Об уникальном случае в работе российско-немецкой орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма» рассказал заместитель директора по научной работе Института космических исследований (ИКИ) РАН, профессор РАН Александр Лутовинов на Всероссийской конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра 2021», прошедшей в ИКИ 21–24 декабря 2021 г.

«Спектр-РГ» работает в окрестностях точки Лагранжа L₂ системы Земля – Солнце более чем в 1,5 млн километрах от нашей планеты. Точки Лагранжа – это пять точек равновесия гравитационных сил двух небесных тел, в данном случае Земли и Солнца, где космический аппарат может «зависнуть» в стабильном положении относительно этих двух тел. Из-за большой удаленности для контроля орбиты «Спектра-РГ» привлекаются крупные российские оптические телескопы научного назначения. Однако во время последней коррекции орбиты в сентябре 2021 года телескопы, которые обычно использовались для этой цели, не могли быть задействованы по техническим причинам и из-за погодных условий. Не осталось иного выхода, как запросить помощь знаменитого БТА («Большой Телескоп Азимутальный») – крупнейшего в Евразии оптического телескопа с диаметром зеркала 6 м.

«Мы попросили наших коллег из Специальной астрофизической лаборатории провести наблюдение той области, где находится наш аппарат, с помощью БТА, так сказать, из огромной пушки выстрелить по нашему воробью», – рассказал Александр Лутовинов.

6 сентября 2021 г. поступили результаты наблюдений, зафиксировавшие точку (указана красной стрелкой на фото выше), которая движется по небу в районе обзора. Поначалу предполагалось, что это и есть «Спектр-РГ».

«Но если внимательно присмотреться, то почти параллельным курсом движется более слабый объект, который идет на сближение, на таран нашего аппарата, – говорит Александр Лутовинов. – Возникла немного детективная история: мы достаточно долго не могли понять, что это такое».

Лишь после уточнения параметров движения двух объектов удалось установить, что «Спектр-РГ» – это как раз менее яркая точка (синяя стрелка), а более яркий объект – это астероид на другой орбите.

«Это был уникальный случай, когда в такое маленькое поле зрения попали сразу два движущихся объекта, – рассказал Александр Лутовинов. – Но сначала мы подумали, что в точке L₂ что-то летает и мы там не одиноки».

Случай, о котором рассказал Александр Лутовинов, – лишь эпизод в сложной и интересной работе специалистов с первым российским космическим аппаратом в точке L₂. Недаром главной темой конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра 2021» в ИКИ стало подведение итогов еще одного года работы «Спектра-РГ» – уникальной космической рентгеновской обсерватории, запущенной в космос 13 июля 2019 года.

Основная задача «Спектра-РГ» на первом этапе – обзор неба в рентгеновском диапазоне. Всего за несколько дней до начала конференции, 19 декабря 2021 года, был закончен четвертый полный обзор небесной сферы и начат пятый, а всего таких обзоров запланировано восемь, после чего обсерватория должна заняться наблюдением самых интересных рентгеновских объектов в режиме трехосной ориентации, а также в режиме сканирования отдельных областей размером до 150 кв. градусов.

Главный итог работы «Спектра-РГ» за 2,5 года с момента запуска – рентгеновская карта всей небесной сферы, полученная с недостижимой до того детализацией. Каждый новый обзор включает все больше источников рентгеновского излучения.

«У нас экспозиция любой точки небесной сферы уже больше 500 секунд, а есть области, где экспозиция составляет тысячи секунд и даже 100 тыс. секунд, – говорит главный научный сотрудник ИКИ РАН, научный руководитель российского проекта «Спектр-РГ», академик РАН Рашид Сюняев. – Есть даже область размером порядка одного квадратного градуса, где экспозиция дошла до 200 тыс. секунд. На карте по результатам первого обзора – 400 млн рентгеновских фотонов, а сейчас у нас уже более 1,5 млрд фотонов. Наша цель за восемь обзоров набрать приблизительно 3,2 млрд фотонов. Это очень сильно повысит качество карты».

