Телескоп СРГ/ART-XC выполняет новую программу наблюдений

Российский рентгеновский телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского на борту орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» выполняет новую программу наблюдений избранных участков неба и наиболее интересных объектов.

С 19 декабря 2021 года российская рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» проводила пятый из восьми запланированных обзоров всего неба, который должен был завершиться в начале лета 2022 г. 26 февраля 2022 г. один из двух телескопов на борту обсерватории — германский eROSITA был переведён в «спящий» режим и обзор был приостановлен.

Российский телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского продолжил работу, но в рамках новой программы научных наблюдений, составленной с учетом уже полученных результатов.

Как рассказал на Совете Российской академии наук по космосу научный руководитель телескопа СРГ/ART-XC, профессор РАН Александр Лутовинов (ИКИ РАН), новая программа состоит из четырех элементов.

Первый — глубокой обзор плоскости нашей Галактики. Первые наблюдения состоялись 16 марта, по его результатам были обнаружены источники рентгеновского излучения, которые не были зарегистрированы за время проведения обзора всего неба. Эта область интересна потому, что здесь много пыли и газа, которые поглощают фотоны не очень высоких энергий. ART-XC им. М.Н. Павлинского, рабочий диапазон которого доходит до 30 кэВ, позволяет увидеть объекты, скрытые от телескопов, работающих в более мягком рентгеновском диапазоне.

Второй элемент — наблюдение выбранных участков небесной сферы и наиболее интересных объектов. К концу февраля 2022 г. ART-XC им. М.Н. Павлинского в ходе состоявшихся четырех обзоров небесной сферы обнаружил много источников рентгеновского излучения, которые представляют большой интерес для астрофизиков.

«Это так называемая «программа научного наследия» или ART-XC Legacy Program, — поясняет Александр Лутовинов. — Изначально предполагалось, что мы будем реализовывать её после окончания обзорного этапа, но в данной ситуации мы начали её раньше».

Третий элемент программы — исследования транзиентных (переменных источников). Четвертый — наблюдения миллисекундных пульсаров, которые имеют не только фундаментальный, но и прикладной аспект. Рентгеновские пульсары в качестве далеких «маяков» могут использоваться для автономной навигации в космосе. Уже проведенные эксперименты с помощью телескопа ART-XC позволили достичь пространственной точности определения положения космического аппарата порядка 10 км.

Эта программа наблюдений с помощью телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского рассчитана на год, но, как подчеркнул Александр Лутовинов, она может быть достаточно оперативно изменена в зависимости от обстоятельств.

***

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 им. М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и еРОЗИТА (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 орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.
  • Научный руководитель по телескопу ART-XC им М.Н.Павлинского (Россия): профессор РАН Александр Лутовинов.
  • Научный руководитель по телескопу eROSITA/еРОЗИТА (Германия): доктор Андреа Мерлони.

Телескоп СРГ/ еРОЗИТА открыл рентгеновское излучение самой яркой «коровы» на небе

AT2020mrf мог бы так и остаться одним из многих сотен заурядных оптических транзиентов, которые регулярно обнаруживает система оповещения о метеоритной опасности ATLAS (США). Однако в этом же месте и примерно в то же время телескоп еРОЗИТА орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» открыл необычный новый рентгеновский источник, получивший название SRGe J154754.2+443907. После этого стало ясно, что ученые обнаружили уникальный космический объект. Вероятно, мы стали свидетелями рождения нового магнитара — нейтронной звезды со сверхсильным магнитным полем (~1014 Гаусс) или черной дыры в далекой галактике. Но при чём же здесь «корова»?

В ходе второго обзора всего неба в июле 2020 г. телескоп еРОЗИТА на борту российской орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» открыл новый источник в месте, откуда до сих пор не детектировалось рентгеновское излучение. Анализ баз данных оптических транзиентов (транзиенты — объекты, неожиданно возникающие на небе на «пустом» месте) показал, что примерно за сорок дней до этого в этом же месте американские наземные установки ZTF (Zwicky Transient Facility) и ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) зарегистрировали на первый взгляд самый обыкновенный оптический транзиент, который получил название AT2020mrf. Первоначально AT2020mrf был классифицирован как ординарная сверхновая-коллапсар — так называемая сверхновая II типа, образующаяся при коллапсе массивной звезды в конце ее жизни. Но открытие телескопом СРГ/еРОЗИТА рентгеновского излучения и форма оптической кривой блеска источника принципиально изменили это представление. Стало ясно, что астрофизики столкнулись с интереснейшим объектом.

