Санкции до небес: что за телескоп отключила Германия на российском «Спектре-РГ»?

Попытаемся сразу ответить на самые напрашивающиеся вопросы. Спутник «Спектр-РГ» — российский, он разработан в НПО имени Лавочкина. На его борту два рентгеновских телескопа, российский ART-XC и немецкий eROSITA. Они методично обшаривают всю небесную сферу и наносят на карту источники рентгеновского излучения.

Сейчас eROSITA переведен в безопасный режим: он не ведет наблюдений, но может вернуться к ним в любой момент по команде с Земли.

Отключение германского инструмента никак не мешает российскому продолжать работу. Но у каждого телескопа из пары свой диапазон рентгеновских лучей: они перекрываются, но не совпадают. Так что данные двух обзоров дополняют, а не заменяют друг друга.

Данные eROSITA обрабатываются и публикуются немецкими астрономами в сотрудничестве с российскими. Прекратив наблюдения, Германия нанесла удар прежде всего по собственной науке. Но, кто бы ни снимал сливки первых открытий, опубликованные данные — достояние человечества. Над ними работают ученые всего мира.

Что наблюдает «Спектр-РГ»

Перечислим важнейшие объекты, которые наблюдают ART-XC и eROSITA.

Прежде всего это скопления галактик. Пространство между галактиками в этих кластерах заполнено горячим (десятки миллионов градусов) межгалактическим газом. Он невероятно разрежен, так что с точки зрения любого здравомыслящего инженера это вакуум. Но это довольно тяжелая пустота: по общей массе внутрикластерный газ на порядок превосходит все звезды и межзвездный газ в скоплении. Это горячее вещество превращает кластер в яркий источник рентгеновских лучей.

Следующий источник — сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик. Конечно, сама по себе черная дыра ничего не излучает. Но многие из этих монстров окружены диском постепенно падающего на них вещества. Трение между потоками падающей материи раскаляет ее до сотен миллионов градусов, и диск превращается в яркий источник рентгеновских лучей.

Излучение падающего вещества превращает в рентгеновские «светильники» не только сверхмассивные черные дыры. Такой активностью могут похвастаться и остатки отгоревших звезд: черные дыры, нейтронные звезды и даже белые карлики. Правда, для этого им необходимо тесное соседство со звездой, из которой они и будут буквально высасывать материю. Такие пары «хищник—жертва» — тоже цель наблюдений «Спектра-РГ».

Еще одна категория объектов — звезды с активными коронами. Они в тысячи раз активнее Солнца, поэтому их рентгеновское излучение заметно на больших расстояниях.

Что особенного в наблюдениях «Спектра-РГ»?

В рентгеновской астрономии, как и в оптической, есть два противоположных подхода. Можно тщательно изучать небольшие участки неба. Для этого применяются телескопы с большой чувствительностью (способностью разглядеть как можно более тусклые источники) и высоким разрешением (способностью различить как можно более тонкие детали). Такие «телескопы-микроскопы» имеют очень узкое поле зрения и обычно подолгу смотрят в одну точку. Их задача — наблюдать отдельные интересные объекты. Чтобы сделать обзор всего неба, им понадобились бы буквально десятки лет. А можно, наоборот, нацелить инструмент на обзор всей небесной сферы в разумные сроки, а чувствительность и разрешение подобрать по принципу «лучшее, что мы можем себе позволить, исходя из основной задачи».

В последние десятилетия в рентгеновской астрономии наблюдался явный крен в сторону «микроскопов». Необходимость в новых полных обзорах назревала давно. Запуск «Спектра-РГ» в 2019 году наконец обеспечил астрономам такую возможность.

И ART-XC, и eROSITA сканируют все небо. На обзор небесной сферы уходит около полугода, а потом он начинается сначала. Планируется, что каждый телескоп картирует небесную сферу восемь раз. Потом эти карты можно будет наложить друг на друга. Во-первых, это поможет выявить взрывы и вспышки разной природы, по принципу «этого яркого объекта здесь раньше не было». Во-вторых, объединение данных позволит различить слабые источники на фоне неизбежного шума.

Чем немецкий eROSITA отличается от российского ART-XC? Прежде всего он принимает рентгеновские кванты с меньшей энергией: 0,5–11 килоэлектронвольт против 5–30 килоэлектронвольт. В первом, более мягком, диапазоне излучает больше небесных тел. Каталог, составленный по итогам первого года работы ART-XC, включает 870 точечных источников (114 из которых — новые для рентгеновской астрономии) и 50 протяженных объектов. За этот же период наблюдений eROSITA нанес на карту более миллиона объектов — примерно вдвое больше, чем было открыто за всю 60-летнюю историю рентгеновской астрономии. И это при том, что в области, где перекрываются диапазоны ART-XC и eROSITA, российский телескоп чувствительнее немецкого.

Кроме того, у eROSITA лучше разрешающая способность (18 угловых секунд против 45 у ART-XC) и шире поле зрения (0,81 квадратного градуса против 0,3).

Вспышки и озарения

Если телескоп eROSITA будет снова включен в ближайшие недели или хотя бы месяцы, ничего страшного с проектом «Спектр-РГ» не произойдет. Просто немного сдвинется программа наблюдений. Хотя тратить впустую время орбитального аппарата, конечно же, расточительно: заатмосферная астрономия обходится так дорого, что стоит ценить каждую секунду наблюдений.

Однако, кроме стационарных объектов, eROSITA (как и ART-XC) наблюдает еще и разнообразные вспышки.

Например, телескоп уже фиксировал длинные гамма-всплески (точнее, рентгеновское свечение на месте такого всплеска). Считается, что это сверхновые редкого типа — так называемые гиперновые. Эти взрывы куда мощнее обычных вспышек сверхновых. К тому же их энергия направлена в узкий конус. Когда этот конус повернут к наблюдателю, мы и наблюдаем длинный гамма-всплеск и все сопутствующие ему явления.

Еще один интересный процесс — уничтожение звезд сверхмассивными черными дырами. Такое бывает, если светило слишком близко подходит к «тяжеловесу». Гравитация, как помнит любой старательный семиклассник, зависит от расстояния. Поэтому ближайшее к черной дыре полушарие звезды притягивается к ней сильнее, чем противоположное. Вблизи сверхмассивной черной дыры этот эффект настолько силен, что звезда буквально вытягивается в нить и разрывается на части. Это называется приливным разрушением звезды.
Приливное разрушение — крайне редкое событие. Такие катастрофы наблюдались лишь несколько десятков раз. Обидно, если что-нибудь подобное произойдет, пока телескоп будет «в отключке». В небесной канцелярии не закажешь повтор. Остается надеяться, что