The Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) mission, launched on 2012 June 13, is the first focusing high-energy X-ray telescope in orbit. NuSTAR operates in the band from 3 to 79 keV, extending the sensitivity of focusing far beyond the ∼10 keV high-energy cutoff achieved by all previous X-ray satellites. The inherently low background associated with concentrating the X-ray light enables NuSTAR to probe the hard X-ray sky with a more than 100-fold improvement in sensitivity over the collimated or coded mask instruments that have operated in this bandpass. Using its unprecedented combination of sensitivity and spatial and spectral resolution, NuSTAR will pursue five primary scientific objectives: (1) probe obscured active galactic nucleus (AGN) activity out to the peak epoch of galaxy assembly in the universe (at z ≲ 2) by surveying selected regions of the sky; (2) study the population of hard X-ray-emitting compact objects in the Galaxy by mapping the central regions of the Milky Way; (3) study the non-thermal radiation in young supernova remnants, both the hard X-ray continuum and the emission from the radioactive element 44Ti; (4) observe blazars contemporaneously with ground-based radio, optical, and TeV telescopes, as well as with Fermi and Swift, to constrain the structure of AGN jets; and (5) observe line and continuum emission from core-collapse supernovae in the Local Group, and from nearby Type Ia events, to constrain explosion models. During its baseline two-year mission, NuSTAR will also undertake a broad program of targeted observations. The observatory consists of two co-aligned grazing-incidence X-ray telescopes pointed at celestial targets by a three-axis stabilized spacecraft. Deployed into a 600 km, near-circular, 6° inclination orbit, the observatory has now completed commissioning, and is performing consistent with pre-launch expectations. NuSTAR is now executing its primary science mission, and with an expected orbit lifetime of 10 yr, we anticipate proposing a guest investigator program, to begin in late 2014.

X-ray reflection models are used to constrain the properties of the accretion disk, such as the degree of ionization of the gas and the elemental abundances. In combination with general relativistic ray tracing codes, additional parameters like the spin of the black hole and the inclination to the system can be determined. However, current reflection models used for such studies only provide angle-averaged solutions for the flux reflected at the surface of the disk. Moreover, the emission angle of the photons changes over the disk due to relativistic light bending. To overcome this simplification, we have constructed an angle-dependent reflection model with the xillver code and self-consistently connected it with the relativistic blurring code relline. The new model, relxill, calculates the proper emission angle of the radiation at each point on the accretion disk and then takes the corresponding reflection spectrum into account. We show that the reflected spectra from illuminated disks follow a limb-brightening law highly dependent on the ionization of disk and yet different from the commonly assumed form I∝ln (1 + 1/μ). A detailed comparison with the angle-averaged model is carried out in order to determine the bias in the parameters obtained by fitting a typical relativistic reflection spectrum. These simulations reveal that although the spin and inclination are mildly affected, the Fe abundance can be overestimated by up to a factor of two when derived from angle-averaged models. The fit of the new model to the Suzaku observation of the Seyfert galaxy Ark 120 clearly shows a significant improvement in the constraint of the physical parameters, in particular by enhancing the accuracy in the inclination angle and the spin determinations.

