Рентгеновский телескоп впервые обнаружил доплеровский сдвиг из-за собственной орбиты
- XRISM впервые обнаружил орбитальное красное и синее смещение линии железа по наблюдениям молекулярных облаков в центре Млечного Пути.
- В четырёх наблюдениях средняя разница скоростей составила 28 км/с при ожидаемых 14,7 км/с; авторы не исключают неизвестную инструментальную систематику.
Почему это важно: Будущим рентгеновским спектрометрам с более высоким разрешением может потребоваться учитывать положение и скорость телескопа для каждого фотона отдельно.
Учёные впервые обнаружили красное и синее смещение рентгеновских фотонов, вызванное не движением наблюдаемого источника, а орбитальным движением телескопа вокруг Земли. Эффект удалось обнаружить в данных японского рентгеновского телескопа XRISM с помощью наблюдений молекулярных облаков в центре Млечного Пути. Статистический анализ четырёх наблюдений показывает свидетельства красного смещения на уровне 95%.
Причина эффекта хорошо известна из физики: частота и энергия света зависят от относительного движения наблюдателя и источника. XRISM совершает оборот вокруг Земли за 90 минут и во время этого движения то приближается к наблюдаемому объекту, то удаляется от него. Поэтому в одной части орбиты рентгеновские фотоны приходят с чуть большей энергией, а в другой — с чуть меньшей. Максимальная ожидаемая скорость такого изменения для выбранных наблюдений составляет около 15 км/с.
На первый взгляд этот эффект слишком мал, чтобы его заметить. Учёные анализировали яркую узкую линию железа с энергией около 6,4 кэВ. Для одного фотона орбитальное движение XRISM меняет его энергию примерно на 0,14 эВ — меньше энергетического разрешения самого прибора. Однако множество фотонов можно разделить по фазам орбиты и сравнить их спектры. Если телескоп движется от источника, то линия должна немного смещаться в красную сторону, а при движении к источнику — в синюю.
Для этого авторы разработали специальный алгоритм, который восстанавливает орбитальный период непосредственно из временного ряда наблюдений. XRISM регулярно скрывается от источника за Землёй, поэтому в рентгеновском потоке появляются почти 90-минутные провалы. Зная положение этих провалов, учёные разделили данные на участки орбиты и отдельно определили красное смещение линии железа для движения от источника и к нему. В одном из наблюдений разница соответствующих скоростей составила 24 ± 19 км/с.
Затем тот же анализ провели ещё для трёх наблюдений молекулярных облаков в районе центра галактики. Во всех четырёх случаях измеренная разница оказалась заметной и в среднем составила 28 км/с, тогда как для движения XRISM в направлении выбранных источников ожидалось около 14,7 км/с. Тест дал p = 0,0084, поэтому гипотезу об отсутствии связанной с орбитой модуляции авторы отвергают на заранее выбранном уровне значимости 5%. Результат выглядят убедительно, но сами авторы отдельно оставляют возможность неизвестного инструментального систематического эффекта.
Учёные отдельно проверили возможные инструментальные причины периодического сдвига — изменение температуры детектора, зависимость энергетической шкалы от счётной скорости и ошибки калибровки — и не нашли убедительного объяснения наблюдаемого эффекта.
Результат важен не как новый физический эффект в рентгеновских наблюдениях. Пока энергетическое разрешение XRISM недостаточно для коррекции энергии каждого отдельного фотона: орбитальный сдвиг меньше размера энергетического интервала данных. Его приходится учитывать статистически, например моделируя дополнительное уширение спектральных линий. Но будущие рентгеновские спектрометры с много большим разрешением смогут различать значительно меньшие изменения энергии. Тогда положение и скорость телескопа в каждый момент наблюдения может потребоваться учитывать уже для каждого фотона отдельно. Авторы предлагают заранее включать такую информацию в стандартные файлы рентгеновских наблюдений, чтобы будущие инструменты не принимали собственное движение аппарата за свойства наблюдаемых космических объектов.
© iXBT
