Считанные дни остались до запуска космической инфракрасной обсерватории James Webb. Этот телескоп стал самим дорогим в истории, а в его разработке участвовали 17 стран. Мы ждем его запуска и первых докладов о новых экзопланетах и о том, как выглядела Вселенная 13,5 миллиарда лет назад, всего лишь через 200 миллионов лет после Большого взрыва. А пока мы расскажем о Спектре-РГ — космической обсерватории, инструменте для построения карты Вселенной в рентген-диапазоне. Ее запуск в 2019 году стал одним из главных успехов современной российской астрофизики.
Компромисс
Планы по созданию рентгеновской обсерватории появились еще во времена перестройки, в 1987 году. Как и многие другие крупные космические проекты вроде Hubble, Спектр-РГ постоянно страдал из-за недостатка финансирования. Вдобавок приходилось конкурировать с другими аппаратами, например станцией «Мир», которая была запущена в 1986 году. О надвигающемся кризисе еще никто всерьез не задумывался, и запуск Спектра-РГ оптимистично наметили на 1998 год. Планировали также и создание других обсерваторий в рамках серии «Спектр», но рентгеновская обсерватория должна была стать первой. В 90-х бюджет проекта оценивали в сто или больше миллионов рублей, но в 2001 году он вырос до 1,5 миллиарда. Тогда решили удешевить обсерваторию, убрав некоторые элементы полезной нагрузки. «Легкий вариант» планировали запустить сначала в 2006 году, затем в 2012 и 2016, 2018 годах. В итоге это произошло 13 июля в 2019 году. В 2013 сообщалось о том, что на аппарат потратили 5 миллиардов рублей.
Изначально на Спектр-РГ планировали установить семь научных приборов, причем два из них — для наблюдения в УФ-диапазоне. Окончательно с начинкой «Легкого варианта» определились в 2006–2008 годах. Полезная нагрузка должна была состоять из двух рентген-телескопов: немецкого eRosita и российского ART-XC. Разработкой последнего занимались ИКИ РАН и РФЯЦ-ВНИИЭФ. Это первый современный рентгеновский телескоп, созданный в России, наблюдения он ведет в жестком рентгене (6–30 кэВ).
eROSITA на сегодня остается лучшим рентгеновским телескопом в мире. Этот 810-килограммовый телескоп построили в Институте внеземной физики имени Макса Планка и DLR (германское космическое агентство). Он работает в мягком рентгеновском излучении от 0,2 до 10 кЭВ, а стоимость уникального прибора оценивается в 90 млн евро. Оба телескопа установлены на платформу «Навигатор», построенную в НПО им. Лавочкина.
Тогда же было выбрано и положение обсерватории — в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля. Спектр-РГ стал первым российским аппаратом, облетевшим вокруг нее. Точки Лагранжа — одни из самых необычных мест в Солнечной системе. Тело, помещенное сюда, одновременно испытывает притяжение от нескольких массивных объектов, которое равно центробежной силе, ощущаемой этим телом. В результате аппарат может оставаться в ней, спокойно совершая обзор космоса. Точка L2 не стабильна, поэтому Спектру-РГ все же приходится совершать маневры, чтобы остаться в ней. Расчетом орбиты занимались сразу несколько институтов: ИКИ РАН, Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, НПО им. Лавочкина и ЦНИИмаш.
Спектр-РГ стал вторым аппаратом в серии «Спектр». Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 года. Но его предшественник, Спектр-Р, или «Радиоастрон», для наблюдений в радиодиапазоне, который был запущен в 2011 году, провел на орбите в полтора раза дольше запланированного времени. В ближайшие пять лет Роскосмос планирует ввести в работу Спектр-М («Миллиметрон»), а после 2029 — Спектр-УФ.
Рентгеновская астрономия
Основная цель миссии Спектр-РГ — построение карты всего неба в мягком и жестком диапазонах рентгеновского спектра. Излучение этой части электромагнитного спектра не достигает Земли из-за наличия на планете атмосферы. Между тем рентгеновские лучи — это ценнейшие сигналы от черных дыр, квазаров и нейтронных звезд и других объектов, нагретых до чрезвычайно высоких температур. Нетепловое рентгеновское излучение исходит от пульсаров и плерионов. Первые в будущем планируют использовать как маяки при навигации в космосе. С Земли видны два источника сильного рентгеновского излучения — Солнце и звезда Скорпион X-1 в созвездии Скорпиона.
Карта сокровищ
Первым объектом, который снял Спектр-РГ, стало Большое Магелланово Облако — галактика, с которой нас (Млечный Путь) ждет столкновение через 2,4 миллиарда лет. Назвали ее в честь Фернана Магеллана, мореплавателя, который наблюдал ее во время кругосветного путешествия в 1519 году, хотя известна она была и раньше.
В июне 2020 года, спустя чуть меньше чем через год после запуска, Спектр-РГ завершил свой первый обзор неба. Аппарат обнаружил более миллиона источников рентгеновского излучения (с учетом тестовых сеансов): более 300 скоплений галактик, тысячи активных ядер галактик, черные дыры и сотни квазаров. Всего за полгода наблюдений немецкий телескоп eROSITA обнаружил столько же источников рентгеновского излучения, сколько до этого открыли за 60 лет.
Карта неба, созданная на основе первого обзора неба. Wikimedia Commons
Были обнаружены и гамма-всплески, которые сопровождают вспышки сверхновых и слияния двух нейтронных звезд, двух черных дыр (теоретически) или нейтронной звезды и черной дыры. Телескоп eROSITA обнаружил гигантские пузыри горячего газа, растущие из центра Млечного Пути. Открытие было опубликовано в журнале Nature. Они напоминают загадочные «пузыри Ферми», обнаруженные одноименным телескопом, наблюдаемые в гамма-диапазоне, но значительно превышают их по размеру. Ученые пришли к выводу, что их появление связано либо с выбросом вещества из-за активности сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, либо с гигантской вспышкой звездообразования. Получается, что черная дыра может спорадически влиять на структуру и химический состав галактик.
«Пузыри Ферми», как их видит eROSITA. P. Predehl, R. A. Sunyaev et al. / Nature, 2020
Не обойдет стороной Спектр-РГ и темную материю. Этот вид энергии был предложен, чтобы объяснить ускоренное расширение Вселенной. Работа продолжается, и в ближайшем будущем Спектр-РГ поможет составить еще более подробную карту скоплений галактик, что позволит измерить плотность темной энергии с высокой точностью.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
