Прошел почти год с момента запуска российской астрофизической обсерватории «Спектр-РГ» (СРГ). За время своей миссии СРГ уже увидел туманность Андромеды, пульсары, квазары, сверхмассивные черные дыры и другие интересные объекты. А недавно мы получили новость о том, что аппарат осмотрел всё небо.
О рентгеновской астрономии и промежуточных итогах миссии рассказал доктор физико-математических наук, профессор РАН, заместитель директора по научной работе Института космических исследований РАН Александр Анатольевич ЛУТОВИНОВ.
— Александр Анатольевич, с помощью «Спектра-РГ» мы надеемся получить карту всего неба в рентгеновском диапазоне. А что ученые вкладывают в понятие «всё небо»? Как далеко может заглянуть аппарат?
— Да, обзор был завершен недавно, мы с большим волнением ждали этого момента. Получена полная карта всего неба в 41 с небольшим тысяч градусов. Впервые в истории отечественной космонавтики наш аппарат работает (и будет работать в ближайшие годы) в точке L2, мы никогда туда не летали ранее. Российский телескоп ART-XC, разработанный и созданный в ИКИ РАН и РФЯЦ-ВНИИЭФ (г.Саров) под руководством М.Н.Павлинского, сделал обзор неба в жестких рентгеновских лучах.
«Спектр-РГ» — проект с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу РАН. С помощью обсерватории ученые хотят составить подробную карту Вселенной в рентгеновском диапазоне. «Спектр-РГ» в течение шести с половиной лет будет находиться в районе точки Лагранжа L2, в 1,5 млн км от Земли. Фото: ИКИ РАН
Почему для нас важны обзоры неба? Дело в том, что время жизни Вселенной, да и практически любого космического объекта, во много раз превосходит время жизни всего человечества. И когда мы, люди, какой-то объект видим, для нас это как стоп-кадр. Да, мы видим его и можем даже проследить какие-то его изменения на малых временных масштабах, но мало можем сказать в целом о его жизни, о том, как и почему этот объект существует. На небе находится множество разных объектов, в том числе похожих, но пребывающих на различных стадиях своей эволюции. Рентгеновский обзор неба помогает детально понять, откуда эти объекты берутся, какова их эволюция и что с ними дальше произойдет. Отсюда вытекает очень серьёзная физика, новое понимание того, как устроена Вселенная.
ЗАГЛЯНУТЬ В ПРОШЛОЕ ВСЕЛЕННОЙ
Второй важный момент — это то, что мы можем видеть объекты, свет от которых был излучен сотни миллионов лет назад, миллиарды лет назад и т.д. Есть объекты, которые находятся от нас на таких гигантских космических расстояниях, что они, например, излучили этот квант света в тот момент, когда Солнечной системы еще даже не существовало. То есть, мы заглядываем в самое далекое прошлое Вселенной и пытаемся ретроспективно увидеть объекты, которые находятся от нас на таких непостижимых расстояниях.
Недавно наши молодые специалисты на телескопах Саянской обсерватории обнаружили объекты, которые существовали тогда, когда Вселенной было около миллиарда лет от роду. Обсерватория «Спектр-РГ» их открыла в рентгене, а затем в оптике их отождествили и определили расстояние до них.
— На борту обсерватории два телескопа: немецкий eROSITA и российский ART-XC. В чем принципиальное отличие нашего телескопа?
— Телескоп с зеркалами косого падения — ART-XC — был создан в нашей стране впервые. По сравнению с предыдущими инструментами, это гигантский шаг в плане повышения чувствительности телескопов и их углового разрешения. Он работает по тому же принципу, что и немецкий телескоп, но отличается тем, что работает в более жестком диапазоне. Получается, что eROSITA и ART-XC дополняют друг друга, ведь eROSITA работает на более мягких энергиях.
Телескоп ART-XC впервые сделал обзор неба в диапазоне энергий 4-12 кэВ. Никогда ранее обзор всего неба не делался в этом диапазоне длин волн с таким чувствительным инструментом и с таким угловым разрешением.
КАЖДЫЙ ФОТОН НА ВЕС ЗОЛОТА
Чем мягче у вас диапазон энергии, тем больше у вас фотонов. Поэтому вы будете видеть больше объектов: то есть, зарегистрировав всего лишь несколько фотонов, вы уже сможете увидеть объект. Но чем выше и жестче диапазон энергий, тем быстрее падает количество фотонов. Поэтому каждый фотон, который приходит в жестких лучах — на вес золота. Это очень важно с точки зрения уникальных объектов, которые не могут быть видны в мягких каналах, например, сверхмассивных черных дыр, закрытых гигантскими дисками из пыли и газа, или нейтронных звезд, находящихся внутри мощного звездного ветра от близкой звезды.
Данные, которые поступают от аппарата на Землю, ежедневно обрабатываются нашими специалистами и просматриваются на предмет поиска необычных вспыхивающих объектов. В начале апреля при сканировании области центра нашей Галактики мы обнаружили вспышку от черной дыры, которая молчала четверть века. Это невероятно — настоящее пробуждение черной дыры! И его первыми в мире увидели наши молодые ученые.
В процессе управления обсерваторией, получения и обработки данных, задействовано огромное количество специалистов из разных организаций. Люди, принимающие и обрабатывающие сигналы от аппарата, управляющие им, работают круглосуточно. Раз в сутки (обычно вечером или ночью) в течение нескольких часов у нас происходит сброс данных на одну из приёмных антенн и одновременная отправка команд на следующий цикл наблюдений. При этом немедленно начинается анализ и научной, и технической телеметрии на предмет проверки состояния борта, инструментов, поиска новых объектов на небе. Это только одна часть работы. Есть еще другая фаза работы, когда уже в более спокойном режиме строится та самая карта всего неба. Разные рабочие группы отвечают за свои собственные задачи.
Успех обсерватории, ее эффективная работа на орбите обеспечиваются благодаря слаженной работе и труду специалистов предприятий ГК "Роскосмос", в первую очередь — НПО им.Лавочкина, которое создало этот спутник, а также сотрудников "Росатома", Российской академии наук и др. В общем, все ведомства вносят титанический вклад в этот проект.
Карта, полученная по обзору всего неба телескопом ART-XC в рамках первого этапа научной программы обсерватории «Спектр-РГ» 8 декабря 2019 по 10 июня 2020 г., с вычтенным фоном заряженных частиц. Изображение: ИКИ РАН
— «Спектр-РГ» может пролить свет на природу тёмной энергии и другие загадки Вселенной?
— Да, тёмная энергия у всех на слуху. Как вы знаете, барионного вещества (то есть той материи, из которой состоим и мы, и звезды, и Галактики) совсем не много: около 4-5%. Всё остальное — это "тёмная энергия" и "тёмная материя". Что это такое — пока никто не знает.
Чем интересна и важна тёмная энергия? Последние исследования показывают, что наша Вселенная расширяется с ускорением. Для того, чтобы как-то связать наблюдаемое ускорение с физикой, было введено понятие тёмной энергии, которая как бы расталкивает вещество в разные стороны. Возможно, что увидев с помощью «Спектра-РГ» все массивные скопления галактик, измерив их массу и проследив эволюцию в космологических масштабах, удастся измерить плотность тёмной энергии с высокой точностью.
ПРИРОДНЫЕ МАЯКИ ВСЕЛЕННОЙ
Помимо тёмной энергии и материи, есть и другие фундаментальные загадки во Вселенной. Нейтронные звёзды, например, не менее интересны. Это удивительные объекты, плотности внутри которых превышают ядерные. И никто не знает, из каких элементарных частиц, из какого вещества они состоят. Это глобальная загадка, которую на Земле решить экспериментальным путём в принципе невозможно.
Нейтронные звёзды интересны и тем, что их можно использовать для решения практических задач. С помощью быстровращающихся нейтронных звёзд, которые посылают очень стабильные импульсы излучения (пульсары), можно создать независимую систему навигации аппаратов в космосе. (Прим. Это звёзды, которые вращаются с периодами в миллисекунды или десятки миллисекунд). Такие быстровращающиеся нейтронные звёзды фактически представляют собой природные маяки Вселенной. Каждая из них обладает уникальными характеристиками и уникальной стабильностью. Это позволяет в перспективе использовать их для создания системы навигации. С помощью телескопа ART-XC, имеющего прекрасные временные характеристики, мы провели наблюдения ряда быстровращающихся нейтронных звёзд и смогли получить обнадеживающие результаты для элементов такой перспективной системы.
Запуск ракеты "Протон-М" со "Спектром-РГ" на борту. Старт дан 13 июля 2019 г. с космодрома "Байконур". Фото: ИКИ РАН, Роскосмос
— Давайте поговорим о будущем рентгеновской астрономии в России. Каким вы его видите?
— То, что в России есть обсерватория «Спектр-РГ», и на ней стоит столь чувствительный отечественный телескоп — это гигантский шаг вперед. Условно можно сказать, что мы из средненького дивизиона наконец вошли в Лигу чемпионов. Фактически мы играем сейчас на высшем уровне и это результат многолетнего титанического труда. У нас получилась настолько могучая кооперация «Роскосмоса», «Росатома» и институтов Российской академии наук, что мы теперь видим серьёзные перспективы мирового уровня в развитии рентгеновской астрономии и астрофизики в России.
Перспективным проектом, над которым мы сейчас работаем, может стать создание рентгеновского телескопа нового поколения: с новыми, более чувствительными детекторами, с расширенным диапазоном энергии в мягкую область спектра и т.д. Главная цель — проведение фокусированного глубочайшего обзора нашей Галактики. То есть, мы хотим получить полный, однородный и самый глубокий обзор Млечного пути для того, чтобы увидеть всё, что в нём есть.
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:
- Сайт проекта "Спектр-РГ"
- А.М.Черепащук "Многоканальная астрономия"
- Журнал "Земля и Вселенная
- СРГ/eROSITA: есть рентгеновская карта всего неба!
- Как Вселенная создавала элементы? Интервью А.А.Лутовинова
- Рентгеновская астрономия (буклет ИКИ РАН)
- Страница проекта eROSITA/еРОЗИТА на сайте Института внеземной физики Общества им. Макса Планка
Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования и Российской академии наук.
Беседа была записана 17 июня 2020 года.
