ART-XC осмотрел три четверти неба

Уже почти пять месяцев телескоп ART-XC обсерватории «Спектр-РГ» ведет наблюдения в жестких рентгеновских лучах, осматривая каждый день новое большое кольцо шириной в один градус на небе. 4 мая 2020 года пройдена очередная знаковая отметка – осмотрены три четверти неба! Ученые ИКИ РАН в ежедневном режиме обрабатывают данные, поступающие с орбиты на антенны дальней космической связи (в России, а также на антенны европейской системы дальней космической связи в Испании и в Аргентине), исследуют ранее известные и открывают новые рентгеновские источники в разных участках неба.

Карта трех четвертей неба в галактических координатах, полученная с помощью телескопа ART-XC в диапазоне энергий 4–12 кэВ

Напоминающая своей формой синий цветок карта трех четвертей неба в галактических координатах получена с помощью телескопа ART-XC в диапазоне энергий 4–12 кэВ. В результате специальной обработки из рентгеновских изображений был убран фоновый сигнал, связанный с заряженными частицами на орбите космического аппарата в районе точки L2, а также с излучением слабых внегалактических и галактических источников, размеры которых слишком малы, чтобы «увидеть» их как отдельные объекты (так называемые космический рентгеновский фон и излучение «хребта» Галактики). Это позволило выделить отдельные, в основном точечные, рентгеновские источники галактического и внегалактического происхождения. Всего их на представленной карте несколько сотен.

Можно отметить повышенную концентрацию источников в центральной области и плоскости Галактики, а также в районе полюсов эклиптики. Последнее связано с тем, что именно в этих полюсах (два «узла» на представленной карте) пересекаются большие круги, прочерчиваемые на небе телескопом ART-XC, что позволяет заглянуть в более далекую Вселенную в этих участках неба. Кроме того, рядом с южным полюсом эклиптики находится знаменитый спутник нашей Галактики — Большое Магелланово Облако, в котором телескоп ART-XC тоже различает рентгеновские источники — в основном аккрецирующие нейтронные звезды и черные дыры.

Обзор продолжается. Ожидается, что уже в июне 2020 года все недостающие фрагменты рентгеновской «мозаики» неба, собираемой телескопом ART-XC, будут на своих местах.

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3-8 кэВ) и жестком (4-20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

    • Научный руководитель миссии: академик Рашид Алиевич Сюняев;
    • Научный руководитель по телескопу ART-XC (Россия): доктор физ.-мат. наук Михаил Николаевич Павлинский;
    • Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель.

«Спектр-РГ»: вокруг точки Лагранжа за 177 дней

16 апреля 2020 г. астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ» стала первым отечественным космическим аппаратом, который облетел точку Лагранжа L2. На это ему потребовалась половина года: 22 октября 2019 г. двигатели «Спектра-РГ» выполнили маневр коррекции, после которого аппарат вышел на рабочую орбиту вокруг L2. За это время Земля сделала пол-оборота вокруг Солнца, а научные приборы обсерватории успели провести калибровки приборов и проверочные наблюдения, а затем осмотреть более половины небесной сферы. Работа продолжается!

Траектория космического аппарата «Спектр-РГ» в космосе похожа на спираль: он вращается вокруг точки Лагранжа L2, которая находится примерно в 1,5 миллиона километров на линии «Солнце–Земля» в сторону от Солнца. В этой точке силы притяжения Земли и Солнца, как это принято говорить, уравновешиваются центробежной силой, так что помещенное в эту точку тело в ней и остаётся, вращаясь вокруг Солнца.

Однако это идеальный случай — в реальности же космические аппараты находятся не точно в L2, а движутся вокруг неё по различным траекториям. В частности, «Спектр-РГ» облетает L2 по эллиптической незамкнутой орбите с размерами полуосей более 750 тысяч километров и около 250 тысяч километров.

