«Аппарат чувствует себя превосходно»: главный конструктор проекта «Спектр-РГ» — о работе космической обсерватории


— Расскажите о проекте «Спектр-РГ». В чём его уникальность?

— Космический комплекс «Спектр-РГ» с астрофизической обсерваторией создан по заказу государственной корпорации «Роскосмос» и предназначен для наблюдения астрофизических объектов в рентгеновском диапазоне электромагнитного спектра. Для этих целей он оснащён двумя уникальными рентгеновскими телескопами, а именно: телескопом eROSITA разработки консорциума во главе с Институтом внеземной физики имени Макса Планка (Германия) и рентгеновским телескопом ART-XC совместной разработки ИКИ РАН и Федерального ядерного центра ВНИИЭФ (Саров). Эти оба телескопа размещаются на платформе «Навигатор». Всё вместе образует космический аппарат.

Головным разработчиком космического комплекса и космического аппарата выступает НПО Лавочкина, головной научной организацией является ИКИ РАН. По соглашению между госкорпорацией «Роскосмос» и Немецким космическим агентством происходит деление научных данных, полученных с телескопа eROSITA.

Если говорить про телескопы, то они и похожи, и разные. У них похожий принцип работы. Каждый телескоп представляет собой, по сути, семь маленьких телескопов. Оба телескопа оснащены рентгеновскими зеркалами косого падения, так называемой вольтеровской оптикой, и имеют по семь независимых детекторов. Но они работают в несколько отличном диапазоне. Если телескоп eROSITA работает в более мягком рентгеновском диапазоне, то телескоп ART-XC — в более жёстком. Тем самым они логично дополняют друг друга, обеспечивая более ценные научные результаты.

Космический аппарат запущен 13 июля 2019 года ракетой-носителем «Протон» и разгонным блоком ДМ, благополучно выведен на отлётную траекторию. Отделился от разгонного блока на ней, и практически сразу, через пару минут, поймали его сигнал и приступили к лётным испытаниям.

На этапе перелёта, который продлился до октября, мы проводили калибровки научной аппаратуры, тонкую настройку всего космического аппарата, служебных систем, коррекции траектории перелёта. Надо сказать, что коррекций понадобилось меньше, чем планировалось, так как выведение было достаточно точным.

— В чём особенность наблюдения и исследования космоса в рентгеновском излучении? Какие особенные данные можно получить?

— В рентгеновском диапазоне значительно лучше видны объекты, которые хорошо излучают в нём. Это чёрные дыры, ядра активных галактик, сверхмассивные чёрные дыры, звёзды с активной короной. Да, они видны и с других телескопов. Но рентгеновский диапазон значительно дополняет и расширяет наши знания.

Телескопы и космический аппарат в целом предназначены для работы в двух режимах. Первый режим — это обзор всего неба с высокой чувствительностью в угловом разрешении с целью построения сверхчёткой, сверхподробной карты звёздного неба. Никогда в мире с такой чувствительностью этого не делалось.

Второй — наблюдение в режиме трёхосной ориентации уже выбранных источников. Вот на первом этапе интересные области выявили, на втором этапе их активно пронаблюдали, поняли, что это за источники, какова их природа, каковы характеристики.

На данный момент завершено два полных обзора, построена лучшая на данный момент карта рентгеновских источников. Найдено более 1 млн неизвестных ранее источников как телескопом eROSITA, так и телескопом ART-XC. Всего будет сделано восемь сканов звёздного неба, карта будет значительно расширена, углублена и уточнена. И этой картой учёные будут пользоваться как минимум несколько десятилетий.

— Почему телескоп был выведен не на околоземную орбиту, а в так называемую точку Лагранжа? Что это за точка?

