Примерно полтора года в дальнем космосе работает уникальная российская обсерватория «Спектр-РГ» (Рентген-Гамма), созданная при участии немецких специалистов. Запущенный с Байконура летом 2019 года аппарат пролетел полтора миллиона километров и попал в точку. Точнее говоря, на гало-орбиту вокруг так называемой точки Лагранжа, где земное и солнечное притяжение уравновешивают друг друга и ни Земля, ни Солнце не мешают телескопам сканировать небо. Их поле зрения ничем не ограничено, и станция проводит полный обзор Вселенной — с рекордной чувствительностью.
На аппарате установлены особые рентгеновские телескопы: отечественный ART-XC (сегодня он носит имя своего главного создателя М.Павлинского) и немецкий еROSITA. Наш видит «жесткое» излучение, зарубежный — «мягкое». Благодаря специальной конструкции зеркал обоих приборов у них большое поле зрения. Немецкий охватывает круг диаметром в один градус. Это очень много. Для сравнения: размеры Солнца — полградуса. Поэтому еROSITA наблюдает в каждый момент времени часть неба площадью в четыре Луны. Поле зрения ART-XC меньше одного градуса, но он работает на более высоких энергиях. Так, дополняя друг друга, приборы исследуют небо и по мощному радиоканалу передают на Землю рентгеновские снимки. Впервые астрофизики получили возможность составить полную карту Вселенной.
Как работает обсерватория, что значит сканировать небо, «Поиску» рассказывал ведущий участник международного проекта, заведующий лабораторией Института космических исследований РАН, профессор РАН Сергей САЗОНОВ:
— В точке Лагранжа станция вращается вокруг своей оси, направленной на Солнце, и совершает шесть полных оборотов в сутки. Телескопы расположены перпендикулярно оси, поэтому каждый день мы получаем снимок очередного большого круга на небе шириной в один градус. Это важное достижение. За полгода станция просканирует все небо.
— Как много информации поступает из космоса?
— Раз в сутки происходит сеанс связи со спутником длительностью примерно в пять часов. Объем данных составляет около 500 мегабайт — по современным меркам не так уж и много. Сигналы по очереди принимают две станции дальней космической связи. Одна находится в Медвежьих озерах под Москвой, другая — на Дальнем Востоке, в Уссурийске. Они располагают мощными приемными антеннами (диаметр тарелок — 64 и 70 метров). Однажды из-за кратковременного (связанного с особенностями орбиты в районе точки Лагранжа) выхода спутника «Спектр-РГ» из зоны приема этих антенн данные сбросить не удалось — пришлось обращаться к европейским коллегам. Они предоставили свои антенны, находящиеся в разных точках Земли. Информация поступает в ИКИ, где происходит ее расшифровка: часть обрабатывают российские ученые, часть — немецкие. Квант информации — один рентгеновский фотон. Его координаты на небе определяются с точностью до секунд дуги.
— И самое интересное, какая картина открывается?
— Напомню, мы просканируем небо восемь раз. Первый обзор завершился 10 июня, второй — 15 декабря. Получен колоссальный объем данных. Честно признаюсь, до конца мы еще не осознали, каким богатством владеем. Только на российской половине неба после первого цикла сканирования обнаружены полмиллиона рентгеновских источников: черные дыры, скопления галактик, звезды. Если прибавить данные немецкой стороны, получится больше, чем удалось открыть за всю историю рентгеновской астрономии, за 60 лет. Среди главных объектов — квазары (квазизвездные объекты) — сверхмассивные черные дыры, в миллионы и миллиарды раз превышающие массу Солнца. Есть черная дыра и в нашей галактике Млечный Путь, но она практически никак себя не проявляет. Не то что черные дыры в квазарах, выделяющие огромную энергию. На нашем счету уже порядка 200 000 звезд. В рентгене хорошо видны их раскаленные короны. На небе квазары и звезды выглядят как точки. А пятнышки — это скопления галактик. Они представляют собой протяженные рентгеновские источники. Каждое такое скопление имеет размер в несколько миллионов световых лет. В этом объеме находятся порядка тысячи галактик, а пространство между ними заполнено загадочной субстанцией — темной материей и горячим газом, разогретым до 100 миллионов градусов.