Точка L2 удобна для проведения обзоров: вращаясь вокруг оси, которая примерно соответствует направлению на Солнце, аппарат «Спектр-РГ» сможет провести полный обзор небесной сферы за полгода, при этом в поле зрения его телескопов не попадает Солнце. Но такая рабочая орбита неустойчива, поэтому приходится периодически (примерно один раз в два месяца) проводить маневры коррекции, чтобы аппарат оставался на ней.

Эта орбита была рассчитана в ИКИ и Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша (ИПМ) Академии наук несколько десятилетий назад для космического эксперимента «Реликт-2». Из-за социально-экономических проблем 1990-х годов этот проект не был реализован, и первым отечественным аппаратом, достигшим точки Лагранжа L2, а теперь и совершившим её облёт, стал именно «Спектр-РГ».

«Расчёт орбиты для обсерватории проводили сотрудники баллистических центров в ИПМ, а также НПО им. Лавочкина и ЦНИИМаш, и они с блеском решили эту задачу, подтвердив высокий класс школы отечественной баллистики. Они также постоянно отслеживают положение аппарата. Поддержанием «Спектра-РГ» на орбите занимается команда управления аппаратом в НПОЛ. Благодаря их труду всё идёт по плану», — говорит Михаил Павлинский, заместитель научного руководителя проекта «Спектр-РГ».

Проекция траектории КА «Спектр-РГ» на плоскость эклиптики. Пунктиром обозначена орбита Луны. Зелёные квадраты обозначены моменты проведения трех коррекций траектории на перелете: К1, К2, К3. Оранжевым обозначен момент «замыкания» рабочей орбиты после полного оборота (орбита незамкнута). Красный кружок — положение КА через полгода после выхода на рабочую орбиту © ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

«Спектр-РГ» вышел на рабочую орбиту 22 октября 2019 года. За полгода его научные инструменты — рентгеновские телескопы eROSITA и ART-XC успели провести обзор более половины небесной сферы. Всего же за год будет получено два обзора (неравномерность обзора связана с разной скоростью вращения аппарата при сканировании). Работа продолжается!

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3-8 кэВ) и жестком (4-20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

  • Научный руководитель миссии: академик Рашид Алиевич Сюняев;
  • Научный руководитель по телескопу ART-XC (Россия): доктор физ.-мат. наук Михаил Николаевич Павлинский;
  • Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель.

Телескоп ART-XC обсерватории СРГ осмотрел полнеба

1 апреля 2020 года проводимый телескопом ART-XC обсерватории СРГ обзор неба в жестких рентгеновских лучах достиг важной вехи – осмотрена половина неба! На представленной (в галактических координатах) карте нанесены все рентгеновские фотоны с энергиями 4-12 кэВ, зарегистрированные телескопом начиная с 8 декабря.

На этой карте можно увидеть лишь самые яркие рентгеновские источники на осмотренной половине неба. Однако если рассматривать отдельные участки карты в увеличенном масштабе, то начинает раскрываться богатство рентгеновского неба. Особый интерес для ученых представляет центральная область нашей Галактики. Напомним, что в августе-сентябре 2019 года, еще во время перелета обсерватории СРГ в район точки Лагранжа системы Солнце-Земля, телескоп ART-XC провел уникальный обзор центральной зоны Галактики общей площадью около 40 квадратных градусов (примерно одна тысячная неба). Во время регулярного сканирования неба в марте 2020 года с помощью телескопа ART-XC удалось осмотреть гораздо большую область неба в этом направлении, пусть и с несколько меньшей чувствительностью. На отдельном рисунке показана свежая карта центральной области Галактики площадью около 400 кв. град в жестких рентгеновских лучах. В результате сравнения этой карты с той, которая была получена телескопом ART-XC полгода назад, оказалось, что некоторые астрофизические объекты стали намного ярче, а другие, наоборот, практически погасли. В основном, речь идет о черных дырах и нейтронных звездах, рентгеновская переменность которых связана с непостоянным темпом «заглатывания» вещества со звезды-компаньона.

Обзор продолжается. Ожидается, что уже в июне 2020 года будет получена первая карта всего неба.

