«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.

Приливное разрушение он-лайн: телескоп СРГ/еРОЗИТА увидел событие приливного разрушения звезды сверхмассивной черной дырой

9 ноября 2020 г. телескоп СРГ/еРОЗИТА (SRG/eROSITA) на борту орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» зарегистрировал новый источник на небе, который привлек внимание российских астрофизиков мягкостью своего рентгеновского спектра. Наблюдения на крупнейшем в мире 10-метровом телескопе Кека (Гавайи, США), проведенные по предложению команды СРГ/еРОЗИТА, подтвердили, что зарегистрировано излучение аккреционного диска со светимостью в десять миллиардов раз превышающей светимость нашего Солнца во всех диапазонах спектра. Такие источники с временем жизни порядка полугода должны появляться при приливном разрушении звезды, пролетевшей слишком близко от сверхмассивной черной дыры.

К середине декабря 2020 г. телескопы рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» завершили второй обзор неба. Таким образом, за год, прошедший с начала сканирования в декабре 2019 г., все небо было «просмотрено» обсерваторией два раза. Сравнение двух карт неба, полученных телескопом еРОЗИТА, позволяет исследовать переменность источников рентгеновского излучения и, в частности, искать рентгеновские транзиенты — объекты, излучение от которых не детектировалось в первом обзоре, но которые стали яркими во втором (или наоборот). Такие источники, увеличившие за полгода свою яркость более, чем в 10 раз, телескоп СРГ/еРОЗИТА находит в среднем примерно раз в сутки.

Среди внегалактических транзиентов, детектируемых еРОЗИТой, особый интерес астрофизиков вызывают события, связанные с приливным разрушением звезд в гравитационном поле сверхмассивной черной дыры. Одно из таких событий и было обнаружено сотрудниками отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН 9 ноября 2020 г.

«Внегалактический рентгеновский транзиент SRGeJ213527.3−181634 привлек наше внимание мягкостью своего спектра, который имел температуру всего 70 электрон-вольт (эВ), и тем фактом, что он был расположен в ничем не примечательной, сравнительно небольшой галактике, в которой ранее не регистрировалась активность ядра — сверхмассивной черной дыры в ее центре. Это классические признаки события приливного разрушения звезды» — говорит член-корреспондент РАН Марат Гильфанов.

Рентгеновские изображения участка неба размером 5х5 угловых минут в диапазоне 0.3-2.2 кэВ, полученные телескопом СРГ/еРОЗИТА в первом (слева) и во втором (справа) обзоре неба. Каждая светлая точка изображает один (или более) рентгеновский фотон. В первом обзоре из окрестности источника не зарегистрировано ни одного фотона, во втором обзоре — более ста рентгеновских фотонов
Рентгеновские изображения участка неба размером 5х5 угловых минут в диапазоне 0.3-2.2 кэВ, полученные телескопом СРГ/еРОЗИТА в первом (слева) и во втором (справа) обзоре неба. Каждая светлая точка изображает один (или более) рентгеновский фотон. В первом обзоре из окрестности источника не зарегистрировано ни одного фотона, во втором обзоре — более ста рентгеновских фотонов

«Анализ архивных данных показал, что несколькими месяцами ранее телескоп Zwicky Transient Facility Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, США) зарегистрировал от этой галактики оптическую вспышку ZTF20abgbdpr, которая продолжается до сих пор и была первоначально классифицирована как вероятный кандидат в сверхновые. Наши результаты показали, что это была не сверхновая», — продолжает профессор РАН Сергей Сазонов.

А менее чем через две недели после открытия объекта телескопом СРГ/еРОЗИТА, американские астрономы на 10-метровом телескопе обсерватории Кека на Гавайских островах получили спектр этого объекта, в котором регистрировались эмиссионные линии водорода и ионов гелия и кислорода.

Результаты наблюдений опубликованы в Астрономической телеграмме #14246.

«Эти спектральные особенности и появление яркого объекта менее чем за полгода подтвердили наше предположение, что мы имеем дело с событием приливного разрушения звезды. Было также измерено красное смещение родительской галактики z=0.0942, — говорит академик Рашид Сюняев, научный руководитель обсерватории «Спектр-РГ». — Мы все с детства наслышаны о приливах в океанах и морях. И эти приливы — результат наличия Луны в 300 000 км от Земли. Можно легко представить себе, как приливные гравитационные силы разрывают даже в сотне гравитационных радиусов звезду, пролетающую мимо сверхмассивной черной дыры. Значительная часть вещества разорванной звезды образует аккреционный диск вокруг черной дыры и медленно падает в черную дыру, посылая нам сигнал в виде мощного рентгеновского излучения. Астрономы наблюдали за последние 25 лет уже два прохода звезды вблизи (но дальше приливного радиуса) от черной дыры с массой в 4 миллиона солнечных масс в центре нашей Галактики. Так что приливное разрушение звезд черными дырами — это не такая уж экзотика».

Событие приливного разрушения звезды в гравитационном поле сверхмассивной черной дыры в представлении художника. (c) NASA/CXC/M.Weiss
Событие приливного разрушения звезды в гравитационном поле сверхмассивной черной дыры в представлении художника. (c) NASA/CXC/M.Weiss

Орбитальная рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» продолжает сканирование небесной сферы — две недели назад начался третий (из восьми запланированных) обзор неба. Предприятия ГК «Роскосмос» ведут управление спутником, антенны дальней космической связи ежедневно осуществляют прием научных данных и посылают команды на спутник и его научные приборы, которые находятся на расстоянии в полтора миллиона километров от Земли (в четыре раза дальше Луны). Ученые ИКИ РАН ведут обработку научных данных на компьютерах в центре данных проекта.

***

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.

Телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского обсерватории «Спектр-РГ» повторно осмотрел все небо

15 декабря 2020 года, спустя год после начала сканирования неба, телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского обсерватории «Спектр-РГ» завершил свой второй обзор всего неба.

Карта всего неба, полученная по результатам двух обзоров телескопом ART-XC им. М. Н. Павлинского, обсерватория «Спектр-РГ», декабрь 2020 г.
Карта всего неба, полученная по результатам двух обзоров телескопом ART-XC им. М. Н. Павлинского, обсерватория «Спектр-РГ», декабрь 2020 г.