— Рабочей орбитой космического аппарата является окрестность точки Лагранжа L₂ системы «Солнце — Земля». Действительно, на ранних этапах проекта рассматривалось много орбит, но в результате на этапе эскизного проекта мы остановились именно на точке Лагранжа L₂. Это точка, удалённая на расстояние 1,5 млн км от Земли, и она очень подходит как раз для проведения таких наблюдений. Там нет резких скачков «Солнце — тень», далеко от радиационных поясов Земли. Есть свои особенности, но условия значительно мягче.

Кроме того, взаимное расположение космического аппарата, Земли и Солнца позволяют нам, не прерывая наблюдений, передавать научную информацию, не переориентируя аппарат. То есть у нас антенны всегда смотрят в сторону Земли. Расположение этих трёх объектов друг относительно друга меняется, но незначительно. Это и позволяет сделать восемь полных сканов за четыре года.

— А почему нужно совершить несколько оборотов, чтобы сделать полное сканирование? Почему одного оборота недостаточно?

— Мы накапливаем чувствительность. Сделав несколько сканов через какие-то промежутки времени, мы можем видеть и изменения: объекты погасли, объекты появились и так далее. Кроме того, это время накопления. Чем дольше вы смотрите в одну точку, тем лучше различаете детали. А мы смотрим вокруг себя на 360°.

— Были внештатные ситуации во время работы «Спектра-РГ»?

— Слава Богу, всё в штатном режиме. Космический аппарат чувствует себя превосходно. Да, у нас на борту очень сложные уникальные телескопы. Они требуют регулярной тонкой подстройки. Но это совершенно штатный режим, это предусмотрено эксплуатационной документацией. На наш взгляд, лучше работы и пожелать нельзя аппарату.

— «Спектр-РГ» продолжает линейку «Спектров». Как он дополняет, расширяет её возможности?

— Действительно, это не первый аппарат. Его предшественник — космический аппарат «Спектр-Р» (или «Радиоастрон») — закончил своё активное существование в 2019 году за несколько месяцев до запуска «Спектра-РГ». «Спектр-Р» — уникальный инструмент для астрофизиков. Это десятиметровый сложнейший радиотелескоп, построенный здесь, в НПО Лавочкина. И уникален он тем, что это, по сути, огромный интерферометр.

Это фактически стереозрение, только один глаз находится на Земле, а второй — в космосе на расстоянии до 370 тыс. км. Наблюдения одного объекта с такой базой позволяет получить его чёткие характеристики. Планировалось, что «Спектр-Р» отработает три года, а он отработал больше семи лет. Дал очень хорошие научные результаты, которые полностью до сих пор не обработаны. Они сейчас обрабатываются, это займёт ещё какое-то время. «Спектр-Р» — рекордсмен книги рекордов Гиннесса. Это самый большой космический радиотелескоп, самое высокоугловое разрешение.

Ссылка на оригинал https://ru.rt.com/i5k9

 

Около миллиона рентгеновских источников на «северной» половине неба по данным СРГ/еРОЗИТА

К середине декабря 2020 г. орбитальная рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» завершила второй обзор неба. Сложение данных двух обзоров позволяет почти вдвое увеличить чувствительность рентгеновских карт, которые получают телескопы обсерватории.