«Спектр-РГ»/еРОЗИТА: есть рентгеновская карта половины неба!

В работе астрофизиков России и Германии, работающих сейчас на удалении от своих рабочих мест, знаменательное событие: построены рентгеновские карты половины неба по данным телескопов АРТ-ХС и еРОЗИТА на борту орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ».

Полная площадь небесной сферы составляет 41 тысячу 253 квадратных градуса. К вечеру 29 марта 2020 года телескоп СРГ/еРОЗИТА построил рентгеновскую карту, охватывающую 20 тысяч 637 квадратных градусов. На карте четверти неба, за обработку и анализ которой отвечают российские астрофизики, уже задетектировано более 125 тысяч рентгеновских источников. Среди них — десятки тысяч ядер активных галактик и квазаров, излучение которых связано с аккрецией (падением) вещества на сверхмассивные черные дыры и несколько тысяч массивных скоплений галактик, заполненных в основном загадочным темным веществом. Абсолютное большинство этих объектов находится на космологических расстояниях от нас, превышающих миллиарды световых лет.

Карта четверти всего неба, полученная российским консорциумом СРГ/еРОЗИТА 29 марта 2020 г. (с) СРГ/еРОЗИТА/ИКИ
Карта четверти всего неба, полученная российским консорциумом СРГ/еРОЗИТА 29 марта 2020 г. (с) СРГ/еРОЗИТА/ИКИ

«Поразительно, сколько информации содержит эта карта! — рассказывает научный руководитель миссии академик Рашид Алиевич Сюняев. — Мы видим на ней десятки тысяч звезд с активными коронами, намного более яркими в рентгене, чем солнечная, остатки вспышек сверхновых, пульсары, аккрецирующие белые карлики и многие другие типы галактических источников рентгеновского излучения. Многие из этих объектов наблюдаются впервые. К сожалению, мы физически не можем отобразить на карте положение и яркость всех обнаруженных источников — их слишком много, и они сливаются для зрителя. Нужно помещение громадного размера, чтобы мы могли поместить туда столь подробную карту. Но их яркость и положение на небе измерены с хорошей точностью. Например, положение большинства обнаруженных рентгеновских источников на небе известно теперь с точностью лучше десяти угловых секунд. Это позволяет нам отождествить часть открываемых объектов с источниками, которые уже были известны в оптическом или инфракрасном диапазонах спектра».

На полученной карте этой четверти неба обращает на себя внимание Северный Полярный Шпур — ярчайшая и самая протяженная в мягких рентгеновских лучах область нашей Галактики. Природа этого объекта остается все еще нерешенной проблемой, хотя обсуждается несколько гипотез.

Также на полученной карте неба хорошо видна темная полоса, протянувшаяся вдоль и немного выше плоскости нашей Галактики, где поверхностная яркость рентгеновского излучения меньше, чем в других частях карты. Это связано с поглощением мягких рентгеновских лучей газом и пылью в этой части нашей Галактики.

Телескопы обсерватории СРГ сканируют небо вдоль большого круга на небесной сфере, плоскость которого поворачивается примерно в соответствии с движением Земли вокруг Солнца. Все сканы пересекаются в полюсах эклиптики (плоскость Солнечной системы), где рентгеновская карта неба имеет наибольшую чувствительность. Плотность объектов, детектируемых телескопом СРГ/еРОЗИТА в этих зонах, достигает 350 источников на квадратный градус.

Сканирование неба телескопами орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» продолжается. Предприятия ГК «Роскосмос» ведут управление спутником, антенны дальней космической связи ежедневно осуществляют прием научных данных и посылают команды на спутник и научные приборы, находящиеся на расстоянии в полтора миллиона км от Земли (в четыре раза дальше Луны). Ученые ИКИ РАН в удаленном режиме ведут обработку научных данных на мощных компьютерах в центре данных проекта. Карту на противоположной четверти неба строят ученые германского Института внеземной физики Общества имени Макса Планка (Max Planck Institut fuer Extraterrestrische Physik, MPE). Вместе две эти «четвертинки» и составляют половину всего неба.