Данные четвертого обзора неба еще предстоит обработать, но после третьего обзора, завершенного в середине 2021 года, российские ученые обнаружили 910 тыс. точечных внегалактических объектов – квазаров, 237 тыс. рентгеновских звезд и 25,5 тыс. протяженных источников, то есть скоплений галактик. Причем речь идет об «урожае», собранном лишь с половины небесной сферы.

В составе «Спектра-РГ» работают два телескопа – немецкий eROSITA (короткий и толстый цилиндр на рисунке выше), работающий в мягком рентгеновском диапазоне, и российский ART-XC им. М.Н. Павлинского, видящий Вселенную в жестких рентгеновских лучах. Во избежание накладок в работе заранее было решено, что россияне отвечают за одну половину Вселенной (левая половина карты), а немцы – за другую.

Среди самых интересных объектов, обнаруженных в 2021 году российскими учеными, – самый яркий из доселе найденных квазаров с красным смещением спектра более 6. Красное смещение характеризует удаленность объекта, которая в космологии измеряется не в километрах, а в годах. Всего квазаров с красным смещением более 6 в настоящий момент обнаружено около 100. Ярчайший квазар, найденный «Спектром-РГ», имеет красное смещение 6,18. Это значит, что он светил, когда Вселенная была почти в 20 раз моложе, но его масса уже тогда была близка к миллиарду солнечных масс.

Еще одно интересное открытие было сделано в нашей галактике: найдены остатки вспышки сверхновой правильной круглой формы размером 4 угловых градуса. Это колоссальная по величине структура, но ранее ее никто не видел ни в одном из диапазонов излучений. Это открытие особенно интересно тем, что объект расположен высоко над плоскостью галактики, на расстоянии 1 килопарсека.

Обходя дозором каждый участок неба раз в полгода, «Спектр-РГ» позволяет определить, насколько меняется яркость рентгеновских источников за это время.

«Обычно мы детектируем в день 3-5 объектов, которые изменили за полгода поток более чем в 10 раз, – говорит академик Сюняев. – В среднем раз в 10 дней мы находим одного хорошего кандидата в приливное разрушение звезды сверхмассивной черной дырой. Такого не было никогда!»

К наблюдениям переменных объектов, обнаруженных «Спектром-РГ», немедленно подключаются крупнейшие обсерватории мира, например, 5-метровый телескоп Паломарской обсерватории под Сан-Диего и 10-метровый телескоп обсерватории Кека на Гавайях.

При всей ценности научных результатов, нельзя не отметить, что один из главных итогов 2,5-летней вахты «Спектра-РГ» в дальнем космосе – бесперебойная работа всего комплекса. Это касается и платформы «Навигатор», созданной в НПО им. Лавочкина, и бортовой электроники, обеспечивающей работу научного оборудования.

«Все детекторы без перебоев работают в штатном режиме почти круглые сутки, есть лишь 16 минут на технический перерыв для переполяризации кристаллов, – говорит Александр Лутовинов. – Наблюдения прерываются только во время коррекции орбиты на срок от 1 до 3 часов».

Система сбора и обработки информации российского телескопа АРТ-ХС им. М.Н. Павлинского за год полета в режиме обзора производит 284 тыс. операции стирания блоков памяти общим объемом 34 Гбайт. Используются два банка памяти объемом по 512 Мбайт – один рабочий, второй резервный. Анализ состояния памяти показывает, что за истекший период число битых блоков не изменилось и составляет всего 3 из 4096.

Александр Лутовинов рассказал и об еще одном уникальном техническом достижении российского телескопа.

«У АРТ-ХС – замечательные временные характеристики. Если eROSITA работает с разрешением 50 мс, то наш телескоп может детектировать пульсации до 16 мс, – рассказал ученый. – Когда мы получили это, то были счастливы. Но оказалось, что нет предела совершенству».

Буквально несколько дней назад специалисты ИКИ РАН и НПО им. Лавочкина закончили большую техническую работу, которая позволила привязать бортовые часы «Спектра-РГ» к всемирному времени с точностью примерно до половины миллисекунды. Эта точность уже проверена на 3-миллисекундном пульсаре во время тестового наблюдения при коррекции орбиты в сентябре 2021 года. А теперь решено попробовать поработать с миллисекундным пульсаром. Результат еще неизвестен, но эта работа уже ведется.

Подготовил Леонид Ситник, редакция сайта РАН.