X-ray observations of the core of the Perseus cluster reveal a remarkably quiescent atmosphere in which the gas has a line-of-sight velocity dispersion of about 164 kilometres per second in the region 30–60 kiloparsecs from the central nucleus; turbulent pressure support in the gas is four per cent of the thermodynamic pressure, necessitating only a small correction to the total cluster mass determined from hydrostatic equilibrium. The Hitomi collaboration reports X-ray observations of the core of the Perseus cluster of galaxies — the brightest X-ray-emitting cluster in the sky. Such clusters typically consist of tens to thousands of galaxies bound together by gravity and are studied as models of both small-scale cosmology and large-scale astrophysical processes. The data reveal a remarkably quiescent atmosphere, where gas velocities are quite low, with a line-of-sight velocity dispersion of about 164 kilometres per second at a distance of 30–60 kiloparsecs from the central nucleus. Clusters of galaxies are the most massive gravitationally bound objects in the Universe and are still forming. They are thus important probes1 of cosmological parameters and many astrophysical processes. However, knowledge of the dynamics of the pervasive hot gas, the mass of which is much larger than the combined mass of all the stars in the cluster, is lacking. Such knowledge would enable insights into the injection of mechanical energy by the central supermassive black hole and the use of hydrostatic equilibrium for determining cluster masses. X-rays from the core of the Perseus cluster are emitted by the 50-million-kelvin diffuse hot plasma filling its gravitational potential well. The active galactic nucleus of the central galaxy NGC 1275 is pumping jetted energy into the surrounding intracluster medium, creating buoyant bubbles filled with relativistic plasma. These bubbles probably induce motions in the intracluster medium and heat the inner gas, preventing runaway radiative cooling—a process known as active galactic nucleus feedback2,3,4,5,6. Here we report X-ray observations of the core of the Perseus cluster, which reveal a remarkably quiescent atmosphere in which the gas has a line-of-sight velocity dispersion of 164 ± 10 kilometres per second in the region 30–60 kiloparsecs from the central nucleus. A gradient in the line-of-sight velocity of 150 ± 70 kilometres per second is found across the 60-kiloparsec image of the cluster core. Turbulent pressure support in the gas is four per cent of the thermodynamic pressure, with large-scale shear at most doubling this estimate. We infer that a total cluster mass determined from hydrostatic equilibrium in a central region would require little correction for turbulent pressure.

X-ray irradiation of the accretion disc leads to strong reflection features, which are then broadened and distorted by relativistic effects. We present a detailed, general relativistic approach to model this irradiation for different geometries of the primary X-ray source. These geometries include the standard point source on the rotational axis as well as more jet-like sources, which are radially elongated and accelerating. Incorporating this code in the relline model for relativistic line emission, the line shape for any configuration can be predicted. We study how different irradiation geometries affect the determination of the spin of the black hole. Broad emission lines are produced only for compact irradiating sources situated close to the black hole. This is the only case where the black hole spin can be unambiguously determined. In all other cases the line shape is narrower, which could either be explained by a low spin or an elongated source. We conclude that for all those cases and independent of the quality of the data, no unique solution for the spin exists and therefore only a lower limit of the spin value can be given.

We present an extended scheme for the calculation of the profiles of emission lines from accretion discs around rotating black holes.The scheme includes discs with angular momenta which are parallel and antiparallel with respect to the black hole's angular momentum, as both configurations are assumed to be stable.We discuss line shapes for such discs and present a code for modelling observational data with this scheme in X-ray data analysis programs.Based on a Green's function approach, an arbitrary radius dependence of the disc emissivity and arbitrary limb darkening laws can be easily taken into account, while the amount of precomputed data is significantly reduced with respect to other available models.

XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) is an X-ray astronomy satellite developed in collaboration with JAXA, NASA and ESA. It successfully launched on Sept. 7, 2023. Two complementary X-ray telescopes, Resolve and Xtend are on-board XRISM. Resolve uses the pixelized X-ray micro calorimeter developed by NASA/GSFC and has very high energy resolution of 5 eV. On the other hand, Xtend uses an X-ray CCD camera as its focal plane detector which has high spatial resolution and a wide field of view. We evaluated the performance of the X-ray Mirror Assembly (XMA) for Xtend using data observed during the commissioning and PV phases of XRISM. To verify the imaging performance, the Point Spread Functions (PSF) generated from the observations of NGC 4151 and PDS 456 were compared with the ground-calibration results. The results show that the imaging performance of Xtend-XMA is not significantly different from that of the ground calibration, and that it meet the requirement. The effective area was verified by comparing the results of simultaneous observations of 3C 273 by XRISM and four X-ray astronomy satellites (Chandra, XMM-Newton, NuSTAR, and Swift). The results of the fitting of the X-ray spectrum of Xtend show no significant difference from the results of other satellites, suggesting the effective area used for fitting is correct. The on-axis position on the detector was estimated from the intensity of the Abell 2029 observations at four off-axis angles. The on-axis is about 40 arcsec away from the aim point, and the decrease in effective area at the aim point is less than 1%. Stray light observations of the Crab Nebula at 60 arcmin off-axis were obtained at two different satellite roll angles. The stray light intensity obtained at each roll angle was significantly different, verifying the dependence of the stray light on the roll angle.