Планируется, что первая наша рентгеновская карта всего неба будет получена «Спектром-РГ» к концу июня этого года.

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3-8 кэВ) и жестком (4-20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

  • Научный руководитель миссии: академик Рашид Алиевич Сюняев;
  • Научный руководитель по телескопу ART-XC (Россия): доктор физ.-мат. наук Михаил Николаевич Павлинский;
  • Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель.

Три месяца обзора неба телескопом SRG/ART-XC

Представлена карта в галактических координатах, полученная после трёх месяцев обзора неба телескопом ART-XC обсерватории СРГ. На карту нанесены все события, зарегистрированные за этот период в диапазоне энергий 4-12 кэВ.

При проведении обзора нам необходимо всегда «держать» Землю в пределах диаграммы направленности рупора антенны космического аппарата для ежедневного сброса на Землю накопленной информации. В период с 8 декабря 2019 по 8 марта 2020 года угол между Землей и Солнцем превышал угол полураствора рупора, и ось вращения космического аппарата приходилось смещать от направления на Солнце в сторону Земли. Усреднённая суточная скорость поворота оси вращения аппарата оказалась 0.77 градуса в сутки и, как результат, за первые три месяца удалось осмотреть не половину всего неба, а только 39%, т.е. 16 тыс. кв. градусов. Следующие три месяца обзор неба пройдет в ускоренном режиме, с усреднённой скоростью поворота оси вращения 1.2 градуса в сутки. С 9 марта по 7 июня 2020 года предстоит осмотреть около 25 тыс. кв. градусов неба.

Некоторые детали на карте:

На карте видны несколько ярких полос, которые возникли из-за необходимости повторения обзоров этих участков неба.

В «северной» части неба выделяется ярчайший галактический источник Скорпион X-1 (Sco X-1). Именно с его открытия 58 лет назад началась внеатмосферная и внесолнечная рентгеновская астрономия. Этот источник для жителей Земли является вторым по яркости постоянным небесным рентгеновским источником после Солнца. Прекрасное временное разрешение и малое «мёртвое» время детекторов телескопа ART-XC позволяют им не “слепнуть” при наблюдении даже таких ярких источников, как Скорпион. Более того, яркие источники регистрируется детекторами ART-XC даже вне поля зрения телескопа – благодаря однократным отражениям фотонов от зеркальных систем. Именно из-за этого Скорпион X-1 выглядит на карте как протяжённый объект размером 2 кв. град.

На представленной карте неба невозможно увидеть все зарегистрированные телескопом ART-XC источники, отличающиеся в десятки тысяч раз по яркости. При построении этой карты пришлось более чем в сто раз увеличить исходный размер пикселя изображения, в результате чего слабые источники оказались “замыты” фоном. Такие источники, однако, можно увидеть на увеличенных картах небольших участков неба. В правом нижнем углу показано поле, содержащее катаклизмическую переменную TW Живописца — двойную систему, в которой вещество перетекает со звезды-компаньона на белый карлик. Этот слабый источник наблюдался буквально только что — 8 марта. Размер пикселя на этом изображении соответствует 20 угловым секундам, в то время как на карте всего неба размер пикселя в 20 раз больше.

 

СРГ/еРОЗИТА: Есть рентгеновская карта трети всего неба!

Орбитальная обсерватория «Спектр-РГ» отмечает важный этап — построена одна треть рентгеновской карты всего неба. Количество зарегистрированных рентгеновских источников на российской половине этой карты (16,7% всего неба) превышает 95 000. Лишь одна шестая их часть была задетектирована немецким спутником ROSAT на единственной в мире полной рентгеновской карте неба, полученной в далеком 1990 году.

Зарегистрированное количество источников соответствует предсказаниям ученых.

Карта трети всего неба, полученная в ходе первого сканирования небесной сферы в обзоре СРГ/еРОЗИТА (с) СРГ/еРОЗИТА/ИКИ

На рисунке видно, что самая длительная экспозиция и плотность источников (на квадратный градус) набираются в районе полюсов эклиптики (на рисунке показан северный полюс), где пересекаются все сканы неба.

