XRISM
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1. 개요
XRISM(X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission)은 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 주도하고 미국 항공우주국(NASA) 등이 참여하여 개발한 X선 영상 및 분광 관측 위성이다. 2016년 실패한 히토미 위성의 후속 프로젝트로, Resolve와 Xtend라는 두 개의 X선 관측 기기를 탑재하여 우주의 구조 형성, 화학적 조성 진화, 블랙홀 주변 시공간 연구 등을 수행하는 것을 목표로 한다. 2023년 9월 H-IIA 로켓으로 발사되었으나, Resolve 검출기의 보호막이 열리지 않아 당초 예정된 성능을 발휘하지 못하고 있다.
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XRISM | |
---|---|
기본 정보 | |
![]() | |
이름 | X선 분광 촬상 위성 |
다른 이름 | XRISM ASTRO-H 후속 ASTRO-H2 XARM |
임무 유형 | X선 천문학 |
운영 기관 | JAXA |
COSPAR ID | 2023-137A |
SATCAT | 57800 |
웹사이트 | XRISM X선 분광 촬상 위성|JAXA X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission: What's New |
임무 기간 | 계획: 3년 |
경과 시간 | 2023년 9월 6일부터 |
우주선 정보 | |
우주선 유형 | ASTRO |
우주선 버스 | ASTRO-H |
제조사 | 알 수 없음 |
발사 질량 | 2300 kg |
크기 | 알 수 없음 |
전력 | 알 수 없음 |
발사 정보 | |
발사일 | 2023년 9월 6일, 23:42:11 UTC |
발사 로켓 | H-IIA 202 |
발사 장소 | Tanegashima, LA-Y1 |
발사 계약자 | Mitsubishi Heavy Industries |
궤도 정보 | |
궤도 기준 | 지구 중심 궤도 |
궤도 영역 | 저지구 궤도 |
궤도 근지점 | 550 km |
궤도 원지점 | 550 km |
궤도 경사 | 31.0° |
궤도 주기 | 96.0 분 |
궤도 긴반지름 | gee |
장비 정보 | |
장비 목록 | Resolve (연X선 분광기) Xtend (연X선 이미저) |
망원경 정보 | |
망원경 이름 | 연X선 망원경 |
망원경 직경 | 45 cm |
망원경 초점 거리 | 5.6 m |
프로그램 정보 | |
프로그램 | 일본의 X선 천문학 위성 |
이전 임무 | Hitomi (ASTRO-H) |
다음 임무 | 알 수 없음 |
물리적 특성 | |
최대 크기 | 7.9m x 9.2m x 3.1m |
질량 | 2.3톤 |
궤도 요소 | |
궤도 | 원 궤도 |
고도 | 550 ± 50 km |
궤도 경사각 | 31도 |
궤도 주기 | 약 96분 |
관측 장비 | |
장비 명칭 1 | Resolve |
장비 설명 1 | 연X선 분광 검출기 (soft X-ray spectrometer, SXS) |
장비 명칭 2 | Xtend |
장비 설명 2 | 연X선 촬상 검출기 (soft X-ray imager, SXI) |
2. 개발 배경 및 역사
스자쿠가 2015년 9월에 퇴역하고, 찬드라 X선 관측소와 XMM-뉴턴의 검출기가 15년 이상 사용되어 노후화되면서, 히토미의 실패는 X선 천문학계에 큰 공백을 야기했다.[8][2][6][9] 2035년에 ATHENA 발사 전까지 연성 X선 관측에 13년의 공백이 예상되었으며, 이는 제임스 웹 우주 망원경 등 다른 파장 관측 장비가 있어도 X선 천문학의 중요한 부분을 다룰 수 없음을 의미했다.[2][6] 또한, 새로운 임무 부재는 젊은 천문학자들의 프로젝트 참여 및 경험 축적 기회를 제한했다.[2][6]
이러한 상황과 히토미의 과학적 성과 회복 노력이 더해져 ''XRISM'' 프로젝트가 시작되었다. ISAS, 일본 고에너지 천체물리학 협회, NASA 천체물리학 소위원회, NASA 과학 위원회, NASA 자문 위원회에서 ''XRISM'' 프로젝트를 권고했다.[6][11]
2016년 6월 14일, JAXA는 히토미 위성 재건을 제안했고,[22] 10월에는 XARM 사전 프로젝트 준비팀이 구성되었다.[23] 2017년 여름, 미국에서 구상이 시작되었으며,[3] 같은 해 6월, ESA는 XARM에 기회 임무로 참여를 발표했다.[14]
프로젝트 초기 가칭은 "X선 천문 위성 대체기(X-ray Astronomy Recovery Mission: XARM)"였으나, 이후 "X선 분광 촬영 위성"으로 변경되었다. 히토미와 달리, ''XRISM''은 연X선 관측에 집중한다.