Уникальное сочетание большого поля зрения, высокого углового разрешения и достаточно жесткого диапазона энергий позволяет телескопу ART-XC получать четкие изображения любых областей на небе, включая центральную зону нашей Галактики. На рисунке показана карта всего неба (в галактических координатах) в диапазоне энергий 4-12 кэВ, построенная по совокупности данных первого и второго обзоров. Как и ожидалось, полное количество рентгеновских источников на суммарной карте возросло почти в два раза, примерно до 1000.

Каталоги в жестких рентгеновских лучах, подобные тому, что получил телескоп ART-XC за год работы, предыдущими инструментами создавались десятилетиями. Среди зарегистрированных телескопом ART-XC источников обнаружено нескольких десятков ранее неизвестных объектов в Галактике и за ее пределами, в том числе сверхмассивные черные дыры, окруженные толщей холодного газа и невидимые в мягких рентгеновских лучах. Часть из зарегистрированных источников проявляет сильную переменность, о чем говорит сравнение карт первого и второго обзоров.

Наблюдения неба с помощью телескопа ART-XC продолжаются в штатном режиме, и в следующие 3 года обзор всего неба будет повторен еще 6 раз, что позволит обнаружить на небе еще несколько тысяч рентгеновских источников.

Телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского создан в России, а «Спектр-РГ» — первая отечественная обсерватория, работающая в окрестности точки Лагранжа L2, на расстоянии около полутора миллионов километров от Земли.

Телескоп СРГ/еРОЗИТА обнаружил крупномасштабные пузыри горячего газа в гало Млечного Пути

Структуры горячего газа с обеих стороны Галактического диска, четко видимые в рентгеновском обзоре всего неба, возникли, скорее всего, из-за ударных волн, вызванных мощнейшим всплеском активности центра нашей Галактики десятки миллионов лет назад.

Открытие опубликовано в журнале Nature 9 декабря 2020 г. Половина соавторов статьи — сотрудники российских научно-исследовательских институтов, члены научных групп телескопа СРГ/eРОЗИТА.

На первой карте обзора всего неба, созданной рентгеновским телескопом еРОЗИТА (eROSITA), одним из двух инструментов на борту орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», астрономы обнаружили удивительную новую деталь: огромную округлую структуру ниже плоскости Млечного Пути, занимающую существенную часть Южного Неба.

Подобная структура на Северном Небе, так называемый Северный Полярный Шпур, известна со времен становления радиоастрономии и рентгеновской астрономии. Долгие годы считалось, что она возникла как следствие взрыва близкой к Солнцу сверхновой десятки или сотни тысяч лет назад. Но взятые вместе, северная и южная структуры на карте напоминают ореол в форме песочных часов, достаточно симметричный относительно центра Галактики, который отстоит от Солнца на расстояние в 25 тысяч световых лет (1 световой год — примерно 9.46 триллиона километров).

Карта диффузного рентгеновского излучения в диапазоне 0.6–1.0 кэВ, полученная телескопом СРГ/еРОЗИТА. Вклад точечных источников был удален. Изображение из статьи P. Predehl, R.A. Sunyaev, et al

«Благодаря высокой чувствительности, хорошему спектральному и угловому разрешению и низкому фону, телескоп СРГ/еРОЗИТА, сканирующий все небо каждые шесть месяцев, стала уникальным инструментом для обнаружения и изучения объектов, размеры которых намного больше поля зрения телескопа и составляют значительную часть всего неба», — объясняет Михаэль Фрайберг (Michael Freyberg), ученый, работающий с данными телескопа СРГ/еРОЗИТА в Институте внеземной физики Общества им. Макса Планка (MPE, Германия).

Крупномасштабное рентгеновское излучение, наблюдаемое СРГ/еРОЗИТА в диапазоне 0.6–1.0 кэВ, демонстрирует проявления этих гигантских пузырей с медленно меняющейся яркостью на большой части неба. Их угловые размеры сравнимы с размерами всей нашей Галактики Млечный Путь, что соответствует линейным размерам в десяток килопарсек, т.е. до 30 000 световых лет в поперечнике.

«Пузыри еРОЗИТЫ» имеют поразительное морфологическое сходство с хорошо известными «пузырями Ферми», но не совпадают с ними геометрически, а размеры последних заметно меньше. «Пузыри Ферми», были обнаружены годы назад гамма-обсерваторией «Ферми» (Fermi, NASA) на гораздо более высоких энергиях фотонов (гамма-излучение), в миллион раз более энергичных, чем рентгеновские фотоны, фиксируемые обсерваторией «Спектр-РГ».

Наложение карт нашей Галактики, полученных телескопами СРГ/еРОЗИТА и «Ферми» (NASA). Изображение из статьи P. Predehl, R.A. Sunyaev, et al.
Наложение карт нашей Галактики, полученных телескопами СРГ/еРОЗИТА и «Ферми» (NASA). Диффузное рентгеновское излучение, регистрируемое телескопом СРГ/еРОЗИТА (0.6–1 кэВ, обозначено оттенками голубого), окружает область более жесткого излучения (гигаэлектрон-вольты, обозначено красным), получившей название «пузыри Ферми». Сравнение этих карт указывает на тесную связь между пузырями Ферми и еРОЗИТы. Обращает на себя внимание и высокая яркость плоскости Галактики в гамма-лучах, что обусловлено наличием в ней межзвездного газа и космических лучей. Изображение из статьи P. Predehl, R.A. Sunyaev, et al.

