Человечество создало множество замечательных космических телескопов. Наверное, самый известный - долгожитель "Хаббл", чиненный-перечиненный еще астронавтами шаттлов. Европейская Gaia с огромной матрицей, составившая карту уже почти полутора миллиардов звезд. Китайская первая долговременная ультрафиолетовая обсерватория на Луне, установленная на зонде "Чанъэ-3". И многие, многие другие. Вместе с ними тайны Вселенной изучают и российские телескопы программы "Спектр". 8 февраля, в День российской науки, Филипп Терехов рассказал о них в онлайн-лекции. Под катом видео и текстовый пересказ онлайн-лекции.

Далее от лица Филиппа Терехова

Если у вас вызвало удивление приветствие, поясняю: с января этого года я еще и штатный лектор Уфимского городского планетария. Мы дружим много лет, на общественных началах я проводил в нем лекции с 2016 года. Теперь они будут регулярнее.

О программе

Истоки того, что стало телескопами программы "Спектр", можно проследить еще в давнем советском прошлом. Борис Евсеевич Черток пишет про проект радиотелескопа со стометровой антенной, который хотели запускать сверхтяжелой ракетой-носителем Н-1. В 80-х годах были идеи вывести на сверхтяжелой ракете-носителе "Энергия" на расстояние более миллиона километров от Земли аппарат с тридцатиметровой антенной, который бы работал в режиме интерферометра с наземными телескопами.

Рентгеновский "Спектр" задумали создать еще в 1987. А ультрафиолетовый - в начале 90-х. И идеи рождались не на пустом месте - в 1979 году на станции "Салют-6" работал первый в мире космический радиотелескоп, а с 1989 по 1999 годы функционировала обсерватория "Гранат" с приборами, наблюдающими в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах. Космические телескопы стояли и на модуле "Квант-1" станции "Мир". В пертурбациях 90-х проекты чудом выжили, а в нулевых вынужденно "похудели", уменьшившись в размерах, но, с другой стороны, по ним началась настоящая работа. Первым на орбиту в 2011 году отправился радиотелескоп "Спектр-Р" с десятиметровой антенной.

Спектр-Р

Космический радиотелескоп "Спектр-Р" вместе с наземными телескопами по всему миру образовал проект "Радиоастрон". Космическая часть представляла собой аппарат массой 3295 кг, построенный на платформе "Навигатор" НПО Лавочкина (на которой также основаны метеорологические спутники серии "Электро-Л"), с десятиметровой антенной, состоящей из 27 лепестков.

"Спектр-Р" вывели на высокоэллиптическую орбиту - на короткое время он опускался к Земле до высоты примерно 500 км, а большую часть времени проводил в районе наивысшей точки высотой 350 тысяч километров (чуть ближе Луны). С наземной стороны первоначально работали главным образом радиотелескопы в Пущино с антенной 22 м и Грин-Бэнк в США с антенной 43 м. Но в проект вступали все новые участники, и в итоге с наземной стороны поучаствовали 58 радиотелескопов, включая даже легендарный и совсем недавно трагически разрушившийся радиотелескоп Аресибо.

Совместная работа космической и наземной части позволила сформировать радиоинтерферометр со сверхдлинной базой - представьте себе антенну размером в 350 тысяч километров! Огромная база интерферометра дала возможность получить уникальное и непревзойденное разрешение - 8 микросекунд дуги. В переводе на бытовой язык, если вы положите два радиопередатчика на поверхность Луны на расстоянии трех сантиметров друг от друга, то "Радиоастрон" заметил бы два радиоисточника с промежутком между ними. Для сравнения, у телескопа "Хаббл" одна точка - это 55-65 метров лунной поверхности. Но эти телескопы работают в разных диапазонах.

Для чего нужны телескопы, работающие один в инфракрасном, один в ультрафиолетовом, а третий вообще в радиодиапазоне? Дело в том, что разные объекты и процессы во Вселенной излучают в различных диапазонах. Если мы, например, хотим изучать рождение звезд, то это инфракрасный и видимый диапазоны - молодые звезды разогреваются и начинают светить видимым светом. А в сантиметровых волнах, на которых работал "Радиоастрон", видно то, что происходит в активных ядрах галактик, квазарах (похожий на звезду радиоисточник). Там материя вращается вокруг черной дыры, падает в нее, но какая-то часть выбрасывается перпендикулярно в виде джета - движущейся на околосветовой скорости струи плазмы.

Уже вскоре после запуска "Спектр-Р" произвел фурор в астрофизике. Опираясь на существующие модели ученые спрашивали команду создателей аппарата: "ну, найдете вы штук пять источников, отнаблюдаете их, а дальше?" Выяснилось, что эти модели никуда не годились - радиоисточников оказалось гораздо больше, и работы "Радиоастрону" хватало. За все время, с 2011 по 2019 годы, было проведено примерно 4 тысячи наблюдений, изучено 160 ядер активных галактик, 20 пульсаров (нейтронных звезд), 12 космических мазеров (источников микроволнового излучения) и 2 мегамазера около ядер галактик. И, конечно же, наблюдения объектов с уникальной разрешающей способностью не могли не принести сюрпризы.

Наземные радиотелескопы могли видеть джет как нечто однородное, но наблюдения "Радиоастрона" показали, что плотность материи в джете резко меняется. То есть, он закручен. Причем соотношение длины и ширины джета к размеру черной дыры говорило, что, вопреки предыдущим представлениям, в образовании джета должен участвовать и аккреционный диск падающей в черную дыру материи.

На изображении выше джет активного галактического ядра 3С84. Черная дыра вверху, и она слишком маленькая, чтобы породить такой длинный закрученный поток материи.

На еще одной иллюстрации видны спиралевидные структуры на расстоянии до 10 тысяч гравитационных радиусов (радиус горизонта событий черной дыры).

Также "Спектр-Р" пронаблюдал и такие редкие вещи, как джет от двух вращающихся друг вокруг друга черных дыр.

Следующее открытие "Радиоастрона" очень важно для будущих наблюдений. Оказалось, что межзвездное вещество может быть турбулентным и этим вносить помехи в наблюдаемую картину. На рисунке выше пример моделирования таких помех. К сожалению, на пути от Земли к центру нашей галактики Млечный путь, где, по современным представлениям, находится черная дыра, расположено как раз такое турбулентное облако. Данные, собранные "Спектром-Р", дают надежду на разработку алгоритмов восстановления исходного изображения.

"Спектр-Р" успешно проработал дольше гарантийных сроков и вышел из строя только в начале 2019 года - аппарат передавал сведения о своем состоянии, но не слушался команд с Земли. После нескольких месяцев безуспешных попыток восстановить управление миссию признали окончательно завершенной 30 мая 2019 года.

"Спектр-Рентген-Гамма", второй аппарат серии, был запущен в 2019 году и пока что благополучно работает. Здесь уже знакомая вам платформа "Навигатор" от НПО Лавочкина несет на себе два рентгеновских телескопа, немецкий и российский. Они работают в разных, но дополняющих друг друга диапазонах. Главная задача проекта - составление карты всего неба в рентгеновском диапазоне с новым уровнем точности и разрешающей способности. Вообще, в астрофизике есть общее правило, что новый инструмент должен быть на порядок (в десять раз) лучше.

Обсерватория стала первым российским аппаратом, работающим в окрестностях точки Лагранжа L2, расположенной в полутора миллионах километров за Землей на линии Солнце - Земля.

Конструкция немецкого телескопа eROSITA

Специфика рентгеновского диапазона заключается в том, что, во-первых, рентгеновское излучение поглощается земной атмосферой, и для его наблюдения необходимо запускать космические аппараты. Во-вторых, оно очень плохо отражается, и приходится делать очень длинные телескопы, работающие в режиме косого падения (это как если бы вы наблюдали отражение на поверхности воды, приблизив к ней лицо). Соответственно, "Спектр-РГ" стал первым российским аппаратом с телескопом косого падения.

В 2020 году была опубликована карта первого из восьми запланированных обзоров неба, содержащая 1,1 миллиона рентгеновских источников, что в несколько раз превышает количество объектов, открытых за все время существования рентгеновской астрономии. Российский телескоп ART-XC также фиксировал гамма-всплески.

Пользу от новой обсерватории наглядно показывает еще одна история. Американский оптический телескоп зарегистрировал вспышку, которую определили как кандидаты в сверхновые. Однако наблюдения этого же участка неба "Спектром-РГ" обнаружили мягкое рентгеновское излучение, которое означало, что вспышка - не сверхновая, а приливное разрушение звезды. В ничем не примечательной галактике звезда оказалась слишком близко к черной дыре, стала вытягиваться из-за приливных сил (ее ближняя к черной дыре часть притягивалась сильнее, чем дальняя) и разрушилась. А обнаруженный чуть позже наземным телескопом Кека спектр события с линиями водорода, гелия и кислорода подтвердил правильность интерпретации события.

Будем надеяться, что "Спектр-РГ" проработает еще долго и будет радовать нас новыми открытиями.

https://habr.com/ru/post/542430/

Следствием установлено, что при исполнении госконтракта, заключенного Роскосмосом и НПО Лавочкина на создание космической астрофизической обсерватории, в качестве соисполнителя был привлечен ЗАО «СМП «Мосинформстрой». С ними был заключен договор по разработке и изготовлению составной части космической астрофизической обсерватории – комплексного контрольно-измерительного стенда телескопа. Однако по результатам соисполнитель заявил о завышенных расходах. В результате Роскосмосу был причинен ущерб на 92 млн рублей.

Кроме того, двое обвиняемых, используя реквизиты фиктивных организаций, подавали ложные сведения по налогам и не выплатили более 21 млн рублей. Также один из обвиняемых скрыл более 12 млн рублей, которые должны были взыскать в качестве недоимки по налогам.

Российско-немецкая обсерватория «Спектр-РГ» была запущена в 2019 году. В 2025 году планируется запуск следующего телескопа «Спектра-УФ». Напомним, что в 2019 году сообщалось, что Роскосмос планирует в три раза сократить финансирование по космическому телескопу «Спектр-УФ», а в 2020 году – еще в 10 раз.

Источник: https://www.kommersant.ru/doc/4693453

«Спектр-РГ» обнаружил несколько сотен новых рентгеновских источников

Специалисты миссии «Спектр-РГ» опубликовали новую рентгеновскую карту всего неба в диапазоне энергий 4 – 12 кэВ. Она была получена по результатам второго сканирования небесной сферы, выполненного установленным на борту обсерватории телескопом ART-XC.

http://srg.iki.rssi.ru/?p=1503&lang=ru

По словам специалистов, по результатам второго сканирования ART-XC удалось зарегистрировать почти пятьсот новых рентгеновских источников, доведя их общее количество до тысячи. Среди них есть несколько десятков ранее неизвестных объектов, в том числе сверхмассивные черные дыры, окруженные толщей холодного газа и невидимые в мягких рентгеновских лучах. Часть из зарегистрированных источников проявляет сильную переменность, о чем говорит сравнение карт первого и второго обзоров.

ART-XC уже приступил к третьему сканирования. Всего же, в ближайшие три года он должен будет выполнить еще шесть полных обзоров небесной сферы. Ожидается, что это позволит обнаружить еще несколько тысяч рентгеновских источников, включая множество новых объектов, ранее ускользавших от астрономов.

Гигантские структуры в Млечном Пути, названные пузырями Ферми, скорее всего, образовались из-за активности сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики в прошлом. К такому выводу пришли астрономы благодаря данным, полученным рентгеновским телескопом eROSITA, который установлен на борту российско-немецкой космической обсерватории «Спектр-РГ». Статья опубликована в журнале Nature.

Пузыри Ферми обнаружены в 2010 году в гамма-диапазоне космическим телескопом Fermi. Эти структуры располагаются перпендикулярно плоскости нашей галактики, их общая длина составляет около 50 тысяч световых лет, что равносильно половине диаметра Млечного Пути. От пузырей регистрируется рентгеновское и гамма-излучение, наблюдались они и в микроволновом диапазоне. Природа этих структур до сих пор неясна, ученые считают, что они могут быть интерпретированы как проявление активности сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути в прошлом или же возникли в результате вспышки звездообразования в нашей галактике. В любом случае энергия, необходимая для их образования, должна была быть огромной — около 1055 эрг. 

Ученые из России, Германии и Италии во главе с Рашидом Сюняевым (R. A. Sunyaev) из Института космических исследований Российской академии наук и Питером Пределем (Peter Predehl) из Института внеземной физики Общества Макса Планка опубликовали результаты анализа наблюдений за пузырями Ферми рентгеновским телескопом eROSITA, установленным на борту космической обсерватории «Спектр-РГ». Целью работы была оценка свойств этих гигантских структур и определение их происхождения.

Оказалось, что в первом приближении наблюдаемая форма пузырей в рентгеновском диапазоне близка к сферической, а граница пузырей четко очерчена и не совпадает с границами, наблюдавшимися телескопом Fermi в гамма-диапазоне, что интерпретируется как ударная волна. Ученые пришли к выводу, что структуры, наблюдавшиеся телескопами, связаны с одним и тем же (постепенным или мгновенным) высвобождением энергии в центральной области Млечного Пути. В этом случае пузыри, наблюдавшиеся Fermi, очерчивают границу нагретую ударной волной межзвездной среды, а пузыри, которые засняла eROSITA — ударную волну, которая распространяется в гало галактики. Кроме того, выяснилось, что крупномасштабная протяженная структура Млечного Пути, известная как Северный Полярный Шпур, также связана с пузырями Ферми и не является близким остатком сверхновой.

Ученые пришли к выводу, что сценарий, в котором пузыри eROSITA образовались за 1-2 миллиона лет в результате активной аккреции вещества на сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути, согласуется с длительным процессом остывания горячей плазмы в гало галактики и более вероятен, чем сценарий, в котором пузыри образовались в результате вспышки звездообразования. В пользу первой гипотезы говорят и данные наблюдений за активными ядрами других галактик. Таким образом, астрономы получили прямое наблюдательное подтверждение того, что центральная черная дыра Млечного Пути способна спорадически значительно влиять на его рост, структуру и химический состав окологалактической среды.

«Спектр-РГ» работает в космосе с октября 2019 года и оснащена двумя рентгеновскими телескопами (российский ART-ХС и немецкий eROSITA), которые установлены на российской платформе «Навигатор». Ожидается, что за 6,5 лет наблюдений обсерватория проведет глубокий обзор всей небесной сферы в мягком и жестком диапазонах рентгеновского излучения.

https://nplus1.ru/news/2020/12/09/erosita-fermi-bubbles/amp

Обсерватория "Спектр-РГ" нашла над и под ядром Млечного Пути гигантские шарообразные скопления газа, от которых исходит рентгеновское излучение. Это объясняет существование так называемых "ушей" нашей Галактики – других облаков плазмы, которые излучают большое количество гамма-лучей, пишет пресс-служба МГУ со ссылкой на статью в научном журнале Nature.

"Ушами" Млечного Пути астрономы называют гигантские пузыри газа, от которых исходит интенсивное гамма-излучение. Их открыл орбитальный телескоп Fermi в 2010 году. Впоследствии астрономы обнаружили аналогичные пузыри у соседней Туманности Андромеды, а также нашли намеки на то, они есть и в окрестностях других спиральных галактик.

Теоретики предполагают, что эти гигантские пузыри газа оказались в межгалактическом пространстве в то время, когда черные дыры из центра Млечного Пути и Туманности Андромеды выходили из "спячки". Другие ученые считают, что причиной их появления могли стать взрывы сверхновых и другие эпизоды активности относительно небольших, но многочисленных объектов звездной массы в ядрах спиральных галактик.

Благодаря  орбитальному телескопу "Спектр-РГ", который вывели в космос летом прошлого года, ученые предположили причину появления этих скоплений газа. При анализе данных этого телескопа внимание астрономов привлекли несколько областей, которые вырабатывают фотоны высоких энергий. Они расположены рядом с центральными регионами Млечного Пути.

Детально изучив их, астрофизики пришли к выводу, что это части гигантских "пузырей" из очень горячей плазмы, которую выбросило из центральных регионов нашей Галактики.

"Эти пузыри расположены симметрично над галактической плоскостью и под ней. Их размеры достигают 45 тыс. световых лет, что сравнимо с размерами Галактики, которые составляют примерно 97 тыс. световых лет. Резкие края этих пузырей отражают бесстолкновительные ударные волны, образованные при взаимодействии вещества пузырей с межзвездной средой", – пояснил один из авторов статьи, астрофизик из МГУ им. Ломоносова Анатолий Черепащук.

Спектр-РГ

По своей форме и размерам эти структуры оказались очень похожи на "уши" Млечного Пути, которые открыл Fermi. Ученые предполагают, что это говорит в пользу того, что и те, и другие облака газа сформировали благодаря одним и тем же процессам в центре Млечного Пути. Эти процессы связаны с активностью сверхмассивной черной дыры Sgr A* (читается как Стрелец а со звездочкой).

Другим свидетельством этого может быть то, что интенсивность мягкого рентгеновского и гамма-излучения во многих регионах этих облаков оказалась идентичной, а их границы – внешняя для "ушей" нашей Галактики и внутренняя для облаков, открытых "Спектром-РГ" – совпадают.

Расчеты астрономов показывают, что причиной появления подобных взаимосвязанных гигантских структур вряд ли могли быть взрывы сверхновых и другие объекты звездной массы внутри Млечного Пути. Это связано с тем, что наша Галактика в принципе не может произвести на свет столько новых звезд, сколько нужно для выброса столь больших объемов газа за ее пределы.

"Открытие этих пузырей позволяет сказать, что хотя сейчас активность сверхмассивной черной дыры в центре Галактики невелика, в прошлом она была гораздо сильнее. Таким образом, появились основания считать, что между нашей Галактикой и ее центральной сверхмассивной черной дырой существует сильная форма коэволюции, которая проявляется спорадически", – считает Черепащук.

Все это, как считают ученые, говорит в пользу того, что черные дыры могут напрямую влиять на то, с какой скоростью галактики могут производить звезды. Это может объяснять, почему примерно в половине галактик в ближайших окрестностях Млечного Пути звезды перестали рождаться, подытожили ученые.

https://nauka.tass.ru/nauka/10213409

«Спектр-РГ» помог исследовать экзопланеты

Основная задача обсерватории «Спектр-РГ» заключается в построении полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне и изучении таких объектов, как нейтронные звезды, черные дыры и активные галактические ядра. Однако ученые нашли способ использовать инструмент и для другой задачи, которая на него изначально не возлагалась — оценки жизнепригодности экзопланет.

В ходе анализа данных «Спектр-РГ» сотрудники миссии обратили внимание на то, что установленный на его борту телескоп eROSITA регистрирует рентгеновское излучение от 60 звезд, вокруг которых вращаются хорошо известные экзопланеты. Это породило закономерный вопрос — какова радиационная обстановка на мирах, которые могут быть пригодны для жизни?

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые решили провести соответствующие исследование. Для него были выбраны звездные системы с экзопланетами, чьи орбиты лежат в зоне обитаемости и которые, как считается, являются каменистыми телами и возможно имеют атмосферу.

https://www.roscosmos.ru/28812/

Результат оказался удивительным — eROSITA не удалось зафиксировать рентгеновского излучения ни от одной из исследованных звезд. При этом верхние пределы на рентгеновскую светимость светил в этих системах варьировались в широких пределах. Для нескольких самых близких планетных систем они были ниже минимальной рентгеновской светимости, когда-либо регистрировавшейся от нашего Солнца.