Путешествие по рентгеновскому небу с телескопом СРГ/еРОЗИТА

С увеличением экспозиции (каждая точка на небе наблюдалась телескопом СРГ/eROSITA уже более 500 секунд) растет чувствительность обзора, увеличивается число вновь открытых рентгеновских источников, появляется возможность строить их энергетические спектры и исследовать их переменность во времени.

Но по-прежнему внимание астрономов привлекает уникальная карта неба в рентгеновских лучах, опубликованная после первого обзора всего неба в июне 2020 года.

Сегодня мы демонстрируем эту карту в проекции «от наблюдателя» на сайте орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» http://plan.srg.cosmos.ru/panorama. Представьте себя на месте телескопа в точке Лагранжа L₂!

На карте можно наблюдать громадное количество квазаров, ядер активных галактик, рентгеновских пульсаров, звезд нашей Галактики с коронами в тысячи раз более яркими, чем у нашего Солнца, а также протяженные объекты: скопления галактик, заполненные невидимым темным веществом и горячим (десятки миллионов градусов) межгалактическим газом, остатками вспышек сверхновых и горячей (сотни тысяч и даже миллионы градусов) межзвездной плазмой и плазмой в гало нашей Галактики.

Хорошее угловое разрешение (~30 угловых секунд) и высочайшая чувствительность телескопа СРГ/eROSITA позволили нанести на карту более миллиона компактных источников и десятки тысяч протяженных. Лишь самые яркие из них видны на карте как точки. Увидеть остальные объекты не позволяет разрешение карты, они сливаются, добавляя к яркости диффузного излучения Галактики и к излучению наразрешенной части внегалактического рентгеновского фона. Но и тех источников, что мы видим, немало — десятки тысяч.

Можно легко увеличивать интересующие зрителя участки изображения. Интересно путешествовать вдоль плоскости Галактики, наблюдая зону сильного поглощения рентгеновских лучей холодным атомарным и молекулярным газом, концентрирующимся к этой плоскости.

Эта зона окружена многочисленными яркими галактическими источниками рентгеновского излучения. В основном, это тесные двойные звездные системы, одна из компонент которых представляет собой нейтронную звезду или черную дыру. Нормальная звезда, входящая в двойную систему, теряет массу за счет сильного звездного ветра или за счет перетекания вещества через внутреннюю точку Лагранжа. Падение этого вещества на релятивистскую звезду приводит к выделению в аккреционном диске и на поверхности нейтронной звезды гравитационной энергии, разогреву падающего вещества до огромных температур и излучению рентгеновских лучей.

В самом центре карты находится сверхмассивная черная дыра с массой 4 миллиона солнечных масс (в настоящее время это достаточно слабый рентгеновский источник). По экватору картинки проходит плоскость нашей Галактики Млечный Путь.

Самые интересные источники подписаны. Карта многоцветная, и различные цвета сразу позволяют судить о характерной энергии приходящих фотонов. На ней представлены все рентгеновские фотоны (их 400 миллионов), зарегистрированные детекторами СРГ/eROSITA в диапазоне энергий от 300 электрон-вольт (эВ) до 2.3 килоэлектрон-вольт (кэВ) за первые 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 3–6 миллионов градусов (красный цвет); 6–10 миллионов градусов (зеленый) и 10–25 миллионов градусов (синий цвет).

Российские и немецкие ученые, обрабатывающие громадные потоки данных, создали эту карту. Её основные авторы — член-корреспондент РАН Марат Гильфанов, академики РАН Рашид Сюняев и Евгений Чуразов с российской стороны, доктора наук Герман Бруннер (Dr. Hermann Brunner), Андреа Мерлони (Andrea Merloni) и Джереми Сандерс (Dr. Jeremy Sanders) с немецкой. За первичную обработку и калибровку данных с российской стороны отвечал к.ф.-м.н. Павел Медведев (ИКИ РАН), эффекты «виртуальной реальности» добавил доктор Конрад Деннерл (Dr. Konrad Dennerl), а к.ф.-м.н. Роман Кривонос (ИКИ РАН), адаптировал карту для сайта обсерватории «Спектр-РГ».

Рентгеновское небо продолжает удивлять ученых. Каждый день СРГ/eROSITA детально исследует большой круг на небе шириной в 1 градус. За полгода, прошедшие со времени предыдущего наблюдения определенной полоски, примерно 5 рентгеновских источников из 5000 (в среднем) в ней увеличивают или уменьшают свою яркость более чем в 10 раз. Еще большее количество рентгеновских объектов меняет за полгода свою яркость в 2 или 3 раза.

Рентгеновское небо меняется на глазах. Видны вспышки звезд, подобные вспышкам на Солнце, появление рентгеновских транзиентов (аккрецирующих нейтронных звезд и черных дыр в тесных двойных звездных системах) в нашей Галактике, переменность ядер активных галактик. Уже обнаружено около десятка приливных разрушений звезд, пролетающих вблизи сверхмассивных черных дыр и снабжающих их свежим веществом для аккреции. Эта колоссальная по масштабности переменность интереснейших астрономических объектов производит сильное впечатление. О наиболее интересных изменениях на небе исследователи сообщают астрономам всего мира, чтобы наблюдения в оптическом, радио-, инфракрасном и гамма-диапазонах пролили дополнительный свет на природу самых удивительных событий во Вселенной.

Работа над картой продолжается, и по мере накопления данных мы надеемся обозначить на ней положение наиболее интересных рентгеновских источников на нашем небе. Напомним, что эта карта является — и ещё десятилетия будет являться лучшей в мире.

***

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 орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.