«Телескоп СРГ/еРОЗИТА завершает сейчас второе сканирование всего неба, увеличивая вдвое число рентгеновских фотонов, зарегистрированных в частности и от открытых ею «пузырей» — говорит академик Рашид Сюняев, научный руководитель орбитальной обсерватории «Спектр-РГ». — Нам предстоит громадная работа, ведь данные СРГ/еРОЗИТА позволяют выделить немало рентгеновских спектральных линий, излученных высокоионизованными ионами газа в различных областях «пузырей». Мы получили возможность исследовать обилие химических элементов, степень их ионизации, плотность и температуру излучающего газа во многих зонах пузырей, исследовать положение ударных волн и оценивать характерные времена, прошедшие со времени гигантской вспышки, породившей эти пузыри. Поражает, что пузыри еРОЗИТЫ и «Фeрми» разделены в пространстве и размеры пузырей еРОЗИТЫ заметно больше. Скорее всего, на их границе важнейшую роль играют магнитные поля, затрудняющие выход космических лучей за пределы пузырей «Ферми»».

Иллюстрация возможного положения «пузырей еРОЗИТА» (EB, eROSITA bubbles, желтый цвет) и «пузырей Ферми» (FB, Fermi bubbles, розовый цвет) относительно Галактики и Солнечной системы. Изображение из статьи P. Predehl, R.A. Sunyaev, et al.
Иллюстрация возможного положения «пузырей еРОЗИТА» (EB, eROSITA bubbles, желтый цвет) и «пузырей Ферми» (FB, Fermi bubbles, розовый цвет) относительно Галактики и Солнечной системы. Приблизительные размеры структур, полученные в этом исследовании, указаны рядом со стрелками соответствующего цвета. Изображение из статьи P. Predehl, R.A. Sunyaev, et al.

Это открытие помогает понять циркуляцию вещества в Млечном Пути и вокруг него, а также в других галактиках, которые мы не можем наблюдать с такой степенью детализации из за громадного расстояния до них.

Большая часть обычной (т. н. барионной, от слова «барион» — семейство элементарных частиц, к которому относятся в том числе протоны и нейтроны) материи во Вселенной невидима для наших глаз. Все звезды и галактики, которые мы наблюдаем с помощью оптических телескопов, дают возможность увидеть менее 10 % от общего количества барионов. Ожидается, что огромные количества ненаблюдаемой барионной материи находятся в разреженных ореолах, окружающих галактики, словно коконы, а также в «нитях» (филаментах), соединяющих скопления галактик, как космическую паутину. Эти ореолы горячие, их температура составляет миллионы градусов, и поэтому они доступны для наблюдения в рентгеновском диапазоне длин волн.

Пузыри, которые «видит» телескоп СРГ/еРОЗИТА, являются «отражением» возмущений в этой оболочке горячего газа, которые были вызваны выбросом вещества вследствие активности сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики, либо гигантской вспышкой звездообразования в газе центральной части Галактики.

«Размер пузырей и температура газа в них позволяют судить лишь о полной выделившейся энергии и, приблизительно, о временной шкале, — говорит академик Евгений Чуразов (ИКИ РАН), один из авторов статьи. — Но, чтобы однозначно выбрать одну из гипотез, этого недостаточно».

Сейчас «наша» черная дыра проявляет себя как очень слабый рентгеновский и радиоисточник, время от времени слабо вспыхивающий в рентгеновских и инфракрасных лучах. Но она вполне могла быть весьма активной в прошлом. Мы знаем примеры такой активности из наблюдений сверхмассивных черных дыр в других галактиках.

В любом случае энергия, необходимая для формирования этих огромных пузырей, должна была быть очень большой — 1056 эрг. Это соответствует выделению энергии 100 000 сверхновых, что аналогично оценкам других вспышек в активных ядрах далеких галактик.

«Резкие границы этих пузырей, скорее всего, являются следами ударных волн, вызванных мощнейшим выбросом энергии из центра нашей Галактики в ее гало, — отмечает Петер Предель (Peter Predehl, MPE), один из двух ведущих авторов статьи. — Такое объяснение ранее предлагалось для пузырей «Ферми», а теперь, согласно данным телескопа СРГ/еРОЗИТА, полный объем и морфология этих структур стали очевидными». «»Шрамы», оставленные такими вспышками, долго «заживают» в таких ореолах» — добавляет Андреа Мерлони (Andrea Merloni, MPE), научный руководитель телескопа СРГ/еРОЗИТА.

«Многоцветная» рентгеновская карта неба, полученная телескопом СРГ/еРОЗИТА, содержит колоссальный объем информации о межзвездной среде Млечного Пути в целом, — говорит член-корреспондент РАН, один из создателей рентгеновской карты неба и соавтор статьи Марат Гильфанов (ИКИ РАН). — Видно, что излучение горячего и теплого газа приходит к нам со всех направлений, но его яркость в направлении Галактической плоскости сильно понижена из-за поглощения холодным веществом, расположенным в спиральных рукавах и в диске нашей Галактики. Наблюдаемую картину усложняет вклад излучения т. н. «Локального Пузыря», природа которого до сих пор не вполне понятна, и мы ожидаем, что СРГ/еРОЗИТА внесет свой вклад в разрешение и этой загадки».

***

Рентгеновский телескоп СРГ/еРОЗИТА был запущен в космос на борту орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» 13 июля 2019 года. Большая эффективная площадь зеркал и детекторов и широкое поле зрения СРГ/еРОЗИТА предназначены для глубокого обзора всего неба в рентгеновских лучах. В течение шести месяцев (декабрь 2019 — июнь 2020) СРГ/еРОЗИТА выполнила первый обзор всего неба на энергиях 0,2-8 кэВ, значительно более глубокий, чем самый чувствительный до этого обзор всего неба рентгеновского телескопа ROSAT (Германия) в 1990 г. на энергиях 0,1–2,4 кэВ. Предварительный анализ карты звездного неба первого обзора всего неба телескопа СРГ/еРОЗИТА обнаружил более миллиона точечных рентгеновских источников и около 20 000 протяженных. Около 80 % точечных источников представляют собой далекие активные ядра галактик (АЯГ). В Млечном Пути СРГ/еРОЗИТА зафиксировала около 200 000 коронально активных звезд, включая около 150 звезд, вокруг которых расположены планеты (~ 10% всех известных за пределами поля Кеплера).

Карта всего неба СРГ/еРОЗИТА (c) М.Гильфанов, Р.Сюняев, Е.Чуразов (от ИКИ), H.Brunner, A.Merloni, J.Sanders (от МПЕ).

***

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.