Существует класс оптических транзиентов, ассоциированных со взрывами сверхновых, которые характеризуются «быстрыми» кривыми блеска и голубым избытком в континууме — так называемые FBOT (Fast Optical Blue Transient). Изучать их сложно, потому что их блеск быстро падает. Но есть среди них наиболее загадочный и крайне немногочисленный подкласс, так называемые объекты типа AT2018cow. Названия оптических транзиентов, детектируемых установкой ATLAS (отсюда буквы «AT» в названии), даются в соответствии с годом детектирования (в данном случае 2018), за которым следует случайная комбинация из нескольких букв, генерируемая компьютером. В случае события АТ2018cow, эти буквы сложились в английское слово cow («корова»), что и дало такое необычное название этому классу — объекты типа «корова».

Вспышки «коров» характеризуются рекордной светимостью, которая в пике может достигать 1043 эрг/с, что примерно в 1000 раз ярче обычных сверхновых-коллапсаров. Такая светимость не может быть объяснена распадом радиоактивного никеля-56 и требует альтернативных источников энергии.

До открытия SRGe J154754.2+443907 было известно всего лишь четыре таких объекта, источник СРГ/еРОЗИТА стал пятым.

«SRGe J154754.2+443907 был открыт командой телескопа СРГ/еРОЗИТА в ИКИ РАН в ходе поиска событий приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами, очень скоро стало понятно, что мы имеем дело не с событием приливного разрушения», — говорит один из участников этого исследования, заведующий лабораторией экспериментальной астрофизики ИКИ РАН, профессор РАН Сергей Сазонов.

«Широкая международная кампания по исследованию нового источника на многих длинах волн: от радиодиапазона до рентгеновского, в которой активное участие приняли ученые-астрофизики ИКИ РАН, подтвердила, что SRGe J154754.2+443907 является пятым объектом типа «корова». В многоволновых наблюдениях SRGe J154754.2+443907 участвовали 10-метроый оптический телескоп Кека на Гавайских островах, крупнейшие радиотелескопы VLA (США) и GMRT (Индия), космические рентгеновские обсерватории Chandra и Swift (NASA) и XMM-Newton (ESA). Программу координировала аспирантка из Калифорнийского технологического института (США) Юйхань Яо (Yuhan Yao)», — говорит научный руководитель обсерватории СРГ академик Рашид Сюняев.

Рентгеновские изображения участка неба размером 3х3 угл.мин. вокруг положения AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907, полученные телескопом СРГ/еРОЗИТА в ходе четырех последовательных обзоров неба в 2020-2021 гг. Источник: М. Гильфанов и П. Медведев

«Телескоп СРГ/еРОЗИТА наблюдал этот объект вскоре после пика кривой блеска. Эти наблюдения показали, что AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907 является самой яркой из известных «коров», со светимостью более ~2×1043 эрг/с. Объяснить такую светимость могла бы молодая быстро вращающаяся (с периодом порядка 10 миллисекунд) нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем (порядка 1014 Гаусс) – так называемый магнитар, или только что рожденная черная дыра, аккрецирующая вещество разорвавшейся звезды-прародителя в сверхкритическом режиме. В любом случае не вызывает сомнений, что мы стали свидетелями рождения релятивистского компактного объекта в результате взрыва массивной звезды», — говорит главный научный сотрудник ИКИ РАН, член-корреспондент РАН Марат Гильфанов.

Статья об этом открытии отправлена в международный астрофизический журнал The Astrophysical Journal и выложена на сайте препринтов arXiv.org.

Художественная иллюстрация двух наиболее вероятных моделей компактного объекта в сверхновых типа «коровы»: черная дыра, аккрецирующая вещество в сверхкритическом режиме с образованием релятивистских струй (слева) и быстро вращающаяся нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем (справа). Источники: Bill Paxton, NRAO/AUI/NSF (левый рисунок); Shanghai Astronomical Observatory, China (правый рисунок); Yuhan Yao (Caltech).  Рисунок заимствован с сайта HEASARC Picture of the Week

AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907 уже потух, и многие вопросы остались без ответа. Чтобы прояснить природу таких источников и понять физические механизмы, определяющие их поведение, требуется своевременно находить и детально исследовать новые объекты этого класса. Важную роль в этой работе играет продолжающийся обзор всего неба телескопом еРОЗИТА на борту обсерватории СРГ. Группа по исследованию внегалактических транзиентов по данным телескопа СРГ/еРОЗИТА в ИКИ РАН, в которую входят член-корреспондент РАН Марат Гильфанов, профессор РАН Сергей Сазонов, академик Рашид Сюняев, молодые кандидаты наук Павел Медведев и Георгий Хорунжев, продолжает поиск новых «коров» на непрерывно меняющемся рентгеновском небе.

