Российско-германская астрофизическая космическая обсерватория «Спектр-РГ», выведенная на орбиту летом 2019 года, завершила полугодовой первый этап научной программы с полным оборотом по своей орбите. Рентгеновские телескопы ART-XC и eROSITA на борту станции получили первый законченный результат: создана полная карта видимого неба в рентгеновском диапазоне. Она заменит самый подробный на сегодня и используемый почти 30 лет рентгеновский обзор спутника ROSAT.
Спектр-РГ («Спектр-Рентген-Гамма») — российско-германская космическая обсерватория, предназначенная для наблюдений в рентгеновском диапазоне и в частности для составления рентгеновского обзора всего неба. Идею такого телескопа начали разрабатывать ещё в 1980-х годах в Институте космических исследований АН (теперь в ведомстве РАН). Предполагалось, что это будет совместный проект космических агентств двенадцати стран — космическая обсерватория с пятью рентгеновскими телескопами, но в 1990-е годы из-за финансовых проблем проект был приостановлен, и к нему вернулись в 2003 году. На этот раз его реализовали как совместную российско-германскую разработку, но меньшего масштаба. На космической обсерватории размещено два рентгеновских телескопа: германский eROSITA и российский ART-XC, разработанный в ИКИ РАН. Запуск корабля состоялся 13 июля 2019 года с Байконура, и через три месяца корабль достиг рабочей орбиты на расстоянии полутора миллионов километров от Земли.
Основным телескопом проекта является eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array), разработанный в Институте внеземной физики Макса Планка. Его энергетический диапазон составляет 0,3—11 кэВ. Это «стандартные» значения спектра мягкого рентгеновского излучения, сопоставимые с диапазонами других космических рентгеновских телескопов, в частности, действующими сегодня XMM-Newton Европейского космического агентства и Chandra NASA. В длинах волн это примерно 0,1—10 нм, и этот спектр подходит для обнаружения остатков вспышек сверхновых, областей горячего газа, ядер удалённых галактик и источников рентгеновского излучения внутри Галактики. Поле зрения телескопа 0,81 квадратных градуса: в несколько раз больше, чем у телескопов Newton и Chandra, соответственно его назначение — обзорный телескоп, в отличие от этих инструментов.
Российский телескоп ART-XC (Astronomical Roentgen Telescope — X-Ray Concentrator) работает в более жёстком диапазоне 5—30 кэВ. Его поле зрения ощутимо меньше — 34 квадратных минуты, и он больше нацелен на детальное изучение выбранных при первичном картировании объектов. В частности, он позволит исследовать жёсткие рентгеновские источники. Как правило это — активные ядра галактик и сверхмассивные чёрные дыры. Также более подробно будут исследованы определённые области неба, включая полюсы эклиптики (это направления, перпендикулярные к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца). Диапазоны двух телескопов частично перекрываются, и это улучшает возможности независимой проверки результатов и калибровки.
Орбита космической обсерватории также отличается от действующих рентгеновских телескопов. Chandra и Newton вращаются по очень вытянутым орбитам вокруг Земли на расстоянии несколько десятков тысяч километров. Спектр-РГ находится в окрестности внешней точки Лагранжа L2 системы Земля — Солнце, вращаясь не вокруг Земли или Солнца, а вокруг этой точки — по так называемой гало-орбите, как на рисунке. Точки Лагранжа для системы из двух космических тел, например, Земля — Солнце — это области устойчивости, в которых может находиться объект небольшой массы, оставаясь в равновесии и неподвижным относительно них. То есть в этих точках уравновешиваются силы притяжения со стороны двух массивных тел и «центробежная сила» во вращающейся системе. Таких точек пять. В окрестностях некоторых из них размещают космические аппараты в зависимости от назначения. Расстояние от центра орбиты корабля Спектр-РГ до Земли 1,5 миллиона километров — точка L2 располагается далеко за орбитой Луны. Период обращения космического аппарата составляет полгода, и он уходит из плоскости эклиптики на расстояние до 400 тысяч километров. Вокруг этой точки работают ещё несколько космических телескопов, но длинноволнового диапазона.
Через полгода после выхода на орбиту, то есть как раз после полного оборота, в апреле 2020 года, космическая обсерватория накопила данные для обзора всего неба. Составление карты по первому обзору завершилось на днях, 11 июня 2020 года. Данные «основного» телескопа eROSITA, согласно условиям договора, поделены на две части, и российские и немецкие астрофизики занимаются обработкой «своей» половины неба. Сводные результаты проекта должны появиться через два года. Поэтому на пресс-релизах ИКИ РАН видна только половина неба — участок с галактической долготой от 0 до 180 градусов (в этой системе горизонтальной осью является плоскость Млечного Пути — используются галактические координаты). На картинке справа приведена карта всего неба, но это первичный обзор по данным российского телескопа ART-XC.
Из пресс-релиза СРГ/еROSITA:
На карте в более мягком диапазоне энергий 0,3—0,7 кэВ хорошо видны остатки вспышек сверхновых (следы гибели звезд) и излучение «теплого» межзвездного газа с температурой в сотни тысяч градусов Кельвина, а также относительно близкие звезды с коронами, намного более мощными чем у Солнца. Их более ста тысяч.
Обращает на себя внимание Северный Полярный Шпур — ярчайшая и самая протяженная в мягких рентгеновских лучах область нашей Галактики. Хорошо видна темная полоса, протянувшаяся вдоль плоскости нашей Галактики, где поверхностная яркость рентгеновского излучения меньше, чем в других частях карты. Это связано с поглощением мягких рентгеновских лучей газом и пылью в диске нашей Галактики.На карте в диапазоне 0,7—2,3 кэВ в основном проявляют себя внегалактические объекты. Мы видим сотни тысяч ядер активных галактик и квазаров, излучение которых связано с аккрецией (падением) вещества на сверхмассивные черные дыры, и тысячи массивных скоплений галактик, заполненных в основном загадочным «темным веществом» и горячим межгалактическим газом. Абсолютное большинство этих объектов находятся на космологических расстояниях от нас, превышающих миллиарды световых лет.
В этом диапазоне мы также видим рентгеновские пульсары, аккрецирующие белые карлики и многие другие типы галактических источников рентгеновского излучения.
Зона центра Галактики имеет в этих координатах галактическую долготу 0° и находится на самом краю (справа), где сильные искажения проекции. На рисунке представлен соответствующий фрагмент в более подходящей прямоугольной проекции. Центр Галактики находится здесь в самой правой части. В этой области располагается сверхмассивная чёрная дыра, определяемая по радиообъекту Sgr A* и множество рентгеновских источников вблизи. Из-за межзвёздного газа излучение в мягком рентгеновском диапазоне здесь сильно поглощается, поэтому для её исследования будут более полезны данные по жёсткому излучению от телескопа ART-XC.
После маневра коррекции орбиты в середине июня и наблюдений для калибровки телескопов обсерватория начнет второй обзор неба. Всего за четыре года планируется восемь полных обзоров. При этом наблюдения будут складываться, давая всё более подробную картину за счёт увеличения экспозиции. Составленная карта первого обзора уже превосходит по детальности используемый 30 лет «эталон» — обзорную рентгеновскую карту 1990-х годов германского спутника ROSAT.
