Рентгеновский телескоп eROSITA, установленный на борту орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», завершил свою работу. В связи с ситуацией в Украине, германские специалисты приняли решение отключить этот прибор. Издание Naked Science рассказывает, какие последствия повлекла за собой эта мера.
Ответим сразу на наиболее очевидные вопросы. Спутник «Спектр-РГ» создан в России, его разработка велась в НПО имени Лавочкина. На его борту размещены два рентгеновских телескопа: российский ART-XC и немецкий eROSITA. Они систематически исследуют всю небесную сферу, создавая карту источников рентгеновского излучения.
В настоящее время телескоп eROSITA переведен в безопасный режим, что подразумевает приостановку наблюдений. Однако, по команде, поступающей с Земли, он может возобновить свою работу в любой момент.
Работа российского инструмента не прерывается из-за отключения германского. Каждый телескоп в паре имеет свой уникальный диапазон рентгеновского излучения, который частично перекрывается с другим, но не идентичен ему. Поэтому данные, полученные в рамках двух обзоров, дополняют друг друга, а не дублируют.
Немецкие астрономы в сотрудничестве с российскими обрабатывают и публикуют данные, полученные с помощью eROSITA. Прекращение наблюдений со стороны Германии прежде всего нанесло ущерб немецкой науке. Независимо от того, кто получает выгоду от первых открытий, опубликованные данные являются общим достоянием человечества и используются учеными по всему миру.
Что наблюдает «Спектр-РГ»
ART-XC и eROSITA фиксируют ряд ключевых астрономических объектов.
Прежде всего это скопления галактик. В пространстве между галактиками, входящими в эти кластеры, находится горячий межгалактический газ, температура которого достигает десятков миллионов градусов. Несмотря на его чрезвычайную разреженность, которую с инженерной точки зрения можно рассматривать как вакуум, он обладает значительной массой: внутрикластерный газ по общей массе в несколько раз превышает совокупную массу всех звезд и межзвездного газа, присутствующих в скоплении. Это нагретое вещество делает кластер заметным источником рентгеновского излучения.
Следующий источник — сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик. Конечно, сама по себе черная дыра ничего не излучает. Но многие из этих монстров окружены диском постепенно падающего на них вещества. Трение между потоками падающей материи раскаляет ее до сотен миллионов градусов, и диск превращается в яркий источник рентгеновских лучей.
Рентгеновское излучение генерируют не только сверхмассивные черные дыры. Подобную активность демонстрируют и остатки угасших звезд: черные дыры, нейтронные звезды и даже белые карлики. Однако для этого им требуется находиться в непосредственной близости от звезды, из которой они поглощают вещество пары «хищник—жертва» — тоже цель наблюдений «Спектра-РГ».
Еще одна категория объектов — звезды с активными коронами. Эти объекты излучают в тысячи раз больше энергии, чем Солнце, что делает их рентгеновское излучение заметным даже на значительных расстояниях.
Что особенного в наблюдениях «Спектра-РГ»?
В рентгеновской астрономии, подобно оптической, существуют два различных подхода. Один из них предполагает детальное изучение небольших областей неба. Для этого используются телескопы с высокой чувствительностью (способные обнаруживать самые слабые источники) и высоким разрешением (позволяющие различать мельчайшие детали). Эти «телескопы-микроскопы» обладают ограниченным полем зрения и обычно проводят длительные наблюдения за одним участком. Их цель – наблюдение отдельных, представляющих интерес объектов. Для охвата всего неба им потребовались бы годы. Альтернативный вариант заключается в том, чтобы направить инструмент на обзор всей небесной сферы в установленные сроки, а чувствительность и разрешение выбрать в соответствии с поставленной задачей и имеющимися возможностями».
В последние десятилетия рентгеновская астрономия всё больше ориентируется на детальные исследования. Потребность в комплексных обзоров долгое время была очевидной. Запуск обсерватории «Спектр-РГ» в 2019 году, наконец, предоставил астрономам такую возможность.
Оба телескопа, ART-XC и eROSITA, проводят сканирование всего неба. На создание карты небесной сферы требуется около полугода, после чего процесс повторяется. Предусмотрено, что каждый телескоп зафиксирует небесную сферу восемь раз. Затем полученные карты будут объединены. Это позволит обнаружить вспышки и взрывы различного характера, поскольку позволит выявить объекты, которые внезапно появились на небе. Кроме того, объединение данных поможет отделить слабые источники от фонового шума.
Немецкий eROSITA и российский ART-XC различаются в первую очередь диапазоном энергий принимаемых рентгеновских квантов: eROSITA регистрирует излучение с энергией от 0,5 до 11 килоэлектронвольт, в то время как ART-XC – от 5 до 30 килоэлектронвольт. Более низкие энергии, характерные для eROSITA, позволяют фиксировать излучение большего количества небесных объектов. Каталог, составленный по итогам первого года работы ART-XC, включает в ходе наблюдений идентифицировано 870 точечных источников, 114 из которых ранее не были обнаружены с помощью рентгеновской астрономии, а также 50 протяженных объектов. За этот период наблюдений eROSITA позволила создать карту более миллиона объектов — примерно вдвое больше, чем за все 60 лет существования рентгеновской астрономии. При этом в области, где перекрываются диапазоны ART-XC и eROSITA, российский телескоп чувствительнее немецкого.
Благодаря более высокой разрешающей способности (18 угловых секунд по сравнению с 45 у ART-XC) и большему полю зрения (0,81 квадратного градуса против 0,3), eROSITA обладает значительными преимуществами).
Вспышки и озарения
Возобновление работы телескопа eROSITA в ближайшие недели или месяцы не повредит проекту «Спектр-РГ». В этом случае лишь потребуется скорректировать план наблюдений. Однако, неэффективное использование времени орбитального аппарата будет нецелесообразным, поскольку заатмосферная астрономия – дорогостоящее предприятие, и каждая секунда наблюдений имеет ценность.
Помимо стационарных объектов, eROSITA, подобно ART-XC, регистрирует также различные вспышки.
Телескоп ранее уже регистрировал продолжительные гамма-всплески (точнее, рентгеновское излучение, исходящее из области такого всплеска). Предполагается, что они связаны со сверхновыми редкого типа, известных как гиперновые. Эти взрывы значительно превосходят по мощности обычные вспышки сверхновых. Кроме того, их энергия сконцентрирована в узком конусе. Если этот конус направлен в сторону наблюдателя, мы можем зафиксировать длинный гамма-всплеск и все сопутствующие ему проявления.
Уничтожение звезд сверхмассивными черными дырами представляет собой еще один увлекательный процесс. Он происходит, когда звезда оказывается слишком близко к объекту с огромной массой. Гравитационное притяжение, как известно, обратно пропорционально расстоянию. Поэтому, ближайшая к черной дыре часть звезды притягивается к ней сильнее, чем удаленная. Вблизи сверхмассивной черной дыры эта сила становится настолько значительной, что звезда буквально вытягивается в длинную нить и распадается на фрагменты. Этот феномен известен как приливное разрушение звезды.
Приливное разрушение — чрезвычайно редкое явление. Подобные катастрофы фиксировались всего несколько десятков раз. Неприятно было бы, если бы такое произошло, пока телескоп не заработает. Повторение подобных событий в небе невозможно предотвратить. Остаётся лишь надеяться на скорейшее возобновление работы телескопа.