"Спектр-РГ" откроет три миллиона черных дыр и изучит хребет Галактики

МОСКВА, 22 дек — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Российская орбитальная обсерватория "Спектр-РГ" провела пробное сканирование и в ближайшее время начнет обзор всего неба. Это единственный на сегодня современный инструмент астрофизических наблюдений в рентгеновском и гамма диапазонах, позволяющий с беспрецедентным разрешением разглядеть объекты в плоскости Галактики, ее центральную часть, открыть звездные и галактические скопления, квазары, пульсары и остатки сверхновых, увидеть три миллиарда черных дыр, подобраться ближе к тайне темной материи. О работе и научных задачах "Спектр-РГ" ученые рассказали на конференции "Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра", прошедшей на днях в Институте космических исследований РАН.

Между Солнцем и Землей

"Эта история началась в 1987 году, когда страна отмечала 30-ю годовщину запуска первого спутника Земли. Ученые получили разрешение провести в нашем институте международную конференцию и запланировали построить аппараты, которые прославят СССР. Один из них — "Радиоастрон" (работал на орбите в 2011-2019 годах. — Прим. ред.), второй — "Спектр-РГ". Начать проект помогали Андрей Сахаров, Яков Зельдович", — рассказывает Рашид Сюняев, научный руководитель "Спектр-РГ" и отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.

К созданию аппарата привлекли множество советских и зарубежных организаций, но в 2003 году, когда значительная часть приборов была готова, проект закрыли.

"Это была огромная драма", — вспоминает Сюняев.

Через несколько лет удалось добиться возобновления работ. Технологический прогресс позволил создать гораздо более совершенные приборы.

"Спектр-РГ" несет на борту два телескопа — российский АРТ-ХС (разработан под руководством Михаила Павлинского) и eROSITA, сконструированный в кооперации с учеными из Института внеземной физики Общества имени Макса Планка (Германия). Первый работает в диапазоне жесткого рентгеновского излучения — пять-тринадцать килоэлектронвольт, второй — в более мягком рентгене (0,3-11 килоэлектронвольт). Его спектральное и угловое разрешение в 25-30 раз больше, чем спутника предыдущего поколения ROSAT, работавшего на орбите в 1990-1998 годах.

Запуск "Спектр-РГ" откладывали четыре раза. Старт состоялся 13 июля 2019 года. За три месяца аппарат преодолел 1,5 миллиона километров и сейчас вращается по круговой орбите вокруг второй точки Лагранжа (L2). Так называют орбиты, на которых силы притяжения Земли и Солнца, действующие на крошечный аппарат, и центробежная силы скомпенсированы. Аппарат находится в таком положении, что всегда видит Землю и Солнце, поэтому нет проблем со связью и зарядом солнечных батарей. Здесь снижено влияние магнитного поля Земли и ее радиационных поясов.

Связь с "Спектр-РГ" поддерживают телескопы в Подмосковье и Уссурийской астрофизической обсерватории — самой южноширотной в России.

"Каждый день сотрудники ИКИ РАН и НПО имени Лавочкина управляют спутником, принимают и отправляют множество команд", — сообщил ученый.

"Спектр-РГ" уже выполнил пробные сканирования неба и получил очень подробные изображения в рентгеновском диапазоне. Сейчас идет калибровка приборов, через несколько месяцев данные будут направлены научным группам для анализа. За четыре года предстоит сделать восемь полных обзоров неба. Еще два с половиной года аппарат будет работать в режиме обсерватории, наблюдая самые яркие объекты, такие как активные ядра галактик.

Хребет Галактики и звуковые волны Вселенной

Ученые продемонстрировали первые изображения, созданные по данным телескопов АРТ-ХС и eROSITA. Среди них — снимок ближайшего к нам скопления галактик в созвездии Волосы Вероники ("Кома") — любимого объекта многих астрономов. Чем ярче цвет — тем выше плотность вещества. В самом центре она в 500 раз превышает среднюю плотность вещества во Вселенной. Порядка 80 процентов скопления занимает темная материя, пока недоступная для наблюдений.