***

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 им. М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и еРОЗИТА (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 орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.
  • Научный руководитель по телескопу ART-XC им М.Н.Павлинского (Россия): профессор РАН Александр Лутовинов.
  • Научный руководитель по телескопу eROSITA/еРОЗИТА (Германия): доктор Андреа Мерлони.

Оригинал публикации на сайте пресс-службы ИКИ РАН

Телескоп СРГ/ART-XC им. М.Н. Павлинского впервые зарегистрировал событие, связанное с повышенной солнечной активностью

Фоновый уровень сигнала (в отсутствии наблюдаемых источников) на детекторах телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского обсерватории «Спектр-РГ» характеризуется высокой стабильностью. С момента запуска обсерватории его вариации не превысили нескольких процентов. Однако вчера, 28 октября 2021 года, после 19:00 мск детекторы телескопа зарегистрировали четырехкратный рост фона, который был вызван потоком солнечных космических лучей — протонов, ускоренных в серии солнечных вспышек, самых мощных в текущем солнечном цикле. За прошедшие сутки на Солнце зафиксировано более десяти вспышек, среди которых первая в этом солнечном цикле вспышка класса X.

Рост фонового уровня сигнала, зарегистрированный детекторами телескопа СРГ/ART-XC им. М. Н. Павлинского 28.10.2021, связанный с серией солнечных вспышек. По горизонтали — время, по вертикали — число отсчётов в секунду (с) ИКИ РАН

Телескоп СРГ/ART-XC им. М. Н. Павлинского обладает уникальными чувствительными детекторами, предназначенными для регистрации рентгеновского излучения, и заряженные частицы являются для него вредным фоном. Поэтому разработчики телескопа приложили много усилий для регистрации и последующей «выбраковки» таких событий, связанных с попаданием в детекторы заряженных частиц. Это позволило оперативно определить приход в точку L2 «всплеска» солнечных космических лучей и подготовиться для работы космического аппарата в неблагоприятных условиях. Приобретенный опыт является исключительно важным, потому что в наступившем периоде максимума солнечной активности можно ожидать значительного числа таких вспышек. Возможность регистрации мощных солнечных вспышек и оперативного оповещения о них в будущем может сыграть ключевую роль в предотвращении чрезвычайных ситуаций в околоземном пространстве и на Земле, в первую очередь в арктическом регионе.

Телескоп СРГ/ART-XC им. М. Н. Павлинского дает замечательный пример того, что российские ученые и инженеры могут создавать космические инструменты, которые позволяют решать не только фундаментальные задачи исследования Вселенной, но и сугубо практические задачи, такие как создание систем навигации космических аппаратов и прогнозов космической погоды.

***

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 орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.
  • Научный руководитель по телескопу ART-XC им М.Н.Павлинского (Россия): профессор РАН Александр Лутовинов.
  • Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Андреа Мерлони.

Александр Лутовинов: «Космическая сфера — в принципе международная»

ПОРТАЛ «Научная Россия»: 20 апреля на общем собрании членов Российской академии наук поднимался вопрос о международном сотрудничестве. О совместных исследованиях в сфере космоса рассказал заместитель директора Института космических исследований РАН, председатель координационного совета профессоров РАН, профессор РАН Александр Лутовинов.

«Космическая сфера — в принципе международная, поэтому здесь сотрудничество было, развивалось и продолжает развиваться. Тем более последние эксперименты, которые и делаются в космосе, и сейчас которые проходят, в том числе обсерватория «Спектр-РГ», будущие планируемые миссии, становятся все более дорогостоящими, более сложными. И практически ни одна страна в мире не может себе позволить в одиночку сделать крупный проект такого уровня. Поэтому что Россия, что Соединенные Штаты, что Европа, как правило, в тех или иных пропорциях сотрудничают», — сказал Александр Анатольевич.

