Звездные волны: «Спектр-РГ» увидит Вселенную в рентгеновском диапазоне
Космическая обсерватория «Спектр-РГ» проведет глубокое исследование космоса, благодаря которому планируется найти ответ на один из главных вопросов: как проходило формирование самых крупных объектов во Вселенной — скоплений галактик. Для этого планируется впервые пронаблюдать и провести полную «инвентаризацию» всех массивных скоплений галактик (их общее число во Вселенной, включая новые открытия, оценивается примерно в 100 тыс.), открыть около 3 млн новых активных ядер галактик, или сверхмассивных черных дыр. Кроме того, будут изучены около 500 тыс. звезд, излучающих в рентгеновском диапазоне. В результате анализа полученных данных ученые рассчитывают узнать подробности о процессе эволюции Вселенной и особенностях распределения в ней загадочного темного вещества. Аппарат планируется отправить на орбиту 13 июля.
Рентген Вселенной
Рентгеновское излучение — это электромагнитные волны, исходящие от самых горячих космических объектов, к которым относятся газ в скоплениях галактик, вещество в окрестности черных дыр и нейтронные звезды. Как правило, поток оптического излучения от этих объектов относительно слаб для их наблюдений с помощью оптических приборов, и поэтому ученые используют для этой цели рентгеновские телескопы. Они могут работать только в космосе, поскольку рентгеновское излучение не проходит через атмосферу Земли. В последние годы всё больше космических астрофизических обсерваторий отравляют в окрестность так называемой точки Лагранжа L2, расположенной дальше нашей планеты от Солнца на 1,5 млн км. Здесь космическим аппаратам не мешают характерные для околоземных орбит перепады температуры и засветки от Земли и Луны.
Именно в эту область космоса будет отправлена новая обсерватория «Спектр-РГ», созданная инженерами российского НПО им. Лавочкина, учеными и специалистами Института космических исследований РАН совместно с коллегами из Общества Макса Планка (Германия). Разработка представляет собой космический аппарат весом в 2,7 т, оснащенный двумя телескопами.
— Российский прибор ART-XC и немецкий eRosita ориентированы в одном направлении, что позволит вести наблюдение определенного участка космоса одновременно в мягком и жестком диапазоне волн, — пояснил заместитель директора Института космических исследований РАН Михаил Павлинский. — Это обеспечит максимальную информативность системы, которая будет делать полный обзор неба за полгода.
По мнению представителей Института астрономии РАН, решение использовать в аппарате сразу два телескопа более чем оправданно.
— В принципе, есть возможность совместить оба необходимых диапазона в одном устройстве, однако в этом случае мы бы проиграли в эффективности, — отметил научный руководитель Института астрономии РАН Борис Шустов. — Кроме того, данный вариант дал возможность поставить на аппарат российский телескоп, что означает полноценное партнерство ученых из России и Германии.
В течение одного дня «Спектр-РГ» будет собирать около 500 мб данных, которые планируется передавать на Землю по стандартным линиям радиосвязи на российские приемные станции. Ими выступят Центр космической связи «Медвежьи озера» (Московская область) и Восточный центр дальней космической связи, находящийся вблизи Уссурийска. При этом процесс передачи будет занимать около двух часов ежедневно.
— Первые два года обсерватория будет работать в автоматическом обзорном режиме, который необходим для полной инвентаризации всех самых массивных объектов во Вселенной (скоплений галактик), — пояснил Борис Шустов. — Затем из всего их многообразия наблюдаемых объектов астрономы выделят наиболее интересные, и в дальнейшем они будут изучены аппаратом более тщательно.
Оптическая поддержка
После получения и анализа первых данных с рентгеновских телескопов (это произойдет уже в 2020 году) к проекту присоединятся наземные обсерватории. Их задача — изучить открытые объекты в оптическом диапазоне, что позволит получить о них более подробную информацию.
В частности, на этом этапе активное участие в программе примет Казанский федеральный университет (КФУ), в распоряжении которого находится российско-турецкий телескоп РТТ-150.
— Рентгеновские телескопы идеально подходят для поиска самых горячих космических объектов, однако в ряде случаев сфокусировать рентгеновское излучение непросто, то есть трудно получить достаточно детальное изображение, — рассказал заведующий кафедрой астрономии и космической геодезии КФУ Ильфан Бикмаев. — Здесь им на помощь придут наземные обсерватории, которые изучат наиболее интересные области космоса более детально. Например, если с помощью рентгеновского телескопа будут обнаружены облака горячего газа в центрах скоплений галактик, то с оптическими инструментами мы сможем получить изображения отдельных галактик, из которых состоят эти скопления.
По словам ученого, наблюдения наземных обсерваторий позволят определять типы найденных объектов, а также (если они будут достаточно яркими) проводить спектральный анализ света, который от них исходит. Впоследствии это даст возможность узнать расстояния до галактических скоплений, размеры звездных систем, массу компактных источников излучения и химический состав звезд.
В конечном итоге авторы проекта планируют совместить данные «Спектра-РГ» с результатами исследований нескольких оптических телескопов, построив новую, более подробную карту Вселенной.
Темная концентрация
Помимо увеличения объема знаний о составе Вселенной результаты проекта могут заложить основы для значимых научных прорывов в области изучения космоса. В частности, благодаря информации о местонахождении скоплений галактик разного возраста ученые рассчитывают построить модель их пространственного распределения, что позволит проследить определенные закономерности развития.
— В результате новые данные помогут нам более точно описать процессы, которые происходили во время различных этапов эволюции Вселенной, — подчеркнул Михаил Павлинский.
Кроме того, космический эксперимент может подтвердить либо опровергнуть ряд гипотез о загадочной темной материи.
— Есть вероятность, что в скоплениях галактик в концентрированном виде содержится темное вещество, которое взаимодействует с обычной материей посредством гравитации, — отметил Ильфан Бикмаев. — Если это действительно так, то по пространственному распределению скоплений галактик можно будет понять особенности распределения темной материи и определить ее роль в процессе развития космических систем.
После многочисленных переносов старта ввиду недостаточной готовности бортовых систем аппарата, запуск «Спектра-РГ» был запланирован на 13 июля. Если не возникнет дополнительных технических проблем, в этот день он будет отправлен в космос с помощью ракеты «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03.
В пресс-службе Института космических исследований РАН «Известиям» сообщили, что информацию о состоянии оборудования аппарат отправит на Байконур уже через несколько часов после запуска.
Если же говорить о первых научных данных, то их ученые будут ждать еще около 100 суток после старта - именно за это время космическая обсерватория достигнет точки Лагранжа и подготовится к исследованиям, раскрыв солнечные батареи и проведя калибровку приборов.