© ИКИ РАН/ЕКА

Так в рентгене телескоп ART-XS видит скопление галактик в созвездии Волосы Вероники ("Кома")

Получено первое изображение хребта нашей Галактики — так называют структуру Млечного пути в рентгеновском диапазоне вдоль галактической плоскости. На нем примерно две тысячи источников: множество молодых звезд в зонах активного звездообразования, кандидаты в одиночные нейтронные звезды, ударные волны от вспышек сверхновых.

© ИКИ РАН/ЕКА

Участок Галактического хребта захватывает примерно 2000 источников. Красный цвет — более мягкое рентгеновское излучение, синий и зеленый — более жесткое. Здесь можно изучать звезды, белые карлики, рентгеновские двойные системы, нейтронные звезды, черные дыры в низком состоянии без аккреции

Красный цвет на снимке означает самые холодные, по галактическим меркам, сгустки газа с температурой порядка 300-500 тысяч градусов Кельвина. Зеленый и синий дают рентгеновские источники с температурой в многие десятки миллионов градусов. Темные участки — области, скрытые от наблюдения пылью, поглощающей рентгеновское излучение.

"Это грандиозная вещь. Мы очень радуемся этим результатам", — отметил Рашид Сюняев.

Одна из основных космологических мишеней "Спектр-РГ" — дыра Локмана. Так называют область неба размером примерно 20 квадратных градусов без облаков нейтрального водорода, что делает ее прозрачной для наблюдения внегалактических объектов. Первые же изображения позволили ученым насчитать шесть с половиной тысяч рентгеновских источников, видимых через эту дыру. Среди них — 500 звезд, 150 скоплений и групп галактик. Это в два с лишним раза детальнее, чем дают другие инструменты.

© ИКИ РАН/ЕКА

Дыра Локмана, через которую наблюдают внегалактические объекты. Поиск и классификацию рентгеновских источников проводят с помощью нейросети

eROSITA наблюдал двойную систему ss433, ярко излучающую в рентгеновском диапазоне. Ученые полагают, что это пара из черной дыры и нейтронной звезды. Они создают картину спирально закрученных рукавов — джетов, через которые вытекает вещество с быстротой, равной 0,26 скорости света. На полученном снимке хорошо различимы ударные волны.

Следующая добыча — движущийся со скоростью одна тысяча километров в секунду пульсар PSR B1509-58 с окружающей его туманностью. Он находится на расстоянии 17 тысяч световых лет от Земли, но благодаря рентгеновскому излучению мы можем его видеть.

© ИКИ РАН/ЕКА

АРТ-ХС запечатлел хребет Галактики

"Спектр-РГ" работает в тесном контакте с наземными телескопами. Обнаружив очень яркие интересные объекты, ученые из ИКИ РАН передают их астрономам, ведущим наблюдения. Так, с помощью 1,6-метрового телескопа АЗТ-33ИК Саянской обсерватории Института солнечно-земной физики Иркутского научного центра СО РАН уже сделаны снимки, подтверждающие открытие двух очень далеких квазаров в дыре Локмана.

Программы наблюдений наиболее интересных кандидатов одобрены на БТА САО РАН в Нижнем Архызе и российском телескопе, установленном в Турции, — РТТ-150.

Ученые надеются с помощью "Спектр-РГ" наблюдать барионные акустические осцилляции — звуковые волны, возникшие на самом раннем этапе эволюции Вселенной и до сих пор гуляющие по наблюдаемому веществу. Как рассказал Рашид Сюняев, их амплитуда будет заметнее на больших масштабах, если за узлы космической паутины принять скопления галактик.

Согласно подсчетам, чтобы обнаружить этот феномен на уровне достоверности четырех-пяти сигма, нужно сто тысяч скоплений с массой больше, чем 3×10¹⁴ масс Солнца. Именно столько есть в наблюдаемом нами космосе. Далеко не все они открыты, и eROSITA восполнит этот пробел.

© ИКИ РАН/ЕКА

Галактический центр, балдж