Innan dess korta uppdrag slutade oväntat i mars 2016, Japans Hitomi röntgenobservatorium fångade exceptionell information om rörelser av het gas i Perseus galaxhop. Nu, tack vare oöverträffade detaljer som tillhandahålls av ett instrument utvecklat gemensamt av NASA och Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), forskare har kunnat analysera djupare den kemiska sammansättningen av denna gas, ger nya insikter om de stjärnexplosioner som bildade de flesta av dessa element och kastade ut dem i rymden.

Perseus-klustret, ligger 240 miljoner ljusår bort i sin konstellation med samma namn, är den ljusaste galaxhopen i röntgenstrålar och bland de mest massiva nära jorden. Den innehåller tusentals galaxer som kretsar inom en tunn het gas, alla sammanbundna av gravitationen. Gasen är i genomsnitt 90 miljoner grader Fahrenheit (50 miljoner grader Celsius) och är källan till klustrets röntgenstrålning.

Med hjälp av Hitomis högupplösta Soft X-ray Spectrometer (SXS) instrument, forskare observerade klustret mellan 25 februari och 6 mars, 2016, få en total exponering på nästan 3,4 dagar. SXS observerade ett aldrig tidigare skådat spektrum, avslöjar ett landskap av röntgentoppar som sänds ut från olika kemiska element med en upplösning som är cirka 30 gånger bättre än tidigare sett.

I en artikel publicerad online i tidskriften Natur den 13 november, forskarteamet visar att proportionerna av grundämnen som finns i klustret är nästan identiska med vad astronomer ser i solen.

"Det fanns ingen anledning att förvänta sig att initialt, " sa medförfattaren Michael Loewenstein, en forskare vid University of Maryland vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Perseusklustret är en annan miljö med en annan historia än vår sols. När allt kommer omkring, kluster representerar en genomsnittlig kemisk fördelning från många typer av stjärnor i många typer av galaxer som bildades långt före solen."

En grupp av element är nära knuten till en viss klass av stjärnexplosion, kallas supernovor av typ Ia. Dessa sprängningar tros vara ansvariga för att producera det mesta av universums krom, mangan, järn och nickel-metaller som kollektivt kallas "järntopp"-element.

Typ Ia supernovor innebär total förstörelse av en vit dvärg, en kompakt rest som produceras av stjärnor som solen. Även om det är stabilt på egen hand, en vit dvärg kan genomgå en skenande termonukleär explosion om den paras ihop med ett annat föremål som en del av ett binärt system. Detta sker antingen genom att slås samman med en sällskapsvit dvärg eller, när den paras ihop med en närliggande normal stjärna, genom att stjäla lite av partners gas. Det överförda materialet kan ackumuleras på den vita dvärgen, ökar gradvis dess massa tills den blir instabil och exploderar.

En viktig öppen fråga har varit om den exploderande vita dvärgen är nära denna stabilitetsgräns – cirka 1,4 solmassor – oavsett dess ursprung. Olika massor producerar olika mängder järntoppmetaller, så en detaljerad sammanställning av dessa element över ett stort område av rymden, som Perseus galaxhop, kunde indikera vilka sorters vita dvärgar som blåste upp oftare.

"Det visar sig att du behöver en kombination av supernovor av typ Ia med olika massor i ögonblicket för explosionen för att producera de kemiska överflöd vi ser i gasen i mitten av Perseus-klustret, sa Hiroya Yamaguchi, tidningens huvudförfattare och en UMD-forskare vid Goddard. "Vi bekräftar att åtminstone ungefär hälften av supernovorna av typ Ia måste ha nått nästan 1,4 solmassor."

Tagen tillsammans, fynden tyder på att samma kombination av supernovor av typ Ia som producerar järntoppelement i vårt solsystem också producerade dessa metaller i klustrets gas. Detta betyder att både solsystemet och Perseus-klustret upplevde i stort sett liknande kemisk utveckling, vilket tyder på att processerna som bildar stjärnor - och systemen som blev supernovor av typ Ia - var jämförbara på båda platserna.

"Även om detta bara är ett exempel, Det finns ingen anledning att tvivla på att denna likhet kan sträcka sig bortom vår sol och Perseus-klustret till andra galaxer med andra egenskaper, " sa medförfattaren Kyoko Matsushita, professor i fysik vid Tokyo University of Science.

Även om det är kortlivat, Hitomi-uppdraget och dess revolutionerande SXS-instrument – ​​utvecklat och byggt av Goddard-forskare som arbetar nära med kollegor från flera institutioner i USA, Japan och Nederländerna – har visat löftet om högupplöst röntgenspektrometri.

"Hitomi har tillåtit oss att gräva djupare in i historien om en av de största strukturerna i universum, Perseus galaxhop, och utforska hur partiklar och material beter sig under de extrema förhållandena där, " sa Goddards Richard Kelley, USA:s huvudutredare för Hitomi-samarbetet. "Våra senaste beräkningar har gett en inblick i hur och varför vissa kemiska grundämnen är fördelade över galaxer bortom vår egen."

Forskare från JAXA och NASA arbetar nu för att återvinna de vetenskapliga förmågorna som gick förlorade i Hitomi-olyckan genom att samarbeta på X-ray Astronomy Recovery Mission (XARM), förväntas lanseras 2021. Ett av dess instrument kommer att ha kapacitet som liknar SXS som flygs på Hitomi.

Hitomi lanserades den 17 februari, 2016, och drabbades av en anomali i rymdskepp som avslutade uppdraget 38 dagar senare. Hitomi, som översätts till "ögats pupill, " var känd före lanseringen som ASTRO-H. Uppdraget utvecklades av Institute of Space and Astronautical Science, en division av JAXA. Det byggdes gemensamt av ett internationellt samarbete ledd av JAXA, med bidrag från Goddard och andra institutioner i USA, Japan, Kanada och Europa.