RGB-карта неба, построенная телескопом СРГ/еРОЗИТА по сумме двух первых обзоров неба (с) Гильфанов, Медведев, Сюняев и российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021
RGB-карта неба, построенная телескопом СРГ/еРОЗИТА по сумме двух первых обзоров неба. Цвета на карте соответствуют диапазонам энергий: красный — 0.3–0.6 кэВ, зеленый — 0.6–1.0 кэВ, синий —1.0–2.3 кэВ. Многочисленные яркие точки — источники рентгеновского излучения зарегистрированные телескопом. На этой карте невозможно изобразить все (почти миллион!) источников, зафиксированных за год наблюдений. Разрешение карты позволяет увидеть лишь самые яркие из них. Широкая темная полоса вблизи экватора полушария соответствует положению плоскости нашей Галактики Млечный Путь, заполненной холодным газом и пылью, которые поглощают мягкие рентгеновские лучи. Также видно тепловое излучение горячего газа в гало нашей Галактики. Ярко-желтые и оранжевые области в правой части карты — «пузыри еРОЗИТЫ», включающие в себя Северный Полярный Шпур. Яркие источники в центре карты — это остатки вспышек сверхновых (среди них Петля в Лебеде) в области звездообразования в созвездии Лебедя и знаменитые объекты: черная дыра Лебедь Х-1, яркие аккрецирующие нейтронные звезды Лебедь Х-2 и Лебедь Х-3 в тесных двойных системах и мощнейшая радиогалактика Лебедь А с джетами длиной в миллионы световых лет. Рентгеновские изображения этих и других ярчайших источников несколько размыты из-за однократных рассеяний в оптической системе телескопа © Гильфанов, Медведев, Сюняев и российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021

«По данным телескопа СРГ/еРОЗИТА мы видим около миллиона источников, которые расположены на той полусфере, за обработку данных которой отвечают российские ученые. Из них примерно 200 000 — это звезды, расположенные в нашей Галактике, активные в рентгеновском диапазоне». — говорит член-корреспондент РАН Марат Гильфанов, сотрудник Института космических исследований РАН.

«Это колоссальное количество данных, с которым впервые встречаются рентгеновские астрономы. Небо предстает удивительным и «живым», мы видим, что как за полгода между двумя сканами неба свою яркость изменили многие десятки тысяч рентгеновских источников. Каждый день, исследуя большой круг на небе шириной всего в один градус, мы обнаруживаем переменность сотен источников, которые были более тусклыми или наоборот яркими всего полгода назад», — говорит научный руководитель обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.

Примерно 20 % всех источников, открываемых телескопом СРГ/еРОЗИТА, составляют звезды в нашей Галактике с очень горячими коронами типа солнечной, но гораздо более яркими. Соответственно и рентгеновские вспышки на этих звездах гораздо ярче, чем на Солнце. Данные СРГ/еРОЗИТА также содержат богатейшую информацию о неустойчивостях в аккреционных дисках вокруг сверхмассивных черных дыр, регулирующих поступление к ним аккрецирующего вещества. еРОЗИТА детектирует блазары, в которых излучают релятивистские джеты — струи вещества, выбрасываемые из окрестностей сверхмассивных черных дыр со скоростями, близкими к скорости света.

«Недалеко» от обсерватории «Спектр-РГ», на такой же гало-орбите вокруг точки L2 работает астрометрический спутник Gaia (ESA). Обсерватория Gaia оснащена специализированным оптическим телескопом и следит за собственным движением более чем миллиарда звезд в нашей Галактике. Относительно недавно научная группа телескопа Gaia опубликовала новые каталоги звезд и изменений их положения, полученные по результатам пятилетнего сканирования Галактики. Зарегистрированы все объекты в нашей Галактике, достаточно яркие в оптическом диапазоне спектра и изменившие свое положение на небе на одну-две миллисекунды дуги за это время.

В то же время внегалактические объекты — квазары и активные ядра галактик находятся на гораздо больших расстояниях от нас и поэтому для наблюдателей с Земли остаются неподвижными на небесной сфере. Сравнение каталога рентгеновских источников «Спектра-РГ» с каталогом объектов Gaia, а также с результатами измерения их собственных движений позволяет различать внегалактические источники и звезды в нашей Галактике, короны которых ярки в рентгеновских лучах.

Выделять звезды помогает и тот факт, что поток энергии их оптического и инфракрасного излучения значительно выше, чем в рентгеновском диапазоне. Для большинства квазаров и ядер активных галактик это отношение гораздо меньше.

«Мы работаем над каталогами рентгеновских источников, чтобы все астрономы, работающие в других диапазонах спектра, могли сразу проверить, как ведет себя интересующий их объект в рентгеновских лучах», — продолжает академик Сюняев.

