Вселенная в рентгене: «Спектр-РГ» открывает невидимое

Сегодня поговорим о масштабах. А «Спектр-РГ» — это как раз об этом.

Представьте себе обсерваторию в открытом космосе, которая видит то, что не видно с Земли: горячие звёзды, газы, разогретые до миллионов градусов, даже далёкие галактики, которые излучают свет, но не в видимом, а в рентгеновском диапазоне.

В общем, «Спектр-РГ» — это телескоп для таких наблюдений, точнее, целая обсерватория, которая помогает учёным понять, как устроена Вселенная и что происходит в её самых таинственных уголках.

Почему орбитальный?

В отличие от наземных обсерваторий, «Спектр-РГ» завис на орбите на высоте около 1,5 миллиона километров от Земли, в районе так называемой точки Лагранжа L2. Эта точка — идеальное место для наблюдений: гравитация Солнца и Земли сбалансированы, и ничто не мешает вести постоянный контроль за тем, что происходит вокруг.

Плюс, пока телескоп находится в космосе, он избегает всех земных атмосферных искажений, которые смазывают картинку и мешают наблюдать объекты в рентгеновских лучах.

Когда он заработал в 2019 году, то стал первопроходцем в том, что называется «полный рентгеновский обзор» — телескоп начал сканировать весь небосвод и ловить рентгеновские вспышки и излучения.

Ну а основная задача «Спектра-РГ» — создать карту рентгеновского неба, которая станет полным путеводителем по самым экстремальным объектам в космосе. Как это работает?

Рентгеновские лучи излучаются там, где происходит что-то по-настоящему горячее: звёзды взрываются, чёрные дыры притягивают материю, а галактики сталкиваются. Всё это невидимо в обычный оптический телескоп, но «Спектр-РГ» видит через такие потоки материи и фиксирует их.

Эти данные нужны астрономам, чтобы отслеживать эволюцию космоса — как звёзды умирают, как чёрные дыры растут, как галактики влияют друг на друга. Так можно заглянуть на миллиарды лет назад.

По сути, «Спектр-РГ» помогает собрать пазлы о прошлом и будущем Вселенной. А уж обзора ему хватает.

Работа над «Спектром»

Стоит сказать, что проект «Спектр-РГ» — это результат российско-немецкого сотрудничества.

С российской стороны над ним работают специалисты научно-производственного объединения (НПО) имени Лавочкина и Института космических исследований РАН, а с немецкой — учёные Института внеземной физики общества Макса Планка.

На борту «Спектра-РГ» два уникальных телескопа: российский ART-XC и немецкий eROSITA. Работают они в паре — каждый в своём диапазоне рентгеновских лучей, что позволяет получать изображения объектов с разными уровнями энергии.

• ART-XC (имени Михаила Павлинского) — российский телескоп, который работает в диапазоне более жёсткого рентгеновского излучения. Он нацелен на самые высокоэнергетические процессы.

• eROSITA — немецкий телескоп, который разработан для мягкого рентгеновского диапазона и помогает видеть более мягкие, но всё же горячие объекты, такие как газовые скопления в межгалактическом пространстве.

Вообще, программа «Спектр» — это целая серия обсерваторий, каждую из которых планировалось вывести на орбиту для изучения разных диапазонов космического излучения. Первые задумки об отправке рентгеновской обсерватории появились ещё в начале 2000-х (а сама идея была сформирована ещё в 1987 году совместно учёными СССР, Финляндии, ГДР, Дании, Италии и Великобритании).

Но, как это часто бывает, проект столкнулся с различными трудностями: техническими, финансовыми, да и вообще, не сразу пришло понимание, насколько полезной может быть такая миссия.

К счастью, в 2016 году проект всё-таки был утверждён, а в 2019 году «Спектр-РГ» был успешно запущен, и с этого момента началась его большая космическая работа.

Что делал «Спектр-РГ»

И работал «Спектр-РГ» ударно, ничего не скажешь. За первый год работы эта обсерватория обнаружила более 78 тысяч источников, про которых никто даже и не догадывался: всякие сверхмассивные чёрные дыры, скопления галактик, сверхновые, гамма-всплески...

А количество источников, которые зарегистрировали все спутники в мире за 60 лет рентгеновской астрономии и вовсе получилось удвоить.

С помощью данных eROSITA и вовсе проводили исследования тёмной материи, результаты которых опубликовали в 2023 году. Выяснилось, что энергия, которая связана с расширением Вселенной, распределяется равномерно в пространстве и времени.

Учёные насобирали внушительную базу данных: около 500 маломассивных скоплений галактик, которые растянулись на 10 миллиардов лет космической истории! Это действительно крупный улов — такой выборки ещё никому не удавалось собрать, особенно для слабых и удалённых скоплений.

А что сейчас?

Итак, на 2024 год «Спектр-РГ» по-прежнему работает, но... с определёнными изменениями в программе наблюдений.