2. 1. 히토미(ASTRO-H) 위성의 실패와 교훈
''스자쿠''가 2015년 9월 퇴역하고, 찬드라 X선 관측소와 XMM-뉴턴에 탑재된 검출기가 15년 이상 운용되면서 점차 노후화됨에 따라, 히토미의 실패는 X선 천문학에 큰 공백을 초래했다.[8][2][6][9] 특히 2035년 ATHENA가 발사될 때까지 연성 X선 관측에서 13년의 공백기가 발생하여, 제임스 웹 우주 망원경과 같은 다른 파장의 관측 장비가 있어도 X선 천문학의 중요한 부분을 다룰 수 없게 되었다.[2][6] 이는 국제 사회에 큰 차질을 가져왔고,[10] 새로운 임무의 부재는 젊은 천문학자들이 프로젝트에 참여하여 직접 경험을 쌓을 기회를 잃게 만들었다.[2][6]이러한 이유로 ''히토미''의 실패를 극복하고 과학적 성과를 회복하기 위해 ''XRISM'' 프로젝트가 시작되었다. ISAS의 연구 및 관리 자문 위원회, 일본 고에너지 천체물리학 협회, NASA 천체물리학 소위원회, NASA 과학 위원회, NASA 자문 위원회에서 ''XRISM'' 프로젝트를 권고했다.[6][11]
''XRISM''은 ''히토미'' 사고의 재발을 방지하기 위해 ISAS의 프로젝트 관리 개혁의 일환으로 별도의 프로젝트 매니저(PM)와 주 연구자(PI)를 두는 첫 번째 프로젝트 중 하나가 되었다.[6]
''히토미''는 연 X선부터 연 감마선까지 다양한 기기를 갖추고 있었지만, ''XRISM''은 Resolve 기기 (''히토미''의 연 X선 분광기와 동일)[17]와 Resolve와 높은 유사성을 가진 Xtend (SXI)를 중심으로 한다.[18] 경 X선 망원경을 제거한 것은 2012년 NASA의 NuSTAR 위성 발사로 정당화되었는데, 이는 ''히토미''가 처음 계획되었을 때는 존재하지 않았다.[19][20] ''XRISM''의 작동이 시작되면 NuSTAR와의 협력 관측이 필수적이다.[4]
XRISM은 "히토미"에서 발생한 이상에 대한 다양한 대책이 마련되어 있으며, 특히 슬러스터 분사 이상 발생 시 위성의 회전이 임계치를 초과했을 경우 슬러스터 분사를 정지하는 기능을 추가하여 위성의 로버스트성과 신뢰성을 향상시키고자 했다.
2. 2. 국제 협력의 중요성
스자쿠가 2015년 9월 퇴역하고, 찬드라 X선 관측소와 XMM-뉴턴에 탑재된 검출기가 15년 이상 운용되면서 점차 노후화됨에 따라, 히토미의 실패는 X선 천문학자들이 2035년 ATHENA가 발사될 때까지 연성 X선 관측에서 13년의 공백기를 갖게 된다는 것을 의미했다.[8][2][6][9] 이는 국제 사회에 큰 차질을 가져올 것이며, 제임스 웹 우주 망원경과 같은 다른 파장의 대규모 관측소와 30미터 망원경이 2020년대 초에 가동될 예정이지만, X선 천문학의 가장 중요한 부분을 다룰 망원경은 없을 것이기 때문이다.[2][6] 새로운 임무가 없으면 젊은 천문학자들이 프로젝트에 참여하여 직접 경험을 쌓을 기회를 빼앗길 수도 있다.[2][6]이러한 이유와 더불어, 히토미의 결과로 기대했던 과학을 회복하려는 동기가 XRISM 프로젝트를 시작하는 근거가 되었다. XRISM은 ISAS의 연구 및 관리 자문 위원회, 일본 고에너지 천체물리학 협회, NASA 천체물리학 소위원회, NASA 과학 위원회, NASA 자문 위원회에서 권고되었다.[6][11]
2023년 9월 성공적으로 발사된[1] XRISM은 NASA와 유럽 우주국(ESA)을 포함한 여러 우주 기관이 이 임무에 참여하고 있다.[14] 일본에서는 JAXA의 ISAS 부서가 이 프로젝트를 주도하고 있으며, 미국의 참여는 NASA의 GSFC가 주도하고 있다. 미국의 기여는 약 8000만달러로 예상되며, 이는 히토미에 대한 기여와 비슷한 액수이다.[15][16]
2. 3. 개발 연표
연도 | 사건 |
---|---|
2015년 9월 | 스자쿠 퇴역.[8] |
2016년 6월 14일 | JAXA가 히토미 위성 재건 제안 발표.[22] |
2016년 10월 | XARM 사전 프로젝트 준비팀 구성.[23] |
2017년 여름 | 미국에서 구상 시작.[3] |
2017년 6월 | ESA가 XARM에 기회 임무로 참여 발표.[14] |
2018년 | "X선 천문 위성 대체기(X-ray Astronomy Recovery Mission: XARM)"에서 "X선 분광 촬영 위성(XRISM)"으로 명칭 변경. |
2020년 | 발사가 2022년으로 연기. |
2021년 | 소형 달 착륙 실증기 SLIM 동반 탑재 예정이었음. |
2023년 5월 | 발사 재연기. |
2023년 3월 7일 | H3 로켓 시험기 1호기 발사 실패로 발사 일정 조정.[36] |
2023년 8월 26일 | 발사 예정일이었으나 기상 악화로 연기.[37] |
2023년 8월 27일, 28일 | 기상 악화(상공 강풍)로 발사 중지 및 재연기.[37] |
2023년 9월 7일 | 오전 8시 42분 11초(JST) 다네가시마 우주 센터에서 발사 성공. XRISM은 발사 14분 후, SLIM은 48분 후 궤도 진입.[39] |
2023년 9월 8일 ~ 15일 | 발사 예비 기간.[38] |
3. 설계 및 기술적 특징
X선 영상 및 분광 관측 위성(XRISM)은 ISAS가 별도의 프로젝트 매니저(PM)와 주 연구자(PI)를 두는 첫 번째 프로젝트 중 하나이다. 이는 히토미 사고의 재발을 방지하기 위한 ISAS의 프로젝트 관리 개혁의 일환으로 취해졌다.[6] 전통적인 ISAS 임무에서 PM은 NASA 임무에서 PI에게 할당될 작업도 담당했다.
프로젝트 초창기에는 "X선 천문 위성 대체기(X-ray Astronomy Recovery Mission: XARM)"라는 가칭으로 불렸으나, 프로젝트 이행 시 "X선 분광 촬영 위성"으로 변경되었다.
3. 1. 관측 장비
''XRISM''은 연 X선 에너지 범위를 연구하기 위해 Resolve와 Xtend라는 두 가지 관측 장비를 탑재하고 있다. 각 장비에는 SXT-I (이미저용 연 X선 망원경)와 SXT-S (분광기용 연 X선 망원경) 망원경이 있으며,[6] 두 망원경의 초점 거리는 5.6m이다.[2]
히토미는 연 X선부터 연 감마선까지 다양한 기기를 갖추고 있었지만, ''XRISM''은 Resolve (''히토미''의 연 X선 분광기와 동일)[17]와 Xtend (''히토미''의 SXI와 유사)[18]를 중심으로 한다. Resolve는 NASA와 고다드 우주 비행 센터에서 개발한 X선 마이크로 칼로리미터이며, Xtend는 X선 CCD 카메라이다.
3. 1. 1. Resolve
Resolve는 NASA와 고다드 우주 비행 센터에서 개발한 X선 마이크로 칼로리미터이다.[25] 이 장비는 히토미 SXS 제작 과정에서 남은 우주용 하드웨어를 사용하여 만든 히토미의 복제본이다.[26]
3. 1. 2. Xtend
Xtend는 X선 CCD 카메라로, 히토미의 SXI보다 에너지 분해능이 향상되었다.[27]
3. 2. 히토미(ASTRO-H)와의 비교
히토미는 연 X선부터 연 감마선까지 다양한 기기를 갖추고 있었지만, ''XRISM''은 Resolve 기기 (''히토미''의 연 X선 분광기와 동일)[17]와 Resolve와 높은 유사성을 가진 Xtend (SXI)를 중심으로 한다.[18] 경 X선 망원경을 제거한 것은 2012년 NASA의 NuSTAR 위성 발사로 정당화되었는데, 이는 ''히토미''(당시에는 New X-Ray Telescope, NeXT로 알려짐)가 처음 계획되었을 때는 존재하지 않았다.[19][20] NuSTAR의 공간 및 에너지 분해능은 ''히토미''의 경 X선 기기와 유사하다.[19] 따라서 ''XRISM'' 작동이 시작되면 NuSTAR와의 협력 관측이 필수적일 것이다.[4] 한편, 연 X선과 경 X선 대역폭 경계의 과학적 가치가 주목받았으며, ''XRISM''의 기기를 부분적으로 경 X선 관측이 가능하도록 업그레이드하는 방안이 검토 중이다.[18][19]
2017년에는 ''히토미''를 능가하는 성능을 가진 경 X선 망원경 제안이 제시되었다.[21] ''FORCE'' (Focusing On Relativistic universe and Cosmic Evolution, 상대론적 우주와 우주 진화에 집중) 우주 망원경은 차기 ISAS 경쟁 중형급 임무 후보이다. 만약 선정된다면 ''FORCE''는 ATHENA와의 동시 관측을 목표로 2020년대 중반 이후에 발사될 것이다.[21][4]
히토미와는 다르게 경X선 관련 및 연감마선 관측 장비는 탑재되지 않고, 연X선 관측에 집중된 구성을 갖추고 있다.
3. 3. 슬러스터 분사 이상 대책
XRISM은 히토미에서 발생한 이상 현상에 대한 다양한 대책을 마련했으며, 직접적인 원인이 된 슬러스터 분사 이상을 방지하는 대책도 포함하고 있다.[6] NASA는 슬러스터 분사 이상이 발생할 경우에 대비한 추가 대책을 요청했다. 이에 따라 "설계 범위 내에서는 상정할 수 없는 요인"으로 인해 슬러스터 분사 이상이 발생할 경우, 위성의 회전이 임계치를 넘으면 슬러스터 분사를 정지하는 기능을 추가하여 위성의 로버스트성과 신뢰성을 높였다.[6]
4. 발사 및 운용 현황
XRISM은 다네가시마 우주 센터에서 H-IIA 로켓을 사용하여 발사되어 궤도에 성공적으로 진입했다. 함께 발사된 SLIM은 달을 향한 여정을 시작했다.[1]
주 장비인 Resolve의 셔터가 열리지 않아 관측 가능한 X-선 에너지 범위가 대신 이상으로 제한되는 문제가 발생했다. Xtend의 셔터는 정상적으로 작동한다.[28][29]
4. 1. 발사 과정
JAXA는 2023년 9월 6일 23시 42분(UTC)(일본 표준시 9월 7일 08시 42분)에 다네가시마 우주 센터에서 H-IIA 로켓을 사용하여 XRISM을 발사했다. XRISM은 같은 날 궤도에 성공적으로 진입했으며, 함께 발사된 SLIM은 달까지 수개월간의 여정을 시작했다.[1]프로젝트 초창기에는 "X선 천문 위성 대체기(X-ray Astronomy Recovery Mission: XARM)"라는 가칭으로 불렸으나, 프로젝트 이행 시 "X선 분광 촬영 위성"으로 변경되었다.
당초 2021년도에 SLIM을 동반 탑재하여 H-IIA 로켓으로 발사할 예정이었으나, 2020년에 2022년도로 발사가 연기되었고, 2023년 5월에 다시 연기되었다. 2023년 3월 7일에 실시된 H3 로켓 시험기 1호기의 발사가 실패하면서, 그 원인이 H-IIA 로켓과 공통적으로 사용되는 부품으로 보여졌기 때문에[36], 대책을 실시하는 과정에서 최종적으로 2023년 8월 26일이 발사 예정일이 되었다.
하지만, 기상 악화로 인해 발사 예정일이 같은 달 27일, 28일로 연기되었고, 최종적으로 28일 상공의 강풍으로 인해 발사가 중지되어 재차 연기되었다.[37] 이후 발사 예정일은 9월 7일 오전 8시 42분 11초 (JST), 예비 기간은 9월 8일부터 15일까지로 발표되었다.[38]
9월 7일, 예정대로 오전 8시 42분 11초에 다네가시마 우주 센터에서 발사되어, XRISM을 14분 후에 궤도에 진입시켰다. SLIM도 발사 48분 후에 궤도에 진입하며 발사는 성공했다.[39]
4. 2. 초기 운용 결과 및 문제점
XRISM은 2023년 9월 6일 23시 42분(UTC)에 다네가시마 우주 센터에서 H-IIA 로켓을 사용하여 발사되어 같은 날 궤도에 성공적으로 진입했다.[1]2023년 9월 11일, 임계 운용 기간이 종료되고, 위성의 기본 기능 성능 확인을 위한 위탁 운용 기간[41]으로 전환되었다.[40]
2024년 1월 5일, 첫 관측(퍼스트 라이트) 데이터가 공개되었으나,[42] Resolve 검출기의 X선 입사부에 장착된 보호막이 닫혀 있어 당초 예정된 성능을 발휘할 수 없었다. Resolve 장비의 탐지기 위에 있는 이 보호 셔터는 장비 작동을 막지는 않지만, 계획된 300eV 대신 1800eV 이상의 에너지의 X-선을 관측하도록 제한한다.[28][29] 반면 Xtend에 있는 비슷한 셔터는 정상적으로 열렸다.
2024년 9월 20일, 관측 성과 보고와 함께 Resolve 보호막이 여전히 닫힌 상태로 당초 예정된 성능을 발휘할 수 없다는 점이 다시 한번 설명되었다.[43][44]
미션 기기 시험 중 원인 불명의 상황이 발생하여 원인 규명과 대책 검토에 시간이 소요되었다.
4. 3. 향후 계획
2023년 9월 11일, 임계 운용 기간 종료가 발표[40]되었고, 위성의 기본 기능 성능 확인을 위한 위성 위탁 운용 기간[41]으로 전환되었다.2024년 1월 5일, 시험 운용에 따른 첫 관측(퍼스트 라이트) 데이터가 공개[42]되었다. Resolve 검출기의 X선 입사부에 장착된 보호막이 닫힌 상태여서 당초 예정된 성능을 발휘할 수 없었다. 같은 해 9월 20일, 관측 성과 보고와 함께, 여전히 Resolve 보호막이 닫힌 상태로 당초 예정된 성능을 발휘할 수 없다는 점이 설명되었다[43][44]。
5. 과학적 목표
스자쿠의 퇴역과 찬드라 X선 관측소, XMM-뉴턴 검출기의 노후화로 인해 발생한 X선 관측 공백기를 메우고, 히토미 위성이 달성하지 못한 과학적 목표를 수행하기 위해 XRISM 프로젝트가 시작되었다.[8][2][6][9] 제임스 웹 우주 망원경 등 다른 파장 관측소와 30미터 망원경의 가동 예정에도 불구하고 X선 천문학의 발전에 큰 차질이 예상되었고, 젊은 천문학자들의 연구 참여 기회도 제한될 수 있었다.[2][6]
XRISM은 일본 우주 항공 연구 개발 기구(ISAS)가 주도하고, 미국 NASA 고다드 우주 비행 센터(GSFC), 유럽 우주국(ESA) 등이 참여하는 국제 협력 프로젝트이다.[14][15][16] 미국의 참여 비용은 약 8000만달러로 예상된다.[15][16]
5. 1. 우주 구조 형성과 진화 연구
스자쿠가 2015년 9월 퇴역하고, 찬드라 X선 관측소와 XMM-뉴턴에 탑재된 검출기가 15년 이상 운용되면서 점차 노후화됨에 따라, X선 천문학자들은 2035년 ATHENA가 발사될 때까지 연성 X선 관측에서 13년의 공백기를 갖게 되었다.[8][2][6][9] 이는 국제 사회에 큰 차질을 가져올 것이며, 제임스 웹 우주 망원경과 같은 다른 파장의 대규모 관측소와 30미터 망원경이 2020년대 초에 가동될 예정이지만, X선 천문학의 가장 중요한 부분을 다룰 망원경은 없을 것이기 때문이다.[2][6]2023년 9월 성공적으로 발사된[1] XRISM은 우주의 구조 형성, 은하/활동 은하핵으로부터의 피드백, 별에서 은하단으로의 물질 순환 역사 등 히토미에서 놓친 과학을 다룰 것으로 예상된다.[4] XRISM은 은하단의 압력 균형이 어떻게 유지되는지 조사하여 은하단의 구조 형성 역사를 밝히고, 우주의 화학적 조성 진화를 연구하며, 블랙홀 주변 물질의 움직임을 관찰하여 일반 상대성 이론적 시공간 구조를 규명하는 것을 주요 목적으로 한다.[35]
5. 2. 블랙홀 및 상대성 이론 연구
블랙홀 주변 물질의 움직임을 관찰하여 일반 상대성 이론적 시공간 구조를 규명하는 것을 주요 목적으로 한다.[35]5. 3. 기타 연구
XRISM영어은 우주의 구조 형성, 은하/활동은하핵으로부터의 피드백, 별에서 은하단으로의 물질 순환 역사 등 히토미에서 놓친 과학을 다룰 것으로 예상된다.[4] 이 우주 망원경은 또한 유럽 고에너지 천체물리학을 위한 첨단 망원경 (ATHENA) 망원경의 기술 시연자로서 히토미의 역할을 이어받을 것이다.[9][12][13]참조
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JAXAの天文衛星「XRISM」がファーストライト 銀河団と超新星残骸の観測データを公開
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