«Полученные данные позволили повысить контрастность многоцветной рентгеновской карты неба, которую продолжает накапливать телескоп СРГ/еРОЗИТА. Ряд структур, обнаруженных на карте первого обзора, например, южный пузырь еРОЗИТЫ (в галактических координатах), видны более четко, и теперь их можно детально исследовать», — говорит Марат Гильфанов.

Напомним, что «пузыри еРОЗИТЫ» — это гигантские структуры размером в десятки тысяч световых лет, то есть сравнимые с диаметром Галактики. Карта неба, полученная телескопом СРГ/еРОЗИТА после первого обзора неба и, в частности, обнаружение южного пузыря, доказали, что их возникновение связано с активностью в центре нашей Галактики десятки миллионов лет назад.

Три недели назад обсерватория «Спектр-РГ» начала третий обзор неба (из восьми запланированных). Отсканировано в третий раз уже более 5 000 квадратных градусов на небесной сфере. Телескоп СРГ/еРОЗИТА, изготовленный Институтом внеземной физики Общества им. Макса Планка в Германии, продолжает накапливать рентгеновские фотоны, открывать новые источники рентгеновского излучения и следить за изменениями их яркости. Предприятия Роскосмоса ведут управление спутником, антенны дальней космической связи ежедневно принимают научные данные и посылают команды на спутник и научные приборы, находящиеся на расстоянии полутора миллиона километров от Земли (в четыре раза дальше Луны). Ученые ИКИ РАН ведут обработку научных данных на мощных компьютерах в центре данных проекта.

RGB-карта участка неба, покрытого в ходе первых трех недель сканирования, начатого в середине декабря 2020 г. (третий обзор всего неба), телескопом СРГ/еРОЗИТА © Гильфанов, Медведев, Сюняев и российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021
RGB-карта участка неба, покрытого в ходе первых трех недель сканирования, начатого в середине декабря 2020 г. (третий обзор всего неба), телескопом СРГ/еРОЗИТА. Цвета на карте соответствуют диапазонам энергий: красный — 0.3–0.6 кэВ, зеленый — 0.6–1.0 кэВ, синий —1.0–2.3 кэВ. Многочисленные яркие точки — источники рентгеновского излучения зарегистрированные телескопом. Белым цветом закрашена часть небесной сферы, еще не покрытая в ходе третьего обзора неба © Гильфанов, Медведев, Сюняев и российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021

***

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.

ART-XC — год на орбите

 

Карта первого обзора ART-XC
Карта первого обзора ART-XC в диапазоне 4-12 кэВ, в Галактических координатах. Подписаны несколько наиболее ярких и интересных объектов и область Галактического центра.

Год назад, 13 июля 2019, с космодрома Байконур была запущена обсерватория СРГ. Для команды ART-XC это был напряженный год, со множеством бессонных ночей — долгая работа по включению и настройке телескопа, первый свет от рентгеновского пульсара Центавр X-3, масштабная калибровочная программа, в том числе по ярчайшим источникам на небе — Крабовидной туманности и Лебедь X-1, глубокие наблюдения центральной области Галактики, открытие новых переменных источников. С помощью телескопа ART-XC была продемонстрирована возможность осуществления «рентгеновской навигации».

В декабре 2019 года начался долгожданный обзор всего неба; он завершился всего месяц назад, но первый и главный результат — карта всего неба в диапазоне 4-12 кэВ уже готова (интерактивный вид). Продолжаются и детальные исследования наиболее интересных объектов на небе, таких как скопление галактик в Волосах Вероники. В общем, работа кипит.

Сегодняшняя годовщина запуска омрачена безвременной кончиной Михаила Николаевича Павлинского, создателя ART-XC — первого российского зеркального рентгеновского телескопа. Однако его телескоп продолжает работать и получать новые данные о нашей Вселенной. Уверены, что работа с этими данными принесет еще много интересных научных результатов, которыми мы обязательно с вами поделимся.