  1. Detection of large-scale X-ray bubbles in the Milky Way halo P. Predehl, R. A. Sunyaev, W. Becker, H. Brunner, R. Burenin, A. Bykov, A. Cherepashchuk, N. Chugai, E. Churazov, V. Doroshenko, N. Eismont, M. Freyberg, M. Gilfanov, F. Haberl, I. Khabibullin, R. Krivonos, C. Maitra, P. Medvedev, A. Merloni, K. Nandra, V. Nazarov, M. Pavlinsky, G. Ponti, J. S. Sanders, M. Sasaki, S. Sazonov, A. W. Strong & J. Wilms
  2. 09.12.2020 eROSITA finds large-scale bubbles in the halo of the Milky Way Пресс-релиз Института внеземной физики Общества им. Макса Планка

Астрофизик Рашид Сюняев — о новой эпохе в визуализации устройства Вселенной

Журнал «Огонёк» №46 от , стр. 32

Российские ученые создали самую подробную карту Вселенной. Как выглядит наша Галактика изнутри, легко ли запутаться в космической паутине и что мы сможем разглядеть через гравитационные линзы? Об этом «Огонек» расспрашивал одного из самых авторитетных ученых мира — астрофизика Рашида Сюняева.

Более двух с половиной тонн научного оборудования, миллионный бюджет, десятки лет напряженной работы и возрожденный престиж российской науки. Примерно так кратко можно описать космический аппарат «Спектр-РГ», который в эту самую минуту находится далеко в космосе. Аппарат стартовал летом 2019 года с Байконура, унося на себе два телескопа — один из них российский, другой немецкий. Оба телескопа в разных режимах сканируют рентгеновское излучение, исходящее от источников в недрах Вселенной, далеко за пределами нашей Галактики.

Почему именно рентгеновское? Вообще, рентгеновская астрономия, как ни странно, появилась во многом благодаря ядерному противостоянию. В 1940-е годы американцы придумали модифицированный счетчик Гейгера, чтобы ловить в воздухе частицы высоких энергий — «эхо» атомных взрывов в атмосфере. Он, кстати, уловил такое «эхо» от первой атомной бомбы, испытанной в СССР в 1949-м. Позже ученые попробовали отправить прибор в космос и обнаружили, что наше Солнце тоже испускает рентгеновское излучение. И не только оно. Оказалось, что Вселенная наполнена неизвестными объектами, которые можно засечь только в рентгеновском спектре. Но что они собой представляют, долгое время оставалось загадкой. Было ясно: такие частицы испускают источники, нагретые до гигантских температур, вплоть до нескольких миллионов градусов. Сегодня понятно, что речь идет о самых крупных объектах нашей Вселенной — скоплениях галактик, мощных черных дырах, вспышках сверхновых и так далее.

Через четыре года, собрав всю полученную «Спектром-РГ» информацию, российские ученые создадут окончательный вариант самой точной трехмерной карты Вселенной, куда будут нанесены крупные внегалактические объекты, подобные материкам на гигантской географической карте.

Помимо этого, «Спектр-РГ» будет решать огромное количество других научных задач, важнейшая из которых связана с главной загадкой современной науки: распределением невидимой темной материи и действием темной энергии — некой силы, управляющей временем и пространством. Это настолько продвинет нас в понимании устройства Вселенной, что некоторые эксперты называют происходящее третьей астрономической революцией, имея в виду, что первая произошла с появлением оптических приборов, а вторая — с выходом человечества в ближний космос. А узнать, не завышены ли ожидания, можно только у одного человека, который больше других знает и о проекте, и о Вселенной.

Рашид Алиевич, вы всю жизнь изучали Вселенную, именно этому посвящена работа уникальной российско-немецкой обсерватории «Спектр-РГ» (СРГ), которая скоро завершит второй обзор всего неба. Что мы узнали такого, чего не знали раньше?

— Новые результаты будут опубликованы в «Nature» в декабре, пока я могу сказать, что они связаны с активностью гигантской черной дыры в центре нашей Галактики. Сегодня эта черная дыра и падающее на нее вещество (имеется в виду вещество, которое дыра затягивает внутрь.— «О») наблюдаются как источник слабого переменного рентгеновского излучения. Но миллионы лет назад в центре Галактики произошла ярчайшая вспышка, которая привела к выбросу громадного количества газа на расстояния в десятки тысяч световых лет от этой черной дыры и зоны активнейшего звездообразования вокруг нее. В это время светимость центра Галактики превышала современную в сотни миллионов, а возможно, и в миллиарды раз. Наш телескоп изучает свойства выброшенного газа, видит мощные ударные волны, нагревающие газ до температур в миллионы градусов.

Когда вы говорите, что благодаря орбитальной обсерватории СРГ впервые создается столь подробная карта Вселенной, что имеется в виду? И как эта карта создается?

— Для начала скажу, что речь идет о двух совершенно уникальных рентгеновских телескопах с оптикой косого падения: АРТ-ХС и еРозита. Они установлены на борту орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ». АРТ-ХС сделан в России, а еРозита — в Германии. Роскосмос впервые в отечественной истории запустил аппарат в точку Лагранжа (L2) — в 1,5 млн километров от Земли, где Солнце, Земля и Луна всегда находятся с одной стороны от нашей обсерватории. Каждые полгода наш спутник делает оборот вокруг L2 и при этом получает полную карту неба. Всего за 4 года работы будет сделано восемь таких карт, которые дополнят и уточнят друг друга.

Уже сейчас мы открыли порядка миллиона рентгеновских источников. Это больше, чем видели все рентгеновские телескопы за всю историю астрономии! И три четверти из них — это сверхмассивные (миллионы и миллиарды солнечных масс) черные дыры в квазарах и ядрах активных галактик. Сейчас завершается второе сканирование неба, и мы получим возможность вести поиск очень интересных явлений, например, приливных разрушений звезд сверхмассивными черными дырами.

— Что это такое?

