarzen Lochs wirbeln, bilden um dieses herum eine Akkretionsscheibe und erhitzen sich durch Gravitations- und Reibungskräfte, wodurch Variabilität entsteht. Ein Teil der Materie am Rande des Schwarzen Lochs bildet zwei Teilchenstrahlen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit von beiden Seiten der Scheibe austreten. Eine bauschige, donutförmige Materialwolke namens Torus umgibt die Akkretionsscheibe.
Tatsächlich ist NGC 4151 eine der nächstgelegenen aktiven Galaxien. Andere Missionen, darunter das Chandra-Röntgenobservatorium und das Hubble-Weltraumteleskop der NASA, haben es untersucht, um mehr über die Wechselwirkung zwischen Schwarzen Löchern und ihrer Umgebung zu erfahren, was Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben kann, wie supermassereiche Schwarze Löcher in galaktischen Zentren im Laufe der kosmischen Zeit wachsen.
Die Galaxie ist im Röntgenbereich ungewöhnlich hell, was sie zu einem idealen frühen Ziel für XRISM machte.
Das Resolve-Spektrum von NGC 4151 zeigt einen scharfen Peak bei Energien knapp unter 6,5 keV (Kiloelektronenvolt) – eine Emissionslinie von Eisen. Astronomen glauben, dass ein Großteil der Energie aktiver Galaxien von Röntgenstrahlen stammt, die aus heißen, aufflammenden Regionen in der Nähe des Schwarzen Lochs stammen. Röntgenstrahlen, die vom kühleren Gas in der Scheibe reflektiert werden, lassen Eisen dort fluoreszieren und erzeugen einen spezifischen Röntgenpeak. Dadurch können Astronomen ein besseres Bild sowohl der Scheibe als auch der ausbrechenden Regionen zeichnen, die viel näher am Schwarzen Loch liegen.
Das Spektrum zeigt auch mehrere Einbrüche um 7 keV. Eisen im Torus verursachte diese Einbrüche ebenfalls, allerdings durch Absorption von Röntgenstrahlen und nicht durch Emission, da das Material dort viel kühler ist als in der Scheibe. All diese Strahlung ist etwa 2.500-mal energiereicher als das Licht, das wir mit unseren Augen sehen können.
Eisen ist nur ein Element, das XRISM erkennen kann. Je nach Quelle kann das Teleskop auch Schwefel, Kalzium, Argon und andere erkennen. Jedes erzählt den Astrophysikern etwas anderes über die kosmischen Phänomene, die über den Röntgenhimmel verstreut sind.
XRISM ist eine Gemeinschaftsmission zwischen JAXA und NASA unter Beteiligung der ESA. Der Beitrag der NASA umfasst die wissenschaftliche Beteiligung der CSA (Canadian Space Agency).