Научный руководитель проекта Спектр-РГ академик Р.А.Сюняев выступил с предложением увековечить память о М.Н.Павлинском, назвав созданный им телескоп его именем — ART-XC им. М.Н. Павлинского. Это предложение получило безусловную поддержку у российского научного сообщества.

Ярчайшие из известных источников на рентгеновском небе СРГ/еРОЗИТА

(c) М.Гильфанов, Р.Сюняев, Е.Чуразов (ИКИ), H.Brunner, A.Merloni, J.Sanders (МПЕ)
Карта всего неба СРГ/еРОЗИТА. Кликните на изображение, чтобы увидеть описание объектов (c) М.Гильфанов, Р.Сюняев, Е.Чуразов (ИКИ), H.Brunner, A.Merloni, J.Sanders (МПЕ)

Наряду с миллионом далеких и достаточно слабых рентгеновских источников на карте, полученной по данным телескопа СРГ/еРОЗИТА, хорошо видны ярчайшие объекты.

Карта всего неба СРГ/еРОЗИТА (c) М.Гильфанов, Р.Сюняев, Е.Чуразов (ИКИ), H.Brunner, A.Merloni, J.Sanders (МПЕ)
Карта всего неба СРГ/еРОЗИТА с указанием наиболее ярких и примечательных объектов и протяженных структур (c) М.Гильфанов, Р.Сюняев, Е.Чуразов (ИКИ), H.Brunner, A.Merloni, J.Sanders (МПЕ)

Заметная часть этих источников привлекла к себе внимание лишь после зарождения радиоастрономии в 1950-е годы и рентгеновской астрономии в 1960-е. Сегодня о многих из них есть подробные статьи в Википедии.

Скопления галактик стали интересовать астрономов  в ходе становления внегалактической астрономии в первой трети прошлого века. В 1933 году Фритц Цвикки впервые заявил о существовании в скоплении галактик в созвездии Волосы Вероники загадочной «темной материи». Ее физическая природа не разгадана по сегодняшний день.

Для сравнения ниже приведено замечательное изображение Млечного Пути в видимом диапазоне, сделанное астрономами Европейской Южной Обсерватории (ESO) в Чили.

(c) G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO https://www.eso.org/public/images/D5C1048-Pano-CC/
Панорама Млечного Пути над ESO (c) G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO https://www.eso.org/public/images/D5C1048-Pano-CC/

***

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.

ART-XC: рентгеновские источники первого обзора на карте всего неба

После получения телеметрических данных с борта обсерватории «Спектр-РГ», в ИКИ РАН в течение нескольких часов в автоматическом режиме была проведена их обработка, по результатам которой была построена карта всего неба по фотонам телескопа ART-XC.

Были получены изображения неба, проведен поиск источников и обновлены базы данных. Карта обзора всего неба телескопа АРТ-XC с вычтенным фоном заряженных частиц представлена на рисунке.

Обзор всего неба телескопом ART-XC в рамках первого этапа научной программы обсерватории «Спектр-РГ» был проведен с 8 декабря 2019 по 10 июня 2020 г.

Первое изображение, опубликованное 10 июня, содержало все зарегистрированные события, включая рентгеновские фотоны, а также заряженные частицы — космические лучи. Оно было получено с помощью программ оперативной обработки, которые позволяют регистрировать яркие и новые источники практически сразу после получения данных.

Чтобы выделить из этих данных именно рентгеновские фотоны и учесть экспозицию (говоря грубо, некоторые источники могут выглядеть более яркими, поскольку в ходе обзора они попали в большее число сканов), требуется более длительная обработка, результаты которой появились через несколько часов.

Изображение: ИКИ РАН
Карта, полученная по обзору всего неба телескопом ART-XC в рамках первого этапа научной программы обсерватории «Спектр-РГ» 8 декабря 2019 по 10 июня 2020 г., с вычтенным фоном заряженных частиц. Изображение: ИКИ РАН

В галактических координатах представлены источники рентгеновских фотонов. Наиболее яркие источники находятся в плоскости Галактики, а также в полюсах эклиптики (слева и справа от центра изображения) — в этих точках экспозиция выше, и, соответственно, больше количество зарегистрированных фотонов.

Число источников на этом изображении не кажется большим, но это связано с необходимостью загрубить карту для визуализации. Для этого изображения, как и для предыдущего, размер исходного пикселя был увеличен на два порядка — иначе его нельзя было бы показать.

Обработка данных проводилась на вычислительных мощностях Центра научных данных Наземного научного комплекса проекта «Спектр-РГ» в ИКИ РАН.

Число зарегистрированных ART-XC источников после первого обзора составило около 600: 2/3 галактических (компактные объекты с черными дырами, нейтронными звездами, белыми карликами, остатки вспышек сверхновых) и около 1/3 внегалактических (в основном, активные ядра галактик, а также несколько массивных скоплений галактик). Чувствительность обзора будет расти пропорционально времени экспозиции. Обсерватория будет продолжать обзор в течение следующих нескольких лет.

***

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 все небо!

Свершилось — телескоп ART-XC обсерватории «Спектр-РГ» завершил свой первый обзор всего неба! Как и предполагалось, это заняло почти ровно полгода (с 8 декабря 2019 г. по 10 июня 2020 г.), в течение которых телескоп непрерывно сканировал небесную сферу в жестких рентгеновских лучах.

Карта всего неба в галактических координатах, полученная с помощью телескопа ART-XC в диапазоне энергий 4–12 кэВ 8.12.2019–10.06.2020. Изображение: ИКИ РАН
Карта всего неба в галактических координатах, полученная с помощью телескопа ART-XC в диапазоне энергий 4–12 кэВ 8.12.2019–10.06.2020. Отмечены все зарегистрированные события. Для данного изображения размер исходного пикселя был увеличен в сто раз, поэтому слабые источники оказались скрыты фоном. Изображение: ИКИ РАН

На рисунке показаны все события в диапазоне энергий 4–12 кэВ, зарегистрированные телескопом ART-XC и перенесенные на небесную сферу.

Угловое разрешение полученной карты обзора — менее одной угловой минуты, и в этом состоит ее уникальность. Ранее карта всего неба сравнимой четкости имелась лишь в мягком рентгеновском диапазоне (на энергиях ниже 2 кэВ) — ее 30 лет назад получила германская обсерватория ROSAT. В жестком рентгене существовали лишь карты с гораздо худшим угловым разрешением — порядка градуса дуги. Можно сказать, что на смену крупномасштабной карте, на которой отмечены только главные особенности рельефа, к нам пришла мелкомасштабная топографическая карта Вселенной в жестких рентгеновских лучах.

«Это стало возможным не только благодаря стратегии сканирующих наблюдений, реализованной на обсерватории СРГ, но и тому, что прибор ART-XC — первый широкоугольный (поле его зрения составляет 36 угловых минут) зеркальный телескоп, работающий в жестком рентгеновском диапазоне, — говорит Михаил Павлинский, заместитель директора ИКИ РАН по проекту «Спектр-РГ», заместитель научного руководителя проекта «Спектр-РГ». Напомним, что этот уникальный телескоп создан в России, а «Спектр-РГ» — первая отечественная обсерватория, работающая в окрестности точки Лагранжа L2, на расстоянии около полутора миллионов километров от Земли».

Ученым еще предстоит исследовать полученную карту неба, выделить на ней отдельные источники рентгеновского излучения и изучить их природу. Главное же состоит в том, что наблюдения телескопа ART-XC продолжаются, и в следующие 3,5 года обзор всего неба будет повторен еще 7 раз. Это позволит добавить «глубины» к уже достигнутой четкости рентгеновской карты.

***

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.

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.