«Спектр-РГ» — пять лет в космосе

13 июля 2019 года с космодрома Байконур в космос стартовала ракета-носитель «Протон» с разгонным блоком ДМ и российской рентгеновской обсерваторией «Спектр-РГ» на борту. 21 октября космический аппарат успешно прибыл к своему «рабочему месту» — точке Лагранжа L2 на расстоянии в 1,5 миллиона километров от Земли, одновременно проводя программу калибровочных и тестовых наблюдений, и с 8 декабря приступил к решению основной задачи — обзору всего неба в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения.

Рентгеновский диапазон — «окно» в мир высокоэнергичных процессов, таких как взрывы сверхновых, жизнь экзотических черных дыр и нейтронных звезд, взаимодействия галактик и скоплений галактик. Для невооруженного глаза наблюдателя на Земле все эти процессы невидимы.

На борту обсерватории на платформе «Навигатор» (создана в АО «НПО Лавочкина») установлены два телескопа — российский ART-XC (создан в ИКИ РАН в кооперации с РФЯЦ — ВНИИЭФ и Центром космических полётов им. Маршалла NASA, США) и германский eROSITA (создан в Институте внеземной физики Общества им. Макса Планка, Германия).

ART-XC регистрирует фотоны, обладающие большей энергией, чем те, которые детектирует eROSITA. Чем выше энергия фотонов, тем больше вероятность, что они «пробьются» сквозь толщу пыли и газа, которых довольно много во Вселенной. Таким образом, ART-XC способен видеть многие «спрятанные» объекты. Но физика устроена так, что высокоэнергичных фотонов рождается меньше, чем менее энергичных. Поэтому, несмотря на то, что карты в мягком рентгеновском диапазоне выглядят более «богато», карты в жестких лучах несут бесценную информацию. Таким образом, они дополняют друг друга.

Телескоп ART-XC с 2020 года носит имя Михаила Павлинского — своего создателя, руководителя отдела астрофизики высоких энергий, одного из руководителей всего проекта «Спектр-РГ». Михаил Николаевич ушёл из жизни 1 июля 2020 года, незадолго до первого юбилея запуска обсерватории. Но он успел увидеть и первые результаты, и первые карты рентгеновского неба, которые получил телескоп ART-XC.

ART-XC им. М.Н. Павлинского и eROSITA вместе провели четыре полных скана небесной сферы, и в декабре 2021 года приступили к пятому. В этот период главной задачей был именно обзор, так что обсерватория почти не могла «отвлекаться» на другие события, разве что они случайно попадали в поле её зрения.

Но 26 февраля 2022 года по просьбе германской стороны телескоп СРГ/eROSITA был переведён в «спящий» режим.

По решению российских ученых обзор был приостановлен. Российский телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского продолжил работу в рамках новой программы научных наблюдений, ключевой задачей которой стал глубокий обзор уже не всего неба, а плоскости нашей Галактики Млечный путь, как в направлении на её центр и дальние рубежи, так и в другую сторону — на «задний двор» Солнечной системы.

Обзор Галактики был завершен осенью 2023 года, после чего ART-XC вернулся к решению основной задачи проекта и возобновил программу обзора всего неба.

Пятый полный скан небесной сферы ART-XC им. М.Н. Павлинского провел с 19 октября 2023 по 24 апреля 2024 года и сейчас проводит шестой.

Перечисление всех результатов, полученных за пять лет работы, занимает несколько страниц, ведь на основе данных обсерватории уже опубликовано почти полторы сотни научных статей и телеграмм об открытиях, которые набрали более тысячи ссылок. Ниже отметим лишь самые главные — но надо иметь в виду, что этот список может устареть в любую минуту, ведь рентгеновское небо очень непредсказуемо!

1. Опубликованы два каталога источников рентгеновского излучения, полученных по данным ART-XC им. М.Н. Павлинского (за первый год работы и за пять с половиной обзоров неба с декабря 2019 по февраль 2022 года), и построена первая карта всего неба по данным eROSITA (за первые полгода работы). Наиболее свежий каталог ART-XC им. М.Н. Павлинского — «Каталог пяти обзоров» (ARTSS1-5) включает 1545 источников рентгеновского излучения, примерно 10% из них — новые, то есть раньше не наблюдались другими космическими обсерваториями.

