Тысяча дней из жизни Галактики

11.04.2022
Тысяча дней из жизни Галактики
8 апреля, исполняется ровно 1000 дней со дня запуска космический астрофизической обсерватории «Спектр-РГ». Тысячу дней подряд, без выходных и каникул работают платформа «Навигатор» и научная аппаратура, работают центры дальней космической связи, принимающие данные с борта, работают баллистические центры и служба управления, рассчитывая орбиту и поддерживая функционирование служебных систем космического аппарата, работают ученые, анализируя полученные данные. И вся эта колоссальная ежедневная работа не напрасна. Она дает нам — всему человечеству! — возможность увидеть небо таким, каким его еще никто не видел.

Многое удалось сделать за эти дни. Телескопы обсерватории: eROSITA и ART-XC им. М.Н. Павлинского — наблюдали удивительнейшие небесные объекты: сливающиеся скопления галактик и очень мощные молодые квазары, остатки вспышек сверхновых и звездные «ясли», открывали нетипичные микроквазары и мигающие сверхмассивные черные дыры. И, конечно, выполняли свою главную задачу — строили новые, более подробные, ретнтгеновские карты всего неба. Уже первый обзор позволил удвоить число известных на небе источников, а с тех пор завершились еще три полных обхода неба.

Глядя на звездное небо темной ночью вдалеке от города, невозможно не заметить Млечного пути — яркой, перевитой темными прожилками полосы, пересекающей небо. Именно в этой полосе, находится бóльшая часть звезд нашей Галактики, скрытая за непроницаемой для видимого света завесой из межзвездного газа и пыли.

«Мягкое рентгеновское излучение тоже поглощается на пылевых облаках, образуя контрастные “провалы” на карте всего неба СРГ/eROSITA. А вот жесткие рентгеновские лучи, в которых на Галактику смотрит телескоп СРГ/ART-XC им. М.Н.Павлинского, куда меньше подвержены их влиянию. И надо честно сказать, что всю эту тысячу дней взгляды команды ART-XC были прикованы к Млечному пути и особенно к его "сердцу" — области вблизи центра Галактики», — говорит заместитель директора ИКИ РАН, научный руководитель телескопа ART-XC им. М.Н.Павлинского Александр Лутовинов.

В самом начале миссии, осенью 2019 года ART-XC сделал первый глубокий обзор центральной части Галактики. А сейчас, весной 2022 было решено повторить глубокий обзор, но теперь не ограничиваться только центральной частью Галактики, а двинуться дальше вдоль её диска. И вот последние несколько недель, шаг за шагом, ART-XC осматривает плоскость Галактики, двигаясь с южного неба на более привычное нам северное.

На представленном выше изображении показана выполненная на данный момент (8 апреля 2022 года) часть этого обзора, центральные двадцать градусов плоскости.

В самой правой его части видна протяженная структура сложной формы, более подробно показанная на врезке ниже. Это G347.3-0.5 (она же RX J1713.7-3946) — остаток сверхновой, судя по всему, взорвавшейся в 393 году н.э. Этот остаток расположен достаточно близко к Земле, на расстоянии около 3000 световых лет и является одним из ярчайших на небе в жестких гамма-лучах. Это указывает на то, что на ударных волнах в нем действует природный ускоритель заряженных частиц — примерно такой же по достигаемой энергии, как Большой адронный коллайдер, только гораздо бóльший по масштабам. Телескоп ART-XC позволяет впервые подробно рассмотреть этот интереснейший объект в мельчайших деталях, можно сказать добавить «цвета» на его карту, что позволяет лучше разобраться в процессах, происходящих в области ударной волны, понять конкретные механизмы генерации зарегистрированного жесткого рентгеновского излучения. Подобная картографическая работа была недавно проведена ART-XC им. М.Н. Павлинского и по другому яркому остатку сверхновой — Корма А (Puppis A).