Появление темной полосы на изображении рентгеновского неба связано с поглощением мягких рентгеновских лучей газом и пылью в плоскости нашей Галактики.

На врезке слева показано «богатое» скопление галактик А 426, справа — ярчайший остаток вспышки сверхновой звезды (Cas А) в созвездии Кассиопеи. Напомним: каждое из этих изображения получено за 5-минутную экспозицию.

Сканирование неба телескопами орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» продолжается. Предприятия Роскосмоса ведут управление спутником, антенны дальней космической связи ежедневно осуществляют прием научных данных и посылают команды на научные приборы. Ученые ИКИ РАН в оперативном режиме ведут обработку научных данных. Подобную карту на противоположной стороне неба строят ученые германского Института внеземной физики Общества имени Макса Планка (Max Planck Institut fuer Extraterrestrische Physik, MPE).

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3-8 кэВ) и жестком (4-20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

  • Научный руководитель миссии: академик Рашид Алиевич Сюняев;
  • Научный руководитель по телескопу ART-XC (Россия): доктор физ.-мат. наук Михаил Николаевич Павлинский;
  • Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель.

НПО Лавочкина: «Спектр-РГ» завершил этап перелёта в окрестность точки L2

Специалисты Научно-производственного объединения имени С.А. Лавочкина (входит в Госкорпорацию «Роскосмос») 21 октября 2019 года провели коррекцию перехода на номинальную траекторию космического аппарата «Спектр-РГ», что означает завершение этапа перелёта аппарата в окрестность точки либрации L2 системы «Солнце — Земля».

После окончания подготовительных работ по настройке рентгеновских телескопов ART-XC и eROSITA обсерватория приступит к выполнению основной научной программы. Наблюдения будут проводиться в течение шести с половиной лет, из которых 4 года — в режиме сканирования звездного неба, а 2,5 года — в режиме точечного наблюдения объектов во Вселенной. За время 100-дневного полёта «Спектр-РГ» было выполнено две коррекции, которые обеспечили попадание на орбиту в окрестности внешней точки Лагранжа L2 системы «Солнце — Земля».

Точки либрации — это особые точки в системе «Солнце — Земля». В этих точках гравитационные поля Земли и Солнца, действующие на малое тело, уравновешены. Однако это точки неустойчивого равновесия, и поэтому для того чтобы находиться в окрестности этой точки аппарат будет выполнять эволюции по гало-орбите в несколько сотен тысяч километров вокруг точки либрации. К настоящему времени оба телескопа на борту обсерватории: eROSITA (Германия) и ART-XC (Россия) — успешно прошли этап тестирования оборудования и ведут наблюдения в рамках калибровок и ранней научной программы.

***

Космический аппарат «Спектр-РГ» был запущен ровно 100 дней назад, 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта.

Научный руководитель миссии: академик Рашид Алиевич Сюняев; научный руководитель по телескопу ART-XC (Россия): доктор физ.-мат. наук Михаил Павлинский; научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель.
Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3-8 кэВ) и жестком (4-20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью.

Ожидается, что в ходе обзора неба «Спектр-РГ» обнаружит около 3 миллионов аккрецирующих сверхмассивных черных дыр, 100 000 скоплений галактик, сотни тысяч звезд с активными коронами и аккрецирующих белых карликов, десятки тысяч звездообразующих галактик и многие другие объекты, в том числе неизвестной природы. Эти данные исключительно важны для понимания того, как распределена материя во Вселенной, какую роль в её развитии играла темная энергия и как в ней появлялись и росли сверхмассивные чёрные дыры.

Оригинал новости на сайте НПО им. Лавочкина

Первый «учебный» месяц ART-XC

Чтобы получить хорошие научные результаты, требуется не только создать уникальную научную установку — нужно еще приобрести достаточный опыт в её использовании, выяснить все тонкости и научиться максимально использовать ее сильные стороны.

Основной задачей нашей команды в этом сентябре было научиться проводить обзоры неба с ART-XC. Конечно, перед запуском мы занимались компьютерным моделированием и оптимизацией предстоящих наблюдений, но в этих симуляциях оставалось достаточно много неучтенных факторов — так, например, никто никогда не измерял влияние фона заряженных частиц в районе точки L2 на рентгеновские детекторы. А именно от величины этого фона зависит какую стратегию проведения обзоров предпочесть — стараться увидеть больше слабых источников на небольшой площади или за то же время покрывать большие части неба, детектируя более яркие. В начале сентября был проведен глубокий обзор спирального рукава Галактики в созвездии Наугольника — области богатой массивными двойными рентгеновскими системами. Затем, мы переключили свое внимание на проведение большого — 40 квадратных градусов! (т.е. занимающего на небе площадь в 200 больше чем площадь Луны) — обзора Галактического центра. Поскольку большая часть массы Млечного Пути лежит в этом направлении, плотность рентгеновских источников в Галактическом центре наибольшая. А так как многие из этих источников сильнопеременные, то в эту область всегда интересно смотреть — а вдруг что-нибудь новое вспыхнет!

Кроме двух этих глубоких обзоров, совместно со вторым телескопом обсерватории СРГ — eRosita — были проведены наблюдения, имитирующие предстоящий обзор всего неба. Во время этих тренировочных наблюдений космический аппарат сделал несколько полных оборотов вокруг оси, соединяющей Солнце и Землю (при таком вращении солнечные батареи аппарата все время смотрят на Солнце), сначала в одну, а потом и в другую сторону — всего эти обороты покрыли на небе полосу шириной в 1.5 градуса. Данные, полученные во время этих тренировочных оборотов помогли проверить как работает система ориентации обсерватории в таком режиме.

Всего, за сентябрь ART-XC покрыл наблюдениями несколько процентов неба — многообещающий старт! Для наглядности, мы построили карту неба в галактических координатах, на которую нанесли все зарегистрированные рентгеновские фотоны: чем ярче цвет на карте, тем больше фотонов пришло с этого направления на небе. Желтыми звездочками на карте показаны полюса эклиптики — каждый оборот обсерватории во время обзора будет проходить рядом с ними, так что после окончания четырехлетнего обзора в этих областях будет накоплена наибольшая экспозиция, а пока через них прошли только наши пробные «сканы». Яркие площадки, разбросанные по карте соответствуют точечным источникам, которые наблюдались в режиме прямого наведения, а узкие «дорожки», их соединяющие — следы перенаведений телескопа. В центре карты — Галактический центр, прямо над ним — Sco X-1 — ярчайший рентгеновский источник на небе, с которого и началась история рентгеновской астрономии, слева от него — 3C390.3, яркий квазар, а справа, под плоскостью Галактики — Крабовидная туманность, один из наиболее часто используемых калибровочных источников.

Близкие барстеры и Мышка в центре Галактики или несколько слов о важности углового разрешения

