Космический рентгеновский фон (КРФ) — излучение, которое получается складыванием излучений большого количества дискретных источников рентгеновского излучения, в основном, активных ядер галактик — миллионов аккрецирующих сверхмассивных чёрных дыр в центрах других галактик.

КРФ был открыт на самой заре рентгеновской астрономии в 1960-х гг., однако его детальное изучение задержалось на десятилетие из-за малой чувствительности наблюдательной техники. Многие из данных объектов слишком далёки, чтобы их можно было наблюдать как отдельные объекты. Но если комбинировать «интегральные» измерения КРФ с результатами подсчетов отдельных классов источников в различных глубоких обзорах неба, появляется возможность изучить эволюцию роста сверхмассивных черных дыр за время существования Вселенной.

Большинство предыдущих измерений КРФ приходится на диапазон энергий 1–10 кэВ. Однако максимум спектра КРФ приходится на более жесткие энергии — 20–40 кэВ, и лишь немногие рентгеновские телескопы исследовали его на энергиях 10–100 кэВ. Наиболее важные наблюдения были проведены на спутниках серии «Космос», а также зарубежных обсерваториях HEAO-1, Integral и Swift. Однако полученные по этим экспериментам значения поверхностной яркости жёсткого рентгеновского фона различаются на 10–15%, а это имеет большое значение для моделирования эволюции сверхмассивных черных дыр во Вселенной.

В эксперименте «Монитор всего неба» (МВН) будут впервые выполнены измерения поверхностной яркости космического рентгеновского фона в дипазоне 6–70 кэВ с очень высокой точностью (до 1%). Идея эксперимента состоит в том, чтобы использовать особенности орбиты Международной космической станции для обзора всего неба. На поверхности станции будет установлен рентгеновский телескоп, ориентированный в зенит. Двигаясь по орбите вместе со станцией, его луч зрения будет постепенно «заметать» почти всю поверхность небесной сферы, так что за 72 дня он получит почти полную карту неба (84%). Всего предполагается выполнить 15 таких обзоров.

Идею эксперимента выдвинул Михаил Геннадиевич Ревнивцев (1974–2016), сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.

МВН сможет измерить поверхностную яркость КРФ с высокой точностью и тем самым существенно поможет в понимании того, как эволюционировали сверхмассивные черные дыры во Вселенной. Кроме того, с его помощью можно будет обнаружить вариации КРФ, связанные с концентрацией материи в близких скоплениях и сверхскоплениях галактик. Наконец, данные МВН о яркости отдельных объектов (например, известного пульсара в Крабовидной туманности), точность которых, как ожидается, будет лучше 3–5%, будут использоваться для калибровки других приборов.

Эксперимент МВН на борту МКС станет в один ряд с астрофизическими инструментами MAXI (JAXA) и NICER (NASA).

Аппаратура МВН

• Рентгеновский монитор СПИН-X1-МВН — рентгеновский спектрометр, содержащий четыре модуля рентгеновских детекторов на базе теллурида кадмия, коллиматоры, уменьшающие поле зрения, систему перекрытия апертуры, калибровочные источники, служебная аппаратура. Устанавливается на универсальное рабочее место снаружи МКС
• Блок управления (БУ) МВН. Устанавливается внутри МКС

СПИН-X1-МВН

• Размеры: 940×661×425 мм
• Масса: 51 кг
• Максимальная потребляемая мощность: 105 Вт
• Число детекторов: 4
• Энергетический диапазон: 6–70 кэВ
• Поле зрения: 3.2°

БУ МВН

• Размеры: 222×182×170 мм
• Масса: 3,5 кг
• Максимальная потребляемая мощность: 20 Вт
• Память ОЗУ: 256 Мб
• Энергонезависимая память: 2 Гб

Суточный объём получаемых данных — 62 Мб

В состав блока детектирования СПИН-X1-МВН входит четыре канала измерений, в каждом канале – 32-х пиксельный полупроводниковый рентгеновский детектор на основе кристаллов теллурида кадмия (CdTe), созданный в ИКИ РАН. Поле зрения канала ограничено коллиматором. Температура детекторов обеспечивается элементами Пельтье, тепловыми трубами и радиаторами. У каждого детектора есть свой блок электроники.

Апертура каналов периодически закрывается вращающимся в верхней части колесом с экраном, непрозрачным для рентгеновского излучения. Это ключевая особенность эксперимента, которая позволяет надежно отделить полезную информацию от инструментального фона.

Фоновое излучение вызывается люминесценцией конструкции прибора и самой МКС при попадании высокоэнергичных заряженных частиц и квантов. Система перекрытия апертуры — вышеназванный вращающийся экран, который будет периодически закрывать два из четырех детекторов телескопа. Таким образом, вычитая показания детекторов при экранировании от КРФ от их показаний при воздействии КРФ, за три года можно набрать статистику, достаточную для измерения с заявленной точностью. От рентгеновских фотонов, рождающихся в атмосфере Земли и приходящих «снизу», аппаратуру эксперимента МВН защитит сама космическая станция.

Аппаратура МВН М-2

Основным инструментом космического эксперимента МВН-М2 станет рентгеновский монитор с эффективной площадью детекторов 0,25 м², который будет установлен на трёхосной платформе наведения на внешней поверхности МКС. Он позволит в условиях космического пространства регистрировать спектр падающего рентгеновского излучения с высоким временным разрешением и локализовать направление на источник данного излучения.

Результаты наблюдения, проведённые с его помощью данного инструмента, позволят решить ряд фундаментальных задач, связанных с изучением рентгеновских звезд и других астрофизических компактных объектов. Кроме этого, он станет прототипом для аппаратуры, осуществляющей определение положения и скорости космических аппаратов по рентгеновским пульсарам. Поэтому одна из задач эксперимента — отработка некоторых элементов автономной навигации по рентгеновским пульсарам с высокой точностью без наземной поддержки во всей Солнечной системе. Это существенно расширит возможности решения перспективных задач по освоению космического пространства.

Кроме этого, новые детекторы, технологии их создания и обработки получаемой с них информации, могут быть адаптированы для различных сфер деятельности, в которых используются рентгеновское излучение: медицина, безопасность на транспорте и т.д.