Миллион источников и Млечный Путь на рентгеновской карте всего неба: данные телескопа еРОЗИТА на борту «Спектр-РГ»

Неделю назад телескопы ART-XC и eROSITA (еРОЗИТА) на борту орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» завершили сканирование всего неба в рентгеновских лучах. Об этом уже сообщалось, но работа по построению карты и определению числа источников, обнаруженных в ходе сканирования, продолжается. Как было договорено за годы до запуска, российские ученые обрабатывают данные с одной стороны неба, а немецкие ученые (телескоп еРОЗИТА создан в Германии) работают с рентгеновскими фотонами, пришедшими с другой половины неба. Карта всего неба, построенная учеными двух научных консорциумов и показанная на иллюстрации, оказалась удивительно информативной.

В самом центре карты находится сверхмассивная черная дыра с массой 4 миллиона солнечных масс (это достаточно слабый рентгеновский источник). По экватору картинки проходит плоскость нашей Галактики Млечный Путь, который мы можем наблюдать в полной красе на юге нашей страны в безлунную летнюю ночь. Но на рентгеновской карте Млечный Путь выглядит как темная полоса из-за того, что молекулярный газ и пыль в плоскости Галактики поглощают рентгеновские лучи. Синие точки, расположенные в этой области, демонстрируют наличие в Млечном Пути большого числа ярких и мощных источников рентгеновского излучения: это рентгеновские пульсары, аккрецирующие черные дыры в двойных звездных системах, остатки вспышек сверхновых (результат недавней гибели звезд).

Эта карта многоцветная, и различные цвета сразу позволяют судить о характерной энергии приходящих фотонов. На ней представлены все рентгеновские фотоны (а их 400 миллионов), зарегистрированные детекторами еРОЗИТЫ в диапазоне энергий от 300 электрон-вольт (эВ) до 2.3 килоэлектрон-вольт (кэВ) за полгода непрерывного сканирования неба. Красный цвет соответствует фотонам с энергией 0.3–0.6 КэВ, зеленый — 0.6–1 кэВ, синий — 1–2.3 кэВ.

Для простоты понимания можно сказать, что эти три диапазона энергий соответствуют, например, температуре излучающего горячего вещества от 3 миллионов до 6 миллионов градусов (красный цвет); от 6 до 10 миллионов градусов (зеленый) и от 10 до 25 миллионов градусов (синий цвет).

Хорошее угловое разрешение ( ~ 20 угловых секунд) и высочайшая чувствительность телескопа еРОЗИТА позволили ей нанести на карту более миллиона компактных источников и десятки тысяч протяженных. Такое количество невозможно продемонстрировать на одном изображении. Лишь самые яркие из источников видны на карте как точки. Но и их немало: многие тысячи.

Уже первый обзор неба спутником «Спектр-РГ» позволил телескопу еРОЗИТА построить карту, содержащую почти в 10 раз больше источников и в четыре раза более чувствительную, чем бывшая лучшей в мире карта немецкого спутника РОСАТ, полученная в 1990 году. Всего за полгода сканирования неба еРОЗИТА смогла удвоить полное число источников, зарегистрированных всеми спутниками в мире за 60 лет рентгеновской астрономии. «Эта карта всего неба полностью меняет наш взгляд на высокоэнергичные процессы во Вселенной», — говорит Петер Предель (Peter Predehl), научный руководитель телескопа еРОЗИТА в Институте внеземной физики Общества имени Макса Планка (МПЕ, Германия). — «Мы видим такое богатство деталей — красота этого изображения просто поражает».

Эта карта позволяет видеть, как сотни вспышек сверхновых, а возможно, и активность, время от времени, сверхмассивной черной дыры в центре Галактики, приводят к фонтанирующим выбросам горячего газа с температурами до 10 миллионов градусов из плоскости нашей Галактики (яркие зоны выше и ниже плоскости Галактики). В излучение зон с более низкой температурой вносят вклад и около двухсот тысяч достаточно близких от нас звезд с коронами гораздо более мощными, чем у нашего Солнца.

Но три четверти (!) всех объектов на этой карте — это далекие квазары и ядра активных галактик, т.е. сверхмассивные черные дыры, излучающие за счет падения на них вещества. Они находятся далеко за пределами Млечного Пути на расстояниях в сотни миллионов и миллиарды световых лет от нас.

Среди вновь открытых объектов на этой карте уже найдены квазары с красными смещениями более чем 6 (все линии в их спектрах смещены в красную сторону более 7 раз из-за расширения Вселенной). Мы видим на карте около 20 тысяч скоплений галактик, заполненных загадочным «темным веществом».

На то, чтобы с помощью оптических телескопов получить полную информацию о красных смещениях большинства квазаров и скоплений галактик, открытых телескопом еРОЗИТА, потребуются годы. «Но уже сейчас мы сможем начать использовать этот набор объектов, находящихся на гигантских расстояниях, для определения времени их появления этих во Вселенной и уточнения ее свойств и параметров, т.е. в целях космологии», — говорит научный руководитель обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.

Телескопы обсерватории «Спектр-РГ» продолжают работу. Планируется, что через несколько дней она начнет второй обзор неба. Ожидается, что он продлится до конца года. Всего планируется получить еще семь таких карт еРОЗИТЫ. На это уйдет еще три с половиной года. Суммарная карта будет примерно в 5 раз (!) чувствительнее первой, а число источников на ней должно возрасти более чем в 10 раз. «Тогда появится уверенность, что наши карты и каталоги источников будут использоваться астрофизиками и космологами всех стран мира как минимум следующие двадцать лет, пока не появятся более совершенные рентгеновские телескопы, и ученые не решат, что пора делать новую, еще более чувствительную карту рентгеновского неба», — отмечает Рашид Сюняев.

***

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 (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (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 миссии: академик Рашид Алиевич Сюняев;
• Научный руководитель по телескопу ART-XC (Россия): доктор физ.-мат. наук Михаил Николаевич Павлинский;
• Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель.