Voordat zijn korte missie in maart 2016 onverwacht eindigde, Het Japanse Hitomi-röntgenobservatorium heeft uitzonderlijke informatie vastgelegd over de bewegingen van heet gas in de Perseus-cluster van sterrenstelsels. Nutsvoorzieningen, dankzij ongekende details van een instrument dat gezamenlijk is ontwikkeld door NASA en het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), wetenschappers hebben de chemische samenstelling van dit gas dieper kunnen analyseren, nieuwe inzichten verschaffen in de stellaire explosies die de meeste van deze elementen vormden en in de ruimte wierpen.

Het Perseus-cluster, op 240 miljoen lichtjaar afstand in zijn gelijknamige sterrenbeeld, is de helderste cluster van sterrenstelsels in röntgenstralen en een van de meest massieve nabij de aarde. Het bevat duizenden sterrenstelsels die rond een dun heet gas draaien, allemaal samengebonden door de zwaartekracht. Het gas is gemiddeld 90 miljoen graden Fahrenheit (50 miljoen graden Celsius) en is de bron van de röntgenstraling van het cluster.

Met behulp van Hitomi's hoge resolutie Soft X-ray Spectrometer (SXS) instrument, onderzoekers observeerden het cluster tussen 25 februari en 6 maart, 2016, het verwerven van een totale blootstelling van bijna 3,4 dagen. De SXS observeerde een ongekend spectrum, het onthullen van een landschap van röntgenpieken die worden uitgezonden door verschillende chemische elementen met een resolutie die zo'n 30 keer beter is dan eerder gezien.

In een paper online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op 13 november het wetenschappelijke team laat zien dat de verhoudingen van de elementen in de cluster bijna identiek zijn aan wat astronomen in de zon zien.

"Er was in eerste instantie geen reden om te verwachten dat " zei co-auteur Michael Loewenstein, een onderzoekswetenschapper van de Universiteit van Maryland bij het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland. "Het Perseus-cluster is een andere omgeving met een andere geschiedenis dan die van onze zon. clusters vertegenwoordigen een gemiddelde chemische verdeling van veel soorten sterren in veel soorten sterrenstelsels die lang voor de zon zijn gevormd."

Eén groep elementen is nauw verbonden met een bepaalde klasse van stellaire explosies, zogenaamde Type Ia-supernova's. Men denkt dat deze ontploffingen verantwoordelijk zijn voor de productie van het grootste deel van het chroom in het universum, mangaan, ijzer en nikkel-metalen gezamenlijk bekend als "ijzerpiek" elementen.

Type Ia-supernova's brengen de totale vernietiging van een witte dwerg met zich mee, een compact overblijfsel geproduceerd door sterren zoals de zon. Hoewel stabiel op zichzelf, een witte dwerg kan een op hol geslagen thermonucleaire explosie ondergaan als hij wordt gecombineerd met een ander object als onderdeel van een binair systeem. Dit gebeurt ofwel door te fuseren met een begeleidende witte dwerg of, in combinatie met een nabije normale ster, door een deel van het gas van de partner te stelen. De overgedragen materie kan zich ophopen op de witte dwerg, geleidelijk zijn massa vergroten totdat het onstabiel wordt en explodeert.

Een belangrijke open vraag was of de exploderende witte dwerg dicht bij deze stabiliteitslimiet ligt - ongeveer 1,4 zonsmassa's - ongeacht zijn oorsprong. Verschillende massa's produceren verschillende hoeveelheden ijzerpiekmetalen, dus een gedetailleerde telling van deze elementen over een groot gebied van de ruimte, zoals het Perseus-sterrenstelsel, zou kunnen aangeven welke soorten witte dwergen vaker opbliezen.

"Het blijkt dat je een combinatie van Type Ia-supernova's met verschillende massa's nodig hebt op het moment van de explosie om de chemische abundanties te produceren die we in het gas in het midden van het Perseus-cluster zien, " zei Hiroya Yamaguchi, de hoofdauteur van het artikel en een UMD-onderzoeker bij Goddard. "We bevestigen dat ten minste ongeveer de helft van de Type Ia-supernova's bijna 1,4 zonsmassa's moet hebben bereikt."

Bij elkaar genomen, de bevindingen suggereren dat dezelfde combinatie van Type Ia-supernova's die ijzerpiekelementen in ons zonnestelsel produceren, ook deze metalen produceerde in het gas van de cluster. Dit betekent dat zowel het zonnestelsel als de Perseus-cluster een in grote lijnen vergelijkbare chemische evolutie doormaakten, wat suggereert dat de processen die sterren vormen - en de systemen die Type Ia-supernova's werden - op beide locaties vergelijkbaar waren.

"Hoewel dit slechts één voorbeeld is, er is geen reden om te twijfelen dat deze overeenkomst zich buiten onze Zon en de Perseus-cluster zou kunnen uitstrekken naar andere sterrenstelsels met andere eigenschappen, " zei co-auteur Kyoko Matsushita, een professor in de natuurkunde aan de Tokyo University of Science.

Hoewel van korte duur, de Hitomi-missie en zijn revolutionaire SXS-instrument - ontwikkeld en gebouwd door Goddard-wetenschappers die nauw samenwerken met collega's van verschillende instellingen in de Verenigde Staten, Japan en Nederland hebben de belofte van röntgenspectrometrie met hoge resolutie aangetoond.

"Hitomi heeft ons in staat gesteld dieper in te gaan op de geschiedenis van een van de grootste structuren in het universum, het Perseus-sterrenstelsel, en onderzoeken hoe deeltjes en materialen zich gedragen in de extreme omstandigheden daar, " zei Richard Kelley van Goddard, de Amerikaanse hoofdonderzoeker voor de Hitomi-samenwerking. "Onze meest recente berekeningen hebben een glimp opgeleverd van hoe en waarom bepaalde chemische elementen worden verspreid door sterrenstelsels buiten de onze."

Wetenschappers van JAXA en NASA werken nu aan het terugwinnen van de wetenschappelijke capaciteiten die verloren zijn gegaan bij het Hitomi-ongeluk door samen te werken aan de X-ray Astronomy Recovery Mission (XARM), zal naar verwachting in 2021 worden gelanceerd. Een van zijn instrumenten zal dezelfde capaciteiten hebben als de SXS die op Hitomi wordt gevlogen.

Hitomi gelanceerd op 17 februari, 2016, en leed 38 dagen later aan een missie eindigend ruimtevaartuig anomalie. Hitomi, wat zich vertaalt naar "leerling van het oog, " was voor de lancering bekend als ASTRO-H. De missie is ontwikkeld door het Institute of Space and Astronautical Science, een divisie van JAXA. Het werd gezamenlijk gebouwd door een internationale samenwerking onder leiding van JAXA, met bijdragen van Goddard en andere instellingen in de Verenigde Staten, Japan, Canada en Europa.