— Иногда нам удается стать свидетелями настоящих космических драм. Мы обнаружили десятки объектов, которые за полгода стали ярче в десять раз. Это значит, что они хорошо «покормились» — может быть, мимо пролетела звезда, которая подошла к черной дыре слишком близко и была разорвана приливными силами. При этом часть вещества уходит в бесконечность, а часть оказывается захваченной черной дырой, поэтому светимость аккреционного диска вокруг нее резко возрастает (аккреционный диск — вещество, стягивающееся в черную дыру и разогревающееся до огромных температур.— «О»). Для того чтобы черная дыра на расстоянии в миллиард световых лет «светила» с такой силой, она должна каждые 10 минут поглощать массу порядка массы Земли.

Какие необычные объекты и зоны во Вселенной наиболее интересны ученым?

— На самом деле их очень много. Например, так называемая дыра Локмана. С самим Джеем Локманом я знаком, он был совсем молодым, когда открыл область неба с минимальным количеством нейтрального водорода на луче зрения. Именно поэтому она прозрачна для наблюдения мягкого рентгеновского излучения внегалактических объектов. Уже сейчас мы обнаружили там около 9 тысяч рентгеновских источников, большинство из которых находятся далеко за пределами Галактики, они как бы просвечивают сквозь нее.

Но главное для нас сейчас — это использование гигантского количества открываемых рентгеновских источников в интересах космологии — науки о Вселенной. Мы мечтаем получить новые данные о заполняющих Вселенную темной энергии и темном веществе, физическая природа которых пока не известна. Так, например, на первой рентгеновской карте всего неба телескопа еРозита мы видим около 20 тысяч скоплений галактик, около 80 процентов массы каждого из которых составляет темное вещество. Громадный набор данных СРГ позволяет исследовать, как меняется плотность этих самых массивных многочисленных объектов во Вселенной. Мы узнаем, когда они появились, как со временем росло их количество, как они сливались друг с другом. Горячий газ, излучение которого мы наблюдаем, позволяет следить, как меняется гравитационный потенциал скоплений, определяемый невидимым темным веществом, масса которого растет со временем.

— Почему это важно?

— Громадный гравитационный потенциал приводит к тому, что многие скопления становятся сильными гравитационными линзами (такие линзы меняют направление электромагнитного излучения, как обычная линза — светового луча, то есть через них словно через увеличительное стекло можно детально исследовать самые далекие галактики во Вселенной.— «О»). Сначала изображения объектов усиливаются такой гравлинзой, а затем лучшими в мире оптическими телескопами. Мы рассчитываем, что среди открываемых нами скоплений галактик будут найдены многие тысячи сильных гравлинз.

Назад в будущее

Работа по проекту СРГ велась более 15 лет и потребовала больших усилий российской промышленности. Можно ли говорить о возрождении наукоемкой промышленности в России?

— АРТ-XC — первый российский рентгеновский телескоп с оптикой косого падения международного класса. Его создание стало возможным благодаря работе большого количества людей. Лидер этого коллектива — Михаил Павлинский, который ушел из жизни в июле этого года в возрасте 60 лет и чьим именем телескоп назван сейчас. Детекторы АРТ-XC были полностью разработаны и изготовлены в Институте космических исследований (ИКИ) РАН, а конструкция телескопа изготовлена в знаменитом Федеральном ядерном центре в Сарове. За создание позиционно чувствительных детекторов и их электроники отвечали молодые выпускники МИФИ во главе с Василием Левиным.

— Но рентгеновские зеркала вы взяли американские?

— У нас есть отечественные рентгеновские зеркала с оптикой косого падения, и наша страна может делать полностью свои рентгеновские телескопы. Но тесты показали, что зеркала Космического центра НАСА им. Маршалла показывают несколько лучшие результаты.

Надо признать, что в области космической астрофизики и исследования Солнечной системы (во многом благодаря поддержке РАН и Роскосмоса) еще со времен СССР идет плодотворное сотрудничество со многими странами Европы и США. По нашему проекту мы широко сотрудничаем с учеными Германии, и это полезно для обеих сторон. У меня впечатление, что никто и нигде не будет всерьез останавливать научное сотрудничество в чисто научном космосе. В значительной мере это вопрос конкурентоспособности: смогут ли наши ученые предлагать интересные задачи для сотрудничества, а нашe правительство и промышленность — хорошие условия для него. Ни одна страна в мире не может осилить сразу все работы по всем интересующим ученых направлениям.

Возвращаясь к нашей промышленности, добавлю, что большая группа специалистов в НПО им. Лавочкина курирует работу СРГ ежедневно. Именно они создали замечательную платформу «Навигатор», на которой установлены наши рентгеновские телескопы. Эта платформа уже была испытана в космосе, на ней летали «Радиоастрон» и приборы двух метеорологических спутников. Надеюсь, что «Навигатор» будет успешно использоваться и в дальнейшем.

— А кто принимает сигнал на земле?

— Здесь громадную роль играют центры дальней космической связи России. Ежедневно по 5 часов в день сеансы связи с СРГ проводят поочередно 64-метровая антенна в Медвежьих Озерах под Москвой и 70-метровая антенна в Уссурийске недалеко от границы с Китаем и Северной Кореей. Они принимают данные и пересылают их по каналам связи в ИКИ для дальнейшей передачи ученым России и Германии. С помощью антенн в этих центрах, а также благодаря работе Байконура ученые проверяют работу всех систем обсерватории и посылают команды и задания на следующие сутки работы.

— Вы присутствовали при запуске аппарата?

— Когда вспыхнуло пламя и ракета «Протон» с нашей обсерваторией начала медленно подниматься, это было волнующее зрелище. Я ездил на Байконур и за две недели до запуска. Ракету уже установили на стартовом комплексе, вдруг выяснилось, что у нее есть небольшая, но достаточно серьезная проблема. Как бы дорого это ни было, ракету сняли, отвезли назад в цех и работали над ней в срочном порядке две недели. В итоге запуск прошел чудесно. После ко мне подошел один из ведущих конструкторов завода им. Хруничева (завод — создатель «Протона-М».— «О») и сказал: «Поздравляю! Если б вы знали, сколько людей не спали эти две недели, чтобы все прошло хорошо». Плохо спал в те дни и я, а когда давал комментарии в ходе запуска, осознал, что никогда не видел себя на экране таким бледным.