2. В 2022–2023 годах ART-XC провел первое глубокое сканирование Галактической плоскости в жестком рентгеновском диапазоне. Предыдущие подобные обзоры всей Галактики обладали невысокой чувствительностью, поэтому в них удавалось зарегистрировать только относительно яркие или близкие объекты. Результаты этих наблюдений сейчас обрабатываются и будут представлены позже в виде каталога.

3. В феврале 2024 года ART-XC обнаружил новый аккрецирующий миллисекундный пульсар SRGAJ44459.2-604207. Телескоп наблюдал пульсар два раза во время фазы спада после рентгеновской вспышки. Полное время наблюдений составило примерно 36 часов. По характеристикам его спектра и кривой блеска можно заключить, что SRGAJ44459.2-604207 — это двойная система с нейтронной звездой, которая вращается вокруг своей оси с периодом 2.2 мсек, имеет радиус 11-12 км и атмосферу, которая нагревается в результате аккреции и в которой с высокой регулярностью происходят термоядерные взрывы. Сама система находится она на расстоянии около 8-9 парсек от наблюдателя (примерно 26-29 световых лет).

4. В начале 2022 года ART-XC обнаружил в нашей Галактике уникальную симбиотическую рентгеновскую двойную систему SRGA J181414.6-225604. Её особенность в том, что звездой-компаньоном в неё выступает красней гигант, принадлежащий к классу мирид. Так называют пульсирующие звезды, которые то увеличиваются, то сжимаются, изменяя при этом свой блеск в разы-десятки тысяч раз. Наблюдения в инфракрасном спектре помогли установить, что в этой системе происходят мощные пылевые выбросы. Такой выброс, видимо, и стал причиной рентгеновской вспышки, которую наблюдал ART-XC.

5. В 2021 году телескоп СРГ/еРОЗИТА открыл необычную сверхновую над плоскостью Галактики. Предполагается, что объект G116.6-26.1 — это остаток термоядерного взрыва белого карлика, взорвавшегося 40 тысяч лет назад на расстоянии в 10 тысяч световых лет от Солнца и в 4 тысячах световых лет над диском Галактики.

6. В 2020 году телескоп СРГ/еРОЗИТА обнаружил крупномасштабные пузыри горячего газа в гало Млечного Пути. Эти структуры получили название «пузыри eROSITA». Связаны они, вероятнее всего, с ударными волнами, вызванными мощнейшим всплеском активности центра нашей Галактики десятки миллионов лет назад.

7. 9 октября 2022 года ART-XC им. М.Н. Павлинского зарегистрировал мощный гамма-всплеск GRB20221009A, один из мощнейших за всю историю наблюдений. И хотя телескоп изначально не был предназначен для наблюдения таких событий, именно благодаря ему удалось измерить истинную кривую блеска. Дело в том, что исключительно интенсивное излучение от GRB20221009A пришло на детекторы ART-XC не через поле зрения, а сбоку, и таким образом было ослаблено. Многие другие детекторы гамма-излучения оказались «ослепленными». Это события сотрудники ИКИ исследовали вместе с коллегами из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, которые ведут российский эксперимент «Конус» на аппарате Wind (NASA).

8. ART-XC им. М.Н. Павлинского также работает как монитор радиационной обстановки окрестности точки Лагранжа L2, что актуально в период наступившего солнечного максимума. Данные представляются в виде кривой блеска (т.е. скорости счета) детекторов телескопа в энергетическом диапазоне 60–120 кэВ.

9. К настоящему времени число публикаций (статей) по данным обсерватории «Спектр-РГ» составляет 114, число «Астрономических телеграмм» (коротких оперативных сообщений) — около 30.

10. К настоящему времени «Спектр-РГ» сделал 9 полных витков по гало-орбите вокруг точки Лагранжа L2 (10 виток должен завершиться в октябре) и передал на Землю более 1 петабайта данных.

11. В наземной поддержке проекта «Спектр-РГ» принимают участие все крупные российские наземные оптические телескопы, в том числе 6-метровый БТА Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук, 1,6-метровый АЗТ-33ИК Саянской обсерватории Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН, 2,5-метровый телескоп Кавказской горной обсерватории ГАИШ МГУ им. М. В. Ломоносова, а также 1,5-метровый Российско-турецкий телескоп РТТ-150, находящийся в Анталии (Турция).

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 года 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 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. Научный руководитель орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.

Источник: Официальный канал РАН.