Источник: ПОРТАЛ «Научная Россия»

Академик А.М. Черепащук о проекте «Спектр-РГ»

20 апреля 2021 г., 17:20. Сегодня в Москве проходит Общее собрание Российской академии наук, оно посвящено 60-летию первого полета человека в космос и другим актуальным темам. Академик, заслуженный профессор МГУ, научный руководитель Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга (ГАИШ) Анатолий Черепащук рассказал «Научной России» об уникальности проекта «Спектр-РГ» для мировой астрономии, а также прокомментировал повестку Общего собрания.

Источник: ПОРТАЛ «Научная Россия»

Александр Сергеев о баллистико-навигационном обеспечении «Спектр-РГ».

Александр Сергеев о научных достижениях

ПОРТАЛ «НАУЧНАЯ РОССИЯ»

Сегодня, на общем собрании РАН президент РАН академик Александр Сергеев рассказал о важных научных достижениях, полученных российскими учеными в 2020 году. В частности, о баллистико-навигационном обеспечении управления полетом космического аппарата «Спектр-РГ».

«Первый результат по обеспечению запуска и обеспечению на орбите космического аппарата «Спектр-РГ». Успех «Спектра-РГ», который выведен в область точки Лангранжа за полтора миллиона километров от Земли, — это очень большое достижение наших математиков, потому что рассчитать эту траекторию, рассчитать точки корректировки этой траектории было очень важным делом», — сказал спикер.

Из доклада Александра Сергеева

источник: ПОРТАЛ «НАУЧНАЯ РОССИЯ»

«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

 

Бурная жизнь скоплений галактик: рентгеновский взгляд СРГ/eROSITA на скопление галактик Кома

Скопления галактик — это динамические системы, которые непрерывно растут за счет аккреции больших и маленьких порций материи. Такой процесс должен приводить к сложной структуре в распределении темной материи внутри скоплений, а также к ударным волнам и «холодным фронтам» в горячем газе. Очень подробные рентгеновские изображения скопления галактика Кома получили телескопы обсерватории «Спектр-РГ», работающей вблизи точки L2 уже более года. Благодаря им удалось в деталях исследовать процесс слияния скоплений, невероятно бурный и длительный.

Скопление галактик в созвездии Волосы Вероники (также известное как Кома) — особенное. Оно очень массивное — содержит тысячи галактик, и близкое — находится на расстоянии менее 100 Мпк. Это первый объект, в котором было установлено присутствие «темной материи» (скрытой массы). Это сделал астрофизик Фриц Цвикки в 1933 году. В 1950-х годах оно стало первым скоплением, в котором обнаружили диффузное радиогало.

В конце 1960-х годов возникла идея, что «темной материей» может быть горячий межгалактический газ. И действительно вскоре горячий газ в Коме был обнаружен первым рентгеновским спутником Uhuru (NASA). Более того, оказалось, что именно горячий газ составляет почти 80% всего нормального «барионного» вещества, в то время как звезды и галактики скопления Кома содержат не более 20% барионов скопления (барионы — семейство элементарных частиц, к которому относятся в том числе ядерные частицы протоны и нейтроны).

Но и горячего газа оказалось недостаточным для объяснения феномена «темной материи» — последней всё равно должно было быть гораздо больше. Полная масса барионов в горячем газе и в звездах скопления галактик не превышает 15 % от полной массы скопления.

Рентгеновские наблюдения пока не решили полностью проблемы «темной материи», но существенно обогатили знания астрофизиков о том, что происходит в скоплениях галактик. Благодаря рентгеновской астрономии можно определять плотность, температуру и другие свойства горячего газа, заполняющего скопление, «видеть», как он распределен в пространстве. Наблюдения же за самим горячим газом стали важнейшим источником информации и о параметрах невидимого «темного» вещества. Именно оно определяет гравитационный потенциал скопления (если говорить проще, насколько сильно скопление «притягивает» к себе вещество) и то, как в нем распределен сам горячий газ.

Близость Комы делает ее привлекательной для исследований во всех энергетических диапазонах, хотя огромные угловые размеры скопления зачастую усложняют задачу: телескопы с большим полем зрения обычно не могут «увидеть» всех деталей скопления, а более «чувствительные» телескопы не способны оглядеть его целиком.

Рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» с телескопами eROSITA и ART-XC им. М. Н. Павлинского на борту была специально разработана для решения таких задач. В режиме сканирования ей удалось построить полную карту всего скопления. На рентгеновском изображении, полученном телескопом СРГ/eROSITA в результате двух сеансов растровых наблюдений (рис. 1), виден участок неба размером ~10 Мпк (на расстоянии скопления), что как минимум в два раза больше вириального радиуса скопления (в этих пределах которого сосредоточена большая часть массы скопления).

Рис. 2 Рентгеновское изображение скопления галактик Кома в диапазоне 0.4 — 2 кэВ, полученное при помощи телескопа СРГ/eROSITA (с) Российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021
Рис. 2 Рентгеновское изображение скопления галактик Кома в диапазоне 0.4 — 2 кэВ, полученное при помощи телескопа СРГ/eROSITA. Размер изображения составляет ~6 градусов, что соответствует 10 Mpc на расстоянии скопления, логарифмическая цветовая шкала охватывает 5 порядков величины. Основное скопление находится на стадии слияния с группой галактик NGC 4839 (яркое пятно справа внизу от скопления Кома) (с) Российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021

Кроме множества источников (в основном, это далекие активные ядра галактик), выделяются два ярких диффузных пятна, которые соответствуют основному скоплению и группе галактик NGC 4839 (справа внизу от центра). Скопление и группа находятся в процессе слияния. На самом деле, NGC 4839 уже однажды прошла через ядро основного скопления насквозь и вот-вот снова начнет «падать» обратно на центр.

Численное моделирование позволяет предсказать некоторые явления, связанные с этим конкретным этапом слияния, которые можно наблюдать. Головная ударная волна, созданная группой NGC 4839 во время ее первого прохода (примерно миллиард лет назад), теперь должна располагаться на окраине скопления, а газ, вытесненный из ядра основного скопления, должен падать обратно, образуя «вторичную» ударную волну. Новые данные позволяют предположить, что структура длиной в несколько мегапарсек, наблюдаемая справа от ядра, представляет собой именно «вторичную» ударную волну. Рис. 2 показывает соответствие между численными гидродинамическими расчетами и наблюдениями телескопа СРГ/eROSITA.

Рис.2 Рентгеновское изображение, в котором яркость центральной части искусственно подавлена, со схематичными обозначениями наиболее значимых структур, связанных с процессом слияния скопления с группой NGC 4839 (с) Российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021
Рис. 2 Рентгеновское изображение, в котором яркость центральной части искусственно подавлена, со схематичными обозначениями наиболее значимых структур, связанных с процессом слияния скопления с группой NGC 4839. Синей штриховой линией показана предполагаемая траектория группы, которая начала движение по направлению к центру скопления Кома с северо-запада и в настоящее время находится близко к апоцентру. Предполагаемое положение двух ударных волн показано кривыми красного и фиолетового цветов. Ударная волна, расположенная ближе к центру, обусловлена возвращением вытесненного газа обратно в состояние гидростатического равновесия. Это наиболее заметная особенность, которая непосредственно видна на изображении как резкий скачок поверхностной яркости. Зеленая линия показывает тусклый рентгеновский «мостик», соединяющий NGC 4839 с основным скоплением, который, возможно, является следом, оставленным группой при пролете через скопление Кома (с) Российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021

Еще одно интересное следствие сценария слияния состоит в том, что радиогало, ограниченное вторичной ударной волной, фактически прошло через две ударные волны — первый раз через головную ударную волну, вызванную первым пролетом NGC 4839 через ядро Комы со скоростью порядка 3500 километров в секунду, и совсем недавно — через вторичную ударную волну. Этот процесс, сопровождающийся ускорением частиц и сжатием газа, способен замедлить быстрое «старение» релятивистских частиц в радиогало, теряющих энергию из за синхротронных потерь в магнитном поле на радиоизлучение и на обратное комптоновское рассеяние на фотонах реликтового излучения.

«Возможно, что и в других скоплениях, имеющих радиогало, работает подобный механизм, — говорит академик Евгений Чуразов, ведущий автор статьи. — А наша следующая задача — это исследовать самые внешние области скопления, где газ, падающий на Кому, тормозится на ударной волне и становится частью скопления».