В общем, это неудивительно, учитывая, сколько времени вы боролись за этот проект.

— Да, отсчет можно вести с 1987 года. Тогда в Москве в честь 30-й годовщины запуска первого спутника ЦK КПСС разрешил провести совещание с участием всех основных космических агентств и ведущих ученых мира в области космических исследований. Проект, который мы предложили, был поддержан 26 выдающимися физиками нашей страны, включая таких гигантов науки, как мой учитель академик Зельдович, академик Сахаров и директор ИКИ, в то время академик Сагдеев.

Заглянуть за край

— То, что вы видите на карте, соответствует предсказаниям, которые были у астрофизиков до сих пор?

— С некоторой точностью, и этим уточнением мы занимаемся.

— Что вы делаете с гигантским объемом полученной информации?

— Понятно, что один человек не может вручную перебрать миллион источников, которые мы уже видим на карте неба, полученной телескопом СРГ/еРозита. Для этого нужны квалифицированные, инициативные и способные люди, нужно большое количество хороших компьютеров, которых у нас не хватает. Но так быть не должно: СРГ дает интереснейшие данные, и их анализ должен производиться учеными нашей страны, молодежь должна иметь возможность делать открытия мирового класса. Более того, стоимость этих компьютеров ничтожна по сравнению со стоимостью всего проекта. К тому же у нас не хватает архивов для того колоссального количества данных, которые приходят каждый день. Мы очень рассчитываем, что Министерство науки и образования поможет в этом вопросе. Именно из-за недостатка компьютеров и современных оптических телескопов в стране мы сейчас концентрируемся на поиске самых далеких объектов во Вселенной среди миллиона уже открытых нами, вместо того чтобы расширять область исследования.

Обработкой данных помимо уже известных специалистов в данной области занимается много молодежи, что принципиально важно. Например, молодые выпускники МФТИ, МГУ, МИФИ и других вузов. Отмечу группу аспирантов и студентов факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ, работающих под руководством Александра Мещерякова. С помощью программы машинного обучения и нейронной сети «СРГz» они «перелопачивают» на компьютерах все обнаруженные СРГ объекты, ищут самые интересные, самые далекие из них, а затем передают информацию астрономам, работающим на четырех отечественных оптических телескопах, для более подробного изучения.

Буквально на днях мне сообщили из Казанского федерального университета, что один из рентгеновских источников, отобранных по программам «СРГz», оказался гигантской черной дырой массой более 100 млн солнечных масс. Этот квазар светил, когда еще не существовало Земли, когда Вселенная была раз в 10 моложе, чем сейчас, и испущенные им рентгеновские и оптические фотоны «летели» к нам 12 млрд лет. Естественно, возникает вопрос: как эта черная дыра успела нарастить столь громадную массу менее чем за миллиард лет?

— Поражает, что такие открытия можно делать на «всего лишь» 1,5-метровом телескопе КФУ.

А ведь 8 лет назад ЮЕО приглашала Россию присоединиться к этому международному проекту, но что-то пошло не так…

— Можно ли, глядя на новую рентгеновскую карту неба, наглядно описать, как выглядит наша Вселенная?

— Да, скорее всего еще через три года в результате восьми обзоров всего неба в рентгеновских лучах мы получим достаточное количество скоплений галактик (речь идет о 100 тысячах) и будем пытаться построить трехмерную картину их распределения во Вселенной. Численное моделирование предсказывает, что в узлах космической паутины (по одной из теорий во Вселенной есть некие плотные структуры из газа и пыли, похожие на нити паутины.— «О») находятся именно скопления галактик. Надеемся это увидеть на тонких срезах полученной трехмерной картины. Более того, мы планируем и поиск следов «барионных акустических осцилляций» (колебания плотности обычной материи, вызванные звуковыми волнами в ранней Вселенной.— «О») в трехмерном распределении не только скоплений галактик, но и гораздо более многочисленных квазаров. И потом, если есть наша Вселенная, почему не быть где-то другой? Почему наша должна быть одна?

Впрочем, я всю жизнь работаю на грани теории и эксперимента и думаю в первую очередь о том, что реально можно увидеть и в некотором смысле «пощупать». Так, например, мне было очень интересно работать над статьей с профессором МГУ (тогда еще совсем молодым ученым) Николаем Ивановичем Шакурой про аккрецию на черные дыры (самая цитируемая статья в мировой теоретической астрофизике.— «О») не только потому, что речь идет об удивительных объектах — черных дырах. Нас поражало, что аккреционный диск из вещества делал ее не только «видимым», но и ярким объектом в рентгеновских и даже оптических лучах, позволял оценить ее массу и ряд других физических параметров. Это открывало возможность искать черные дыры и в нашей Галактике, и во всей Вселенной. А сегодня, 47 лет спустя после этой публикации, СРГ за два скана неба уже нанес на карту неба более миллиона только сверхмассивных черных дыр.

Сейчас благодаря работе наших рентгеновских телескопов получены картины удивительной красоты. Например, мы детально исследовали богатейшее скопление галактик в созвездии Волосы Вероники. Его масса составляет 10 в 15-й степени масс Солнца. Как и все скопления, оно на 80 процентов состоит из темного вещества, а галактики в нем (несколько тысяч) обеспечивают всего 4 процента массы, остальное — горячий межгалактический газ с температурой 70–90 млн градусов и с плотностью всего в один протон и электрон на каждые 100 кубических сантиметров.

На полученном изображении мы видим удивительные по масштабности события: это скопление галактик готовится поглотить своего ближайшего соседа (скопление меньшей массы), в газе возникают ударные волны, происходит ускорение космических лучей и многое другое.

— Как с помощью рентгеновского телескопа вы изучаете распределения темного вещества?

— Благодаря численному моделированию на суперкомпьютерах мы знаем, что темное вещество из пространства между скоплениями галактик широкими рукавами втекает в сами скопления. Вместе с частицами невидимого для нас темного вещества туда же втекает и газ. А этот газ мы надеемся увидеть по его рентгеновскому излучению. Более того, мы стараемся оценить, сколько именно вещества втекает, какое давление газа создается при этом, как в нем возникают ударные волны. Горячий газ, как и галактики, для нас являются как бы пробными частицами, позволяющими почувствовать гравитационное воздействие на них громадного числа невидимых частиц темного вещества. Периферия скоплений галактик представляет для нас особый интерес. Важно найти филаменты (гипотетические плотные узкие нити космического вещества.— «О»), вдоль которых в скопление втекают темное вещество и газ, и измерить их параметры.

