Пятилетка в точке Лагранжа: что показала астрофизикам обсерватория «Спектр-РГ»

13 июля 2019 года в космос запустили астрофизическую обсерваторию «Спектр-РГ». Рассказываем, какой вклад внесли атомщики в создание уникального космического аппарата и что ученые разглядели в его телескопы за пять лет.

Серия «Спектр»

Идея серии спутников для изучения Вселенной в разных диапазонах электромагнитного излучения родилась еще в 1980-е, но была реализована только в 2010-е. Разработало и изготовило их Научно-производственное объединение им. Лавочкина. Первый аппарат, «Спектр-Р», запустили в 2011 году. Он был оснащен мощным телескопом «РадиоАстрон» с 10-метровым зеркалом, который действовал в связке с наземными радиотелескопами. Это дало возможность изучать объекты с беспрецедентно высоким угловым разрешением.

Гарантийный срок «Спектра-Р» заканчивался в 2014 году, но он продержался до 2019-го и помог астрофизикам сделать ряд важных открытий — например, эффект рассеивания излучения в межзвездной среде. Это позволило обнаружить пульсары — вращающиеся нейтронные звезды, излучающие волны в разных диапазонах. Также ученые узнали много нового о квазарах — ядрах зарождающихся галактик.

На борту второго аппарата, «Спектр-РГ», — два телескопа рентгеновского диапазона: немецкий eROSITA и российский ART-XC им. Павлинского. «СпектрРГ» — самый далекий от Земли отечественный спутник: он выведен на орбиту в точку Лагранжа L2, на расстояние 1,5 млн км от нашей планеты.

Запланирован запуск «Спектра-УФ» и «Спектра-М». Они позволят исследовать Вселенную в ультрафиолетовом, миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах.

Зеркала для фотонов

ART-XC, созданный в Институте космических исследований (ИКИ) РАН под руководством специалиста в области рентгеновской астрономии Михаила Павлинского (ученый ушел из жизни четыре года назад), работает в жестком диапазоне рентгеновского излучения. У телескопа семь одинаковых модулей, каждый состоит из 28 никелькобальтовых зеркал-оболочек скользящего типа. Их разработали в Российском федеральном ядерном центре «Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики».

«Представьте, что вы хотите пустить в озеро «блинчик» — плоский камешек, — рассказывает заместитель директора ИКИ РАН по научной работе, заведующий отделом астрофизики высоких энергий Александр Лутовинов. — Если поверхность воды гладкая, «блинчик» уйдет далеко. Если будет рябь, он утонет сразу. Фотон — тот же «блинчик»: чтобы он дошел до детекторов, нужна идеально гладкая поверхность. Поэтому форма профиля зеркал выдержана с точностью до нескольких микронов. А отполировать поверхность нужно с точностью до нескольких ангстремов. Создание таких зеркал — чрезвычайно сложная технология, ею владеют всего несколько лабораторий в мире. В нашей стране до начала работы над ART-XC такой технологии не было. Теперь есть — в саровском ядерном центре».

Главным результатом миссии «Спектра-РГ» должна стать детальная карта звездного неба в рентгеновском диапазоне. У ART-XC был напарник, немецкий телескоп eROSITA, который снимал небо в более мягком диапазоне рентгеновского излучения. С декабря 2019-го по февраль 2022-го они провели четыре полных обзора всего неба. Затем по политическим причинам eROSITA перевели в спящий режим, программа наблюдений ART-XC изменилась. Одной из основных задач стало глубокое сканирование нашей галактики. Обзор Млечного Пути был завершен осенью 2023 года, и ART-XC переключился на все небо. Пятый полный обзор закончен 24 апреля этого года.

Без немецкого телескопа эффективность ART-XC даже повысилась. «Программа наблюдения, естественно, учитывала научные интересы обеих сторон и накладывала на телескопы определенные ограничения. Например, eROSITA не может смотреть на яркие источники — электроника просто не успевает обрабатывать все поступающие фотоны. А ART-XC в силу технических особенностей может», — объясняет Александр Лутовинов.

Управление с «Марса»

Московское опытно-конструкторское бюро «Марс» (входит в «Росатом») — разработчик бортовых комплексов управления (БКУ) для всей серии «Спектр». «Любой космический аппарат состоит из двух крупных частей: целевая аппаратура (телескопы, камеры и другие приборы) и служебная система, которую еще называют платформой, — рассказывает Михаил Шатский, заместитель генерального конструктора «Марса», начальник отделения функционального программного обеспечения. — Платформа обычно включает конструкцию, солнечные батареи, двигательную установку, аккумуляторы и бортовой комплекс управления. БКУ обеспечивает выполнение функций космического аппарата: надо доставить обсерваторию к месту назначения, навести на объекты приборы, поддерживать температурный режим и давать питание и проч.».

Бортовые комплексы управления для «Спектра-Р» и «Спектра-РГ» отличаются не кардинально, но существенно. «Мы применили усовершенствованные приборы для ориентации космического аппарата по звездам. Были доработаны блоки сопряжения с целевой аппаратурой, она сильно отличается: на «Спектре-РГ» установлены два телескопа рентгеновского диапазона, другие средства сбора и хранения научной информации»,— перечисляет Михаил Шатский.

Уже проектируется «Спектр-УФ». «Марс» делает БКУ и для него. «У заказчика более высокие требования к точности наведения телескопа, что требует создания особых алгоритмов и использования специального датчика, — говорит Михаил Шатский. — Этим сейчас и занимаемся»

ТОП-5 ОТКРЫТИЙ

2020 год
«Спектр-РГ» зафиксировал уникальное приливное разрушение звезды в далекой галактике: гравитационные силы сверхмассивной черной дыры разорвали звезду, находившуюся рядом.

2021 год
Обнаружен гигантский источник рентгеновского излучения — предположительно, остаток термоядерной сверхновой, взорвавшейся приблизительно 40 тыс. лет назад.

2022 год
Телескоп ART-XC открыл в нашей галактике уникальную симбиотическую рентгеновскую двойную звезду. Так называют системы, в которых вещество с обычной звезды перетекает на компактный объект — черную дыру или нейтронную звезду.

2023 год
ART-XC и российский прибор «Конус» на борту аппарата Wind НАСА исследовали гамма-всплеск — возможно, самый яркий за всю историю человечества. Он оказался настолько мощным, что ослепил все другие космические детекторы гамма-излучения.

2024 год
Открыт рентгеновский миллисекундный пульсар. Наблюдения «Спектра-РГ» показали, что источник перешел в фазу «периодического барстера» — когда термоядерные всплески регистрируются через примерно равные промежутки.