Астрономам хорошо известно и замечательное изображение Комы в микроволновом диапазоне длин волн, полученное обсерваторией Planck (ESA, Рис. 3). Из-за эффекта Сюняева-Зельдовича яркость реликтового излучения понижена в направлении на скопление с горячим газом. Изображение Комы в микроволновых лучах очень похоже на рентгеновское, полученное телескопом СРГ/eROSITA (Рис. 1). Но рентгеновский поток скопления и амплитуда эффекта Сюняева-Зельдовича по-разному зависят от плотности и температуры газа. Это открывает возможность оценить температуру горячего газа по отношению яркостей в двух различных диапазонах длин волн.

Рис. 3. Изображение скопления Кома в микроволновых лучах, полученное спутником Planck (c) ESA/ LFI & HFI Consortia
Рис. 3. Изображение скопления Кома в микроволновых лучах, полученное спутником Planck (c) ESA/ LFI & HFI Consortia

Соотношение между изображениями, полученными телескопами СРГ/eROSITA и Planck, дает представление о карте температуры газа (рис. 4). Такие измерения температуры не требуют какой-либо спектральной информации в рентгеновском диапазоне. Это достаточно неожиданный, на первый взгляд, метод. Он использует только поверхностную «отрицательную» яркость скопления в микроволновых лучах и поверхностную яркость рентгеновского излучения в диапазоне 0.4–2 кэВ, где телескоп СРГ/eROSITA имеет высокую чувствительность, а фотоны имеют энергии значительно ниже измеряемой температуры. Также, чтобы получить карту распределения температуры, необходимо знать (или предположить) распределение плотности газа в скоплении.

Рис 4. Карта температур электронов (взвешенная с плотностью газа), полученная из отношения изображения в микроволновом диапазоне, полученном спутником Planck (ESA) на основе эффекта Сюняева-Зельдовича, к изображению скопления Кома в рентгеновском диапазоне (СРГ/eROSITA) (с) Российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021
Рис 4. Карта температур электронов (взвешенная с плотностью газа), полученная из отношения изображения в микроволновом диапазоне, полученном спутником Planck (ESA) на основе эффекта Сюняева-Зельдовича, к изображению скопления Кома в рентгеновском диапазоне (СРГ/eROSITA). Контурами показана рентгеновская поверхностная яркость. Ядро основного скопления горячее, температура порядка 10 кэВ (100 миллионов градусов). Синяя область справа внизу соответствует более холодному газу группы галактик NGC4389 (с) Российский консорциум СРГ/еРОЗИТА, 2021

Как и ожидалось в рамках обсуждаемого сценария слияния, ядро основного скопления горячее (температура близка к 100 миллионам градусов), в то время как менее массивная группа NGC 4839 способна удерживать часть своего более чем в 3 раза холодного газа. Это показано на рис. 4 как область синего цвета в правом нижнем углу от ядра.

«Первая статья по длительным наблюдениям скопления галактик Кома уже направлена в журнал и опубликована в виде астро-препринта, — говорит научный руководитель обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев. — Работа над данными этих наблюдений продолжается и обещает немало новых интересных результатов о физике скопления и поведении темного вещества в нем.

Скопление Кома — это самое глубокое поле, исследованное российским консорциумом обсерватории «Спектр-РГ» в ходе ее перелета с Земли в точку L2. Глубина этого поля позволяет детально исследовать не только интереснейшее скопление Кома, но и искать в рентгеновских лучах проявления других астрономических объектов, входящих в окружающее его сверхскопление галактик Кома. А это сверхскопление содержит более 3000 галактик.

Ну и, конечно же, мы надеемся открыть на периферии этого поля (вне пределов яркого скопления на рис.1) квазары — аккрецирующие сверхмассивные черные дыры на больших красных смещениях, а также увидеть и нанести на карту неба немало далеких скоплений галактик, находящихся далеко за скоплением Кома на рекордных расстояниях».

***

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.

***

Tempestuous life beyond R_500: X-ray view on the Coma cluster with SRG/eROSITA. I. X-ray morphology, recent merger, and radio halo connection, by Churazov, E.; Khabibullin, I.; Lyskova, N.; Sunyaev, R.; Bykov, A. M.

Pairs of giant shock waves (N-waves) in merging galaxy clusters, by Zhang, Congyao; Churazov, Eugene; Zhuravleva, Irina

Close-up view of an ongoing merger between the NGC 4839 group and the Coma cluster — a post-merger scenario, by Lyskova, N.; Churazov, E.; Zhang, C.; Forman, W.; Jones, C.; Dolag, K.; Roediger, E.; Sheardown, A.

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.