Эти рукава темной материи подтверждают гипотезу, что наша Вселенная по структуре похожа на гигантскую трехмерную паутину?

— В целом да, ее узлы представляют собой скопления темной материи, проявляющие себя в виде скоплений галактик и атмосферы горячего газа. А между скоплениями, по теории, должны возникать нитевидные структуры, те самые филаменты. Именно в точках пересечения этих нитей находятся скопления галактик. Существование такой картины предсказывают численные расчеты роста возмущений плотности даже во Вселенной, заполненной лишь темным веществом». Наличие барионного вещества (привычная нам форма вещества, отличная от темной материи.— «О»), проявляющего себя в виде разреженного газа и звезд в галактиках, открывает возможность подтвердить наблюдениями эту картину.

— Успехи современной астрофизики во многом связаны с теорией, названной «эффектом Сюняева — Зельдовича». Как вы к ней пришли?

— Астрофизика и особенно космология хороши тем, что могут предоставлять теоретикам физические условия, практически недостижимые в земных лабораториях: высокие и сверхнизкие температуры, громадные плотности энергии излучения и вещества, колоссальные магнитные поля или, наоборот, крайне разреженную плазму с плотностью всего лишь в одну частицу в десятках кубических метров, но при громаднейших размерах объектов. При этом хорошо известные физические процессы могут приводить к совершенно неожиданным следствиям. Когда мы с Яковом Борисовичем Зельдовичем предложили экспериментаторам искать проявления эффекта, называемого теперь SZ-effect, в него мало кто поверил.

И долгое время это оставалось теорией…

— Да, экспериментаторы старались, но чувствительности детекторов не хватало еще лет тридцать. Хотя сейчас этим методом открыты многие тысячи скоплений галактик, по нему опубликованы многие сотни экспериментальных и теоретических статей. Помогли известный всем космологический спутник ПЛАНК, замечательные телескоп на Южном полюсе Земли и Атакамский космологический телескоп в Чили.

— Примерно 10 лет назад вас избрали членом Американского философского общества. Что там сегодня обсуждают?

— Это достойнейшее место, начало которому положили еще отцы — основатели Америки, в том числе Томас Джефферсон и Бенджамин Франклин. Два раза в год (когда удается) я бываю на собраниях, где обсуждают чрезвычайно широкий круг тем. Мне, например, запомнилось выступление профессора Принстонского университета, который изучал культуру мигрантов в беднейших районах Лос-Анджелеса. В Америке многие годы считалось, что все приехавшие должны немедленно забыть свои корни и выучить английский язык, чтобы общаться только на нем. Но оказалось, что в тех семьях, где говорили на родном языке, дети гораздо реже попадают в банды, чем там, где родители пытаются говорить с ними на корявом и бедном английском. Для проявления личности, для установления доверительных отношений с детьми принципиально важно, чтобы взрослые говорили на красивом и богатом языке, чтобы они могли точно выразить свою мысль, дать развернутый совет и так далее. А английский дети освоят, столь велико влияние школы, интернета и массовой культуры. Меня это поразило.

— В одном из интервью вы сказали, что мы станем свидетелями научно-технической революции. Что вы имели в виду?

— Мы уже давно переживаем настоящую научно-техническую революцию: например, спокойно говорим из разных стран по Zoom, а я прекрасно помню, как в июле 1960 года, когда поступил в московский Физтех, стоял в двухчасовой очереди на Центральном телеграфе, чтобы позвонить в Ташкент и сообщить родителям, что меня приняли. Жизнь стала другой, а через сто лет она будет еще более интересной, чем сейчас.

Источник: kommersant.ru

 

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРАСНЫХ СМЕЩЕНИЙ ВЫБОРКИ ДАЛЕКИХ КВАЗАРОВ ОБСЕРВАТОРИИ СРГ ПО НАБЛЮДЕНИЯМ НА РТТ-150. I

Приведены результаты первых спектроскопических наблюдений на 1.5-м Российско-Турецком телескопе рентгеновских источников, открытых телескопом еРОЗИТА космической обсерватории СРГ и идентифицированых системой машинного обучения SRGz в качестве кандидатов в далекие рентгеновские квазары. Семь объектов подтверждены как квазары на красных смещениях z = 2.7−4.2, a два источника, которые были включены в программу оптических наблюдений с целью тестирования и настройки SRGz и имели значительную неопределенность фотометрического красного смещения, оказались сейфертовскими галактиками на z ≈ 0.6.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2020, том 46, No 10, с. 689–701

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.

Телескоп еРОЗИТА обсерватории СРГ открывает и исследует сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной

В центре нашей Галактики находится черная дыра массой 4 миллиона масс Солнца. Такие черные дыры есть в центрах почти всех галактик. Как правило, их масса больше: иногда ненамного, а иногда она достигает нескольких миллиардов солнечных масс. Такие сверхмассивные черные дыры зародились много миллиардов лет назад, когда во Вселенной только начали возникать первые звезды и галактики, и росли за счет аккреции окружающего их вещества. Этот процесс сопровождался выделением колоссальной энергии, что позволяет нам сейчас обнаруживать молодые и растущие массивные черные дыры по их электромагнитному излучению, испущенному много миллиардов лет назад. Такие объекты называются «квазары» или QSO — Quasi-Stellar Objects («квазизвездные объекты»).

Исследование процесса зарождения и роста сверхмассивных черных дыр — одна из главных научных задач российской орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», запуску которой с космодрома Байконур 13 июля исполняется ровно один год. В начале июня 2020 г. телескоп еРОЗИТА (eROSITA), один из двух телескопов на борту обсерватории, завершил свой первый (из запланированных восьми) обзор всего неба в рентгеновских лучах.

В ходе него было обнаружено более миллиона рентгеновских источников. Перед началом обзора, с целью поиска и исследования наиболее далеких и слабых объектов, телескоп еРОЗИТА провел глубокое сканирование т.н. «дыры Локмана» — небольшого участка неба, в котором поглощение рентгеновских лучей межзвездным газом и пылью нашей Галактики минимально и меньше всего мешает наблюдениям внегалактических объектов.

Ученые из Института космических исследований РАН под руководством члена-корреспондента РАН Марата Гильфанова и профессора РАН Сергея Сазонова работают над составлением каталога источников телескопа еРОЗИТА и анализируют эти данные с целью поиска наиболее далеких и наиболее быстро растущих сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Нейронная сеть SRGz, созданная в ИКИ РАН под руководством канд.физ.-мат.наук Александра Мещерякова, отобрала несколько десятков кандидатов в далекие квазары из более чем полумиллиона рентгеновских источников, обнаруженных еРОЗИТОЙ на половине неба, за обработу данных с которой отвечают российские ученые. Наиболее интересные из них были детально исследованы с помощью оптических телескопов в рамках программы наземной поддержки обзора неба «Спектра-РГ».

Уже в первых оптических наблюдениях были открыты ранее не известные далекие квазары. Среди них:

  • квазар на z=4,116, открытый на 1,6-метровом телескопе АЗТ-33ИК Саянской обсерватории Института солнечно-земной физики РАН в Бурятии;
  • квазар на z=4.237, открытый на Российско-Турецком 1,5-метровом телескопе (РТТ-150) в Турции;
  • квазар на z=4,576, открытый на 6-метровом телескопе БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН в Карачаево-Черкессии.

Наблюдения проводились под руководством канд.физ.-мат.наук Родиона Буренина и канд.физ.-мат.наук Георгия Хорунжева из ИКИ РАН и профессора Ильфана Бикмаева из Казанского федерального университета.

Кроме этого, наблюдения на 2,5-метровом телескопе Кавказской горной обсерватории Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ им. М. В. Ломоносова подтвердили, что ещё несколько объектов-кандидатов действительно являются квазарами.

Буква z обозначает «красное смещение» объекта, которое соответствует расстоянию до него. Красные смещения квазаров измеряются по положениям ярких эмиссионных линий в их спектрах. Главная из них — известная из школьного курса физики линия Лайман-альфа, возникающая при переходе электрона со второго на первый уровень в атоме водорода. В обычных условиях эта линия попадает в ультрафиолетовую часть спектра, но в спектрах далеких квазаров она оказывается в видимом диапазоне из-за большого красного смещения, вызванного расширением Вселенной.

Оптические спектры трех ранее неизвестных квазаров на красном смещении z>4, открытых телескопом СРГ/еРОЗИТА. Эти объекты были найдены нейронной сетью SRGz среди около полумиллиона источников, обнаруженных телескопом СРГ/ еРОЗИТА, и их природа была подтверждена в ходе оптической спектроскопии на телескопах БТА, РТТ-150 и АЗТ-33ИК

Особый интерес представляют квазары на красных смещениях z>6, в эпоху, когда возраст Вселенной составлял менее миллиарда лет. До сих пор неясно, как за столь короткое по космическим масштабам время некоторые черные дыры смогли вырасти до колоссальных масс в несколько миллиардов масс Солнца. Другой важный вопрос современной астрофизики — взаимодействие между процессами формирования звезд в первых галактиках и ростом черных дыр в их ядрах. Не до конца исследована и роль квазаров в повторной ионизации Вселенной (200 миллионов – 1 миллиард лет после Большого взрыва). Из наблюдений в оптическом и инфракрасном диапазонах известно более 200 квазаров на z>6, однако рентгеновское излучение пока обнаружено лишь у примерно 20 из них.

В работе канд.физ.-мат.наук Павла Медведева и его коллег из ИКИ РАН и КФУ, принятой в печать в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, сообщается об открытии телескопом СРГ/еРОЗИТА рентгеновского излучения от квазара CFHQS J1429+5447 на красном смещении z=6,2 (соответствует возрасту Вселенной около 900 миллионов лет). Этот квазар был известен по наблюдениям в видимом и радиодиапазонах, но рентгеновское излучение от него зарегистрировано впервые. По данным телескопа еРОЗИТА, рентгеновская светимость квазара составляет около 3×1046 эрг в секунду, что в несколько раз превышает предыдущий рекорд для квазаров на z>6. С учетом же того, что квазар излучает во всем диапазоне электромагнитного спектра, от радио- до ультрафиолетового и рентгеновского, его полную светимость можно оценить ещё на порядок выше — около 3×1047 эрг в секунду. Для сравнения, суммарная светимость всех двухсот миллиардов звезд в нашей Галактике примерно в тысячу раз меньше! Это означает, что черная дыра в этом квазаре «весит» более 2 миллиардов масс Солнца, и она должна была «съедать» примерно по Земле каждую секунду на протяжении нескольких десятков миллионов лет.

Квазар CFHQS J1429+5447 попал в поле зрения телескопа еРОЗИТА и был им зарегистрирован в ходе сканов неба 10–11 декабря 2019 г., в самом начале обзора всего неба обсерваторией «Спектр-РГ». Наблюдения на телескопе РТТ-150 показали, что оптический блеск квазара остался примерно таким же, как за 10 лет до этого, когда его открыл телескоп Канада-Франция-Гавайи.

Квазар CFHQS J1429+5447 является «радиогромким», то есть испускает мощное радиоизлучение. Оно связано с джетами — струями вещества, которые выбрасываются из окрестности черной дыры почти со скоростью света. Медведев с коллегами предположили, что рекордная рентгеновская светимость этого квазара связана с обратным комптоновским рассеянием реликтового излучения Вселенной на релятивистском веществе джетов. Этот процесс особенно важен в ранней Вселенной, где плотность энергии реликтового излучения более чем на три порядка выше, чем вокруг современных нам объектов. Ученые ИКИ РАН продолжают поиск таких объектов в данных еРОЗИТЫ.

***

Medvedev P. et al. SRG/eROSITA uncovers the most X-ray luminous quasar at z > 6

***

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.