Среди уникальных объектов — два гигантских пузыря разреженного раскаленного газа, равных примерно всей нашей галактике. Это несколько десятков тысяч световых лет. Телескоп eROSITA обнаружил их при первом сканировании в мягких рентгеновских лучах. Раньше была видна только часть этих структур, поэтому не удавалось объяснить их происхождение. Казалось, что они находятся достаточно близко от Земли и не столь велики по сравнению с нашей галактикой. Есть предположение, что несколько миллионов лет назад в центральной ее области произошли взрывы, сопровождавшиеся огромным выделением энергии. Но что было их причиной, пока не понятно. Возможно, взорвались сверхновые звезды, но тогда их должно было быть порядка 100 000. Есть и другая, не менее интересная, гипотеза: колоссальная энергия выделилась в результате падения большого количества межзвездного вещества (а также, возможно, фрагментов звезд) на сверхмассивную черную дыру. Для астрофизиков обсуждение этих гипотез — это все равно что раскопки для археологов. Фактически впервые мы начинаем представлять, что происходило с нашей галактикой миллионы лет назад. Статью об этом опубликовал самый престижный научный журнал Nature — совместная публикация российских и немецких астрофизиков.
Не менее перспективны исследования квазаров — они помогают заглянуть в прошлое Вселенной. Наши телескопы в состоянии обнаружить самые удаленные и мощные объекты. Это кропотливая исследовательская работа: необходимо сверить открываемые нами на небе источники рентгеновского излучения с каталогами астрономических объектов на других длинах волн (от радио до ультрафиолета) и отыскать наиболее перспективные, но пока лишь кандидаты в квазары. С помощью российских оптических телескопов определяем расстояние до них. Таким образом удалось обнаружить несколько очень далеких квазаров. А чем они дальше, тем больше возможностей узнать о прошлом Вселенной. Ее возраст — около 14 миллиардов лет. Изучая далекие квазары, можно представить, какой она была в молодости, когда ей было всего около одного миллиарда лет. Однако рекорд поставил самый мощный из найденных нами квазаров: мы узнали о существовании огромной (не менее миллиарда масс Солнца) и при этом продолжающей активно расти черной дыре во Вселенной — возрастом всего 900 миллионов лет.
До полета «Спектра-РГ» массовые открытия таких интереснейших объектов были практически невозможны. Фактически впервые астрофизики смогли произвести перепись всего «хозяйства» Вселенной: квазаров, скоплений галактик, звезд. Это выдающееся достижение. Подчеркну, очень важно, что сканирование мы проведем восемь раз, это дает возможность сравнивать полученные данные. Оказывается, что в небе происходят постоянные изменения. Одни объекты исчезают, другие появляются, мощность их излучения то усиливается, то ослабевает. Сравнение данных первого и второго сканирований помогло обнаружить несколько десятков ярких в рентгене объектов, появившихся только что (на летней карте их еще не было). Удалось установить, что эти рентгеновские вспышки произошли в ядрах галактик, находящихся на колоссальном расстоянии, — порядка миллиарда световых лет. (Хотя с точки зрения космологии это относительно близко.) Предполагается, что они происходят, когда к черной дыре, находящейся в ядре галактики, приближается звезда типа Солнца и приливные силы буквально ее разрывают. Ошметки звезды попадают в черную дыру, выделяется огромная энергия, происходит вспышка, и наши приборы фиксируют гибель очередной «жертвы».
— Как вы поступаете с собранной информацией?
— Существует определенная практика: в случае важного открытия на специальный сайт нужно послать короткое сообщение — астрофизики называют его «телеграммой» — чтобы все желающие могли немедленно провести наблюдение. И, конечно, пишем статьи. В первые месяцы нам было не до них, но сегодня наверстываем упущенное: более десяти статей уже опубликованы, десятки приняты к печати.
— Ваши планы на будущее?
— Четыре года, до конца 2023-го, мы сканируем небо. Затем несколько лет будем вести так называемые направленные наблюдения по заявкам астрофизиков. Гарантия работы станции — семь лет, но мы надеемся, что она послужит намного дольше.
Юрий Дризе
Нет комментариев