Одной из важнейших характеристик рентгеновского телескопа является его угловое разрешение — способность разделить две близкие звезды. При этом, поскольку рентгеновские телескопы всегда работают в тяжелых радиационных условиях, с большим фоном заряженных частиц, хорошее угловое разрешение позволяет видеть более тусклые объекты. Зеркала, работающие в стандартном рентгеновском диапазоне (0.5-10 кэВ), используются давно: еще в 1978 году была запущена Обсерватория им. Эйнштейна с первым зеркальным рентгеновским телескопом. Однако изготовление зеркал для более жесткого рентгеновского диапазона долго оставалось недосягаемой мечтой астрофизиков. Чем выше энергия фотона, тем под меньшим углом он должен упасть на поверхность зеркала, чтобы отразиться — точно так же, как брошенный камень отражается от поверхности воды. Из-за этого такие телескопы получаются длиннее и тяжелее. К тому же появляются дополнительные проблемы, связанные с подбором оптимального покрытия зеркал и их тонкой полировкой.
В 1989 году была запущена астрофизическая обсерватория ГРАНАТ, на борту которой работал рентгеновский телескоп АРТ-П, разработанный в ИКИ РАН. Вместо зеркал в нем использовалась кодирующая апертура — специальный метод, позволяющий получать неплохие изображения неба, полагаясь вместо сложной оптики на не менее сложную математику. Тогда удалось достичь углового разрешения в 5 минут дуги в диапазоне 3-20 кэВ. Чтобы сравнить АРТ-П с ART-XC, мы построили изображение участка неба вблизи центра Галактики, где расположены две яркие и близкие (на небе, на самом деле эти объекты весьма далеки друг от друга) маломассивные рентгеновские двойные системы — SLX 1744-299 и SLX 1744-300. Угловое расстояние между ними — всего 2.6 минуты, так что АРТ-П не мог их разрешить: вместо двух «звездочек», он показывал одну, но вытянутую в правильном направлении. ART-XC же, за счет гораздо более совершенной оптической системы, легко разделяет оба источника. А благодаря существенно возросшей чувствительности видит в этом поле еще один источник — плерион (туманность, подпитываемую ветром энергичного пульсара, расположенного в ее центре) Мышка, названный так за длинный хвост, хорошо видимый в радиодиапазоне.

Также, для сравнения мы привели данные телескопа NuSTAR, запущенного в 2012 году. NuSTAR обладает самыми совершенными зеркалами, предназначенными для жесткого рентгеновского диапазона — вплоть до 78 кэВ! Его угловое разрешение — 18 угловых секунд (FWHM — полная ширина пятна на половинной амплитуде), в то время как у ART-XC — около 30 секунд. Впрочем, у этих телескопов совершенно разные задачи — главной задачей ART-XC является проведение обзора всего неба — именно поэтому у него большое поле зрения — 36 угловых минут в диаметре, тогда как у NuSTAR, который создавался для изучения отдельных, самых интересных источников, поле зрения в семь раз меньше. И мы, конечно, надеемся, что в числе целей NuSTAR уже скоро появятся источники открытые ART-XC.

Кстати, обе эти маломассивные системы являются барстерами — компактными объектами в них являются нейтронные звезды, на поверхностях которых иногда происходят термоядерные взрывы. И один такой взрыв, от SLX 1744-300, мы уже увидели с помощью телескопа ART-XC.

Что увидела обсерватория СРГ на кусочке внегалактического неба: eROSITA «открывает» свой первый глаз

Орбитальная обсерватория «Спектр-РГ» (СРГ) провела важный тест, исследовав небольшой участок внегалактического неба одним из семи модулей телескопа eROSITA. Результаты хорошо согласуются с предполетными ожиданиями.

Сейчас идет работа по проверкам и отладкам других шести модулей. Она будет завершена в течение нескольких недель до перехода к началу калибровок и последующего четырехлетнего периода сканирования всего неба.

Обсерватория СРГ была запущена с космодрома Байконур 13 июля 2019 г. ракетой-носителем «Протон-М» и разгонным блоком ДМ-03. В настоящее время она находится в окрестности точки Лагранжа L2 системы «Солнце-Земля», примерно в 1,6 млн. км от Земли. Планируется, что обсерватория будет проводить наблюдения в течении шести с половиной лет, оставаясь на протяженной орбите вокруг точки L2. В течение первых четырех лет она будет сканировать небо так же, как и ее предшественники: космические обсерватории ROSAT, WMAP, «Планк» и «Гайа».

В состав обсерватории СРГ входят два рентгеновских телескопа: eROSITA (разработан Институтом внеземной физики Общества им. Макса Планка, MPE, Германия), чувствительный к мягким рентгеновским лучам, и ART-XC (разработан в Институте космических исследований РАН, ИКИ РАН, Россия), работает на более высоких энергиях.