В 2022 году немцы отключили свой телескоп — им «порекомендовали» приостановить сотрудничество с Россией. Вернее, его перевели в так называемый «безопасный режим», но сути это не меняет.

В итоге, основная нагрузка по наблюдениям легла на плечи нашего ART-XC. Он взял на себя часть задач, которые раньше выполнялись в паре с eROSITA, и сосредоточился на самых интересных областях неба — на тех, что были оставлены на постобзорный период наблюдений.

Теперь ART-XC исследует такие объекты, как, например, области с повышенной плотностью звёзд и массивные чёрные дыры. Эта ситуация с eROSITA, конечно, слегка затруднила полноценное наблюдение, но наши учёные продолжают работать с полученными данными, даже несмотря на такие обстоятельства.

В общем, за четыре с лишним года работы «Спектр-РГ» показал миру настоящие сокровища. И даже в новых реалиях он предоставляет важные данные.

Например, обсерватория открыла сотни новых активных галактик и тысячи объектов, которые излучают рентген. Так был создан первый в истории полнокупольный рентгеновский атлас всего видимого неба. Мы впервые увидели карту, где отмечены все значимые источники рентгеновского излучения: от галактик и звёздных скоплений до чёрных дыр и нейтронных звёзд.

Такую карту, кстати, на Земле создать было бы просто нереально — ради этого пришлось бы облететь весь мир с мощнейшим телескопом, и то земная атмосфера заблокировала бы значительную часть рентгеновских лучей.

И это только начало! На основе данных «Спектра-РГ» исследователи планируют составить целый каталог, который поможет им долго отслеживать изменения во Вселенной и понять, как ведут себя самые загадочные объекты!

Даже хотят сделать некий «Астро-ГЛОНАСС» — навигатор по пульсарам для путешествий в космосе, который любому аппарату покажет с высочайшей точностью его местоположение. Например, для лунных аппаратов или для дальнего космоса.

Идём дальше: «Спектр-УФ» и «Миллиметрон»

А что, если «Спектр-РГ» — это всего один из элементов масштабной программы?

«Спектр-УФ»

На очереди у нас «Спектр-УФ» — очередной телескоп в линейке «Спектров».

Его фишка — ультрафиолетовый диапазон, который даёт возможность изучать химический состав и температуру звёзд, галактик и других далёких объектов.

И в отличие от «Спектра-РГ», этот новый телескоп будет в реальном времени отправлять обновления на Землю, что позволит следить за изменениями во Вселенной чуть ли не онлайн (ну, практически).

А ещё — он сможет фиксировать изменения в звёздах, свет которых доходит к нам спустя сотни или тысячи лет. Например, можно будет изучить горячие звёзды в молодых галактиках, чтобы понять, как они эволюционируют, и даже — как формируются первые элементы.

Если сравнивать со знаменитым «Хабблом», то этот проект сопоставим с ним и даже превосходит его в спектроскопии. Да и расположен он повыше — на геосинхронной орбите с высотой около 35 тысяч километров.

Сначала «Спектр-УФ» планировали запустить в 2025 году, но сейчас всё приходится импортозамещать (в проекте были не только мы, а ещё и Япония, Германия и Испания), поэтому будет он готов не ранее 2030 года... в лучшем случае.

«Миллиметрон»

После «Спектра-УФ», ближе к началу 2030-х, ожидается запуск «Миллиметрона» (он же — «Спектр-М»). Если «Спектр-РГ» работает с рентгеновскими лучами, а «Спектр-УФ» — с ультрафиолетом, то «Миллиметрон» — это про миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны, в которых видны самые холодные и далёкие объекты.

Он будет ловить сигнал от молекулярных облаков, из которых потом рождаются звёзды и планеты. Фактически, «Миллиметрон» сможет сканировать зоны вокруг молодых звёзд и искать там пылевые диски, то есть те места, где теоретически зарождаются планеты.

Но самое интересное — он сможет работать в связке с другими обсерваториями по принципу «виртуального телескопа», а это значит, что мы получим изображения космоса на таком уровне детализации, что сможем заглянуть в самые дальние уголки Вселенной.

По сути, «Миллиметрон» покажет нам те части космоса, куда не добирается ни свет, ни тепло, тем самым он и поможет в поиске экзопланетных систем.

Начало пути

В общем, российские учёные полны оптимизма, несмотря ни на что: программа «Спектр» — это лишь начало долгого пути в исследовании дальнего космоса.

Благодаря «Спектру-РГ», а в будущем и другим миссиям, можно будет не только наблюдать за космическими объектами, но и понимать, как они эволюционируют. С новыми телескопами у нас будет целый набор инструментов для исследования всего самого разного в нашей Вселенной.

Главное, чтобы это всё не погрязло в бюрократии и вечных финансовых проблемах.

А глядишь, там и до тайн тёмной материи рукой подать.