Телескоп СРГ/ART-XC: 114 открытий за два с половиной года⁠⁠

Российско-германская орбитальная обсерватория «Спектр-РГ» завершила четвертый скан всего неба и 19 декабря 2021 года приступила к пятому. Два рентгеновских телескопа, установленных на борту обсерватории, уже сейчас предоставили в распоряжение исследователей сотни гигабайт данных, которые, после обработки, превратятся в десятки терабайт научной информации. Первый каталог, составленный по данным телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского за первый год работы, содержит около 870 точечных источников, из которых 114 — новые, то есть не обнаруженные ранее в рентгеновском диапазоне электромагнитного спектра.

Обсерватория «Спектр-РГ» была выведена в космос 13 июля 2019 года, в декабре того же года приступила к выполнению научной программы. Её первый и важнейший этап — проведение полного обзора всего неба в рентгеновском диапазоне, который будет сложен из восьми сканов небесной сферы. На каждый скан уходит примерно полгода, так что к декабрю 2021 года «Спектр-РГ» выполнил четыре обзора и ещё столько же предстоит сделать до конца 2023 года.

На борту «Спектра-РГ» работают два уникальных рентгеновских зеркальных телескопа: eROSITA, созданный в Германии, и российский ART-XC им. М.Н. Павлинского. Телескоп СРГ/eROSITA работает в более мягком рентгеновском диапазоне (0,3–11 килоэлектрон-вольта или кэВ), телескоп СРГ/ART-XC — в более жестком (4–30 кэВ).

О важнейших результатах российского телескопа, полученных за два с половиной года в космосе, рассказал научный руководитель телескопа СРГ/ART-XC им. М.Н. Павлинского Александр Лутовинов, профессор РАН, заместитель директора ИКИ РАН.

Хотя «Спектр-РГ» продолжает обзор, но исследователи не ждут его завершения, и первые открытия и работы уже публикуются в научных журналах и астрономических телеграмах — коротких сообщениях о важных «событиях» на небесной сфере.

Одним из интересных событий — фактически, открытий — стали наблюдения вспышки объекта под названием SwiftJ1626.6-5156. СРГ/ART-XC «увидел» начало этой вспышки в ходе рутинного сканирования небесной сферы, и по его «наводке» эстафета наблюдений перешла к обсерватории NuSTAR (NASA). Благодаря синхронным наблюдениям СРГ/ART-XC, NuSTAR, а также телескопа NICER (NASA) на Международной космической станции в его спектре была открыта уникальная циклотронная линия излучения на энергии 5 кэВ.

«Этот случай прекрасно иллюстрирует, насколько здорово наш телескоп СРГ/ART-XC им. М.П. Павлинского «вписался» в команду рентгеновских инструментов, уже работающих на небе, и какие новые данные мы можем получить благодаря оперативной совместной работе, — говорит Александр Лутовинов. — Если говорить именно о SwiftJ1626.6-5156, то мы надеемся, что он во время следующей вспышки станет мишенью для недавно запущенного телескопа IXPE (NASA), который предназначен для поляриметрических наблюдений, и сможем узнать много нового о физике излучения в таких объектах».

Всего к концу 2021 года по данным телескопа СРГ/ART-XC было выпущено 14 статей, 13 из которых — в журналах первого квартиля, 18 астрономических телеграмм. Около десятка статей находятся в работе.

Одно из открытий сделано на прошлой неделе, во время проведения в ИКИ РАН ежегодной конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра НЕА-2021». В эти дни было обнаружено пульсирующее излучение от нового объекта в ближайшей к нам галактике Большое Магелланово Облако.

Одним из важнейших результатов 2021 года стала публикация первого каталога жестких рентгеновских источников, зарегистрированных телескопом СРГ/ART-XC им. М.Н. Павлинского по итогам первого года работы — двух полных сканов небесной сферы. В каталог вошли около 870 точечных источников (диапазон 4–12 кэВ), из которых 114 — новые, то есть не наблюдавшиеся ранее, и более 50 протяженных объектов.

«К концу полного обзора, то есть четырех лет работы, каталог СРГ/ART-XC должен включать уже порядка 3500–4500 источников. Это будет уникальный набор информации, так как имеющиеся каталоги жестких рентгеновских источников включают всего лишь порядка тысячи объектов, и набирались они десятилетиями. Благодаря высокой чувствительности детекторов телескопа СРГ/ART-XC нам это уже удалось сделать за год».

Другое замечательное свойство телескопа — достаточно широкое поле зрения 0,3 квадратного градуса. Благодаря этому СРГ/ART-XC может строить однородные карты разных областей неба и видеть «форму» протяженных источников, таких как остатки вспышек сверхновых, которые представляют собой облака разлетающегося вещества. Благодаря этому, в частности, впервые удалось построить уникально детальную карту объекта Корма А в жестком рентгеновском диапазоне энергий, обнаружить область повышенного энерговыделения. Скорее всего, подобные объекты станут одними из приоритетных целей для детальных наблюдений телескопа СРГ/ART-XC после того, как обзор закончится.

А благодаря очень высокому временному разрешению СРГ/ART-XC может наблюдать пульсары — быстровращающиеся нейтронные звезды, вспыхивающие (пульсирующие) с равными промежутками времени. Период некоторых пульсаров достигает миллисекунд, и чтобы получить полезный сигнал, временное разрешение детектора должно быть соответствующим.

«Мы наблюдали пульсары с периодами от 16 миллисекунд до 1000 секунд, в этом году нам удалось обнаружить пульсации с периодом всего 3 миллисекунды. Это стало возможным благодаря детальному техническому анализу, проведенному совместно с АО «НПО Лавочкина» и разработке модели привязки бортовых часов ко всемирному времени с точностью около 0,5 миллисекунды. Таким образом, мы получили новый замечательный инструмент для проведения высокоточных временных наблюдений, чего не ожидали и сами разработчики. В ближайшее время мы попробуем пронаблюдать еще один миллисекундный пульсар».

Важно, что в поддержке проекта участвует множество наземных телескопов. В их числе БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН, телескопы Саянской обсерватории Института солнечно-земной физики СО РАН, Российско-турецкий телескоп РТТ-150, расположенный в Турции, инструменты Кавказской горной обсерватории ГАИШ МГУ, а также многие зарубежные телескопы. Наземные оптические наблюдения нужны, в частности, чтобы определять расстояния до зарегистрированных объектов, а также помочь прояснить их природу.

Телескоп ART-XC им. М. Н. Павлинского на борту «Спектра-РГ» — первый российский зеркальный рентгеновский телескоп. Он был создан в ИКИ РАН совместно с РФЯЦ-ВНИИЭФ с участием Центра космических полетов им. Маршалла (США). С сентября 2020 года телескоп ART-XC носит имя М.Н. Павлинского в честь создателя и первого научного руководителя Михаила Николаевича Павлинского (1959–2020), заместителя директора ИКИ РАН, руководителя отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3–8 кэВ) и жестком (4–20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

Научный руководитель орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.

Научный руководитель по телескопу ART-XC им М.Н.Павлинского (Россия): профессор РАН Александр Лутовинов.

Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Андреа Мерлони.

Источник