Основная цель миссии — построить карты всего неба в мягком (0.3–8 кэВ) и жестком (4–20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью и обнаружить около 3 миллионов аккрецирующих сверхмассивных черных дыр, 100 000 скоплений галактик, многочисленные рентгеновские двойные системы, яркие в рентгеновских лучах звезды, а также построить карты диффузного излучения Галактики.

Успех миссии зависит как от чувствительности самих телескопов, так и от способности обсерватории проводить наблюдения непрерывно по 24 часа в сутки в течение четырех лет. Очень важна роль наземных пунктов, принимающих эти данные.

К радости команд, работающих с обсерваторией СРГ в России и в Германии, первые испытания были успешными для телескопа АРТ-XC, а теперь и для телескопа eROSITA.

Результаты наблюдений небольшого участка внегалактического неба 26 и 27 августа 2019 г. телескопом eROSITA/СРГ
Результаты наблюдений небольшого участка внегалактического неба 26 и 27 августа 2019 г. телескопом eROSITA/СРГ

На рисунке показаны результаты наблюдений небольшого участка внегалактического неба 2×2 градуса, наблюдавшегося 26 и 27 августа 2019 года. Центральный участок этого поля размером ~ 1×1 градус известен астрофизикам как UDS (Ultra Deep Survey. т.е. зона Сверхглубокого Обзора). Полученное изображение содержит сотни рентгеновских источников. Оно было получено в результате комбинирования нескольких точечных наблюдений и наблюдений в режиме сканирования. Эффективная экспозиция в центре поля эквивалентна 6 тысячам секунд (примерно два часа) наблюдений всеми семью модулями телескопа eROSITA.

Большинство из сотен видимых на изображении объектов представляют собой квазары (сверхмассивные черные дыры, излучающие за счет выделения гравитационной энергии веществом, падающим в черную дыру). Они настолько ярки в рентгеновских лучах, что видны даже на космологических расстояниях. Часть объектов отождествляется с активными ядрами не слишком далеких галактик и даже со звездами с очень яркими рентгеновскими коронами в нашей Галактике.

Очень яркое диффузное пятно в верхнем правом углу — массивное скопление галактик на красном смещении z = 0.139, известное как ACO 329. Скопления галактик представляют собой одни из самых массивных объектов Вселенной. Около 85% их массы составляет «темное вещество» неизвестной природы и лишь около 15% вносит привычное барионное вещество, сосредоточенное в звездах тысяч галактик скопления (свет которых мы видим в оптических лучах) и разреженном горячем межгалактическом газе с температурой в десятки миллионов градусов, излучающем в рентгеновских лучах. Именно эти рентгеновские лучи видит eROSITA на спутнике СРГ.

Только один из семи модулей телескопа eROSITA участвовал в этих тестовых наблюдениях в рамках первоначальных испытаний. Несмотря на то, что обсерватория СРГ пока еще не работает на полную мощность, оценки чувствительности (пока лишь одного из детекторов) подтверждены.
Одновременные наблюдения телескопами eROSITA и АРТ-XC позволят получить спектры ярких источников в широком энергетическом диапазоне, что позволит быстро классифицировать их.

Первые изображения, полученные обоими телескопами, пока не исследованы досконально. Но они уже продемонстрировали потенциал орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» и показали, что надежды астрофизиков на открытие большого числа новых рентгеновских источников в ходе обзора всего неба не лишены оснований.

Эффективная работа коллективов НПО им. Лавочкина и других предприятий, создавших платформу «Навигатор» для СРГ и управляющих его работой, специалистов на громадных антеннах в Медвежьих Озерах и Уссурийске, принимающих информацию и посылающих команды для приборов, инженеров и ученых в ИКИ и MPE, дала свои первые плоды. Они вселяют уверенность в реальность построения подробнейших рентгеновских карт Вселенной.

Эта новость печатается по поручению Российского и Германского консорциумов телескопа СРГ/eROSITA.

10.09.2019 A glimpse of extragalactic sky with the SRG Observatory: eROSITA opens its first eye. Пресс-релиз Института внеземной физики Общества им. Макса Планка