Центральная часть Галактики, показанная на средней врезке, — это вотчина дремлющей сверхмассивной черной дыры, названной радиоастрономами Стрелец А* (Sagittarius A*). Эволюция галактик тесно связана с жизнью и «диетой» их центральных черных дыр, и в этом плане Стрелец А* ведет себя в последнее время совершенно непримечательно. Его яркость, даже во время вспышек, не дотягивает до яркости расположенных рядом десятков Галактических рентгеновских двойных, что, учитывая в миллионы раз бóльшую массу центральной черной дыры, указывает на то, что она держит строжайший «пост». Но так было далеко не всегда. По данным предшественника ART-XC — телескопа АРТ-П, работавшего на борту обсерватории ГРАНАТ в 1989–1998 гг., были обнаружены следы того, что в недалеком прошлом, несколько веков назад, Стрелец А* был гораздо активнее, поглощая в сотни тысяч раз больше вещества в секунду и светя ярче в соответствующее количество раз. Следы этой активности теперь проявляются в виде отражения рентгеновского излучения, родившегося тогда, от молекулярных облаков, расположенных вблизи центра Галактики, которое видит и ART-XC.

Но и этот эпизод, видимо, был не самым «сытым» в истории нашей центральной черной дыры. Недавно обнаруженные огромные протяженные структуры — «пузыри Fermi/eROSITA», скорее всего, возникли в результате достаточно долгого (несколько миллионов лет) периода, когда Стрелец А* был еще в десять тысяч ярче, т.е. в миллиард раз ярче, чем сейчас. Вот уж действительно, то густо, то пусто.

Еще одна причина, по которой всегда интересно исследовать Галактические источники, — их переменность. Рентгеновское небо гораздо динамичнее, чем привычное нам небо в видимом свете. Почти каждый год на нем вспыхивают рентгеновские новые, превосходя по яркости все прочие объекты, гаснут и вновь разгораются рентгеновские пульсары в двойных системах с гигантскими звездами, меняют свои «цвета» аккреционные диски вокруг черных дыр — словом, все небо «бурлит». Даже обычные звезды, похожие на наше Солнце, нет-нет да показывают яркие вспышки.

Как раз недавно, одна из таких активных звезд попала в поле зрения телескопа ART-XC пока он наблюдал миллисекундный пульсар PSR B1937+21 — один из будущих «маяков» рентгеновской навигации. На врезке слева показаны кривая блеска этой звезды, на которой хорошо видны вспышка в поле зрения ART-XC: во время короткой вспышки звезда становится гораздо ярче пульсара, в то время как вне вспышки её практически не видно.

Илья Мереминский, научный сотрудник ИКИ РАН, отвечающий за оперативный анализ данных ART-XC им. М.Н. Павлинского, отмечает: «Эта вспышка, продолжительностью в несколько десятков минут, была на порядки мощнее, чем самые мощные вспышки, когда-либо наблюдавшиеся на Солнце. А это значит, что даже если вокруг этой или похожей звезды обнаружатся экзопланеты, наличие жизни на них будет крайне маловероятным — жесткое рентгеновское излучение родительской звезды во время таких мощных вспышек нагревает и “сдувает” атмосферу, лишая поверхность планеты защиты от разрушительного рентгеновского излучения».

Рентгеновские наблюдения очень важны и чрезвычайно информативны для исследования уникальных и впечатляющих источников: от молодых протозвезд до звездных останков — компактных объектов и остатков сверхновых, от «голодных» квазаров в ранней Вселенной до гигантских скоплений галактик, от кажущихся неинтересными коричневых карликов до полярных сияний на других планетах.

Работа обсерватории «Спектр-РГ» и первого российского зеркального рентгеновского телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского на ее борту продолжается, а значит нас ждет множество удивительных открытий!

***

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 им. М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и еРОЗИТА (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/еРОЗИТА (Германия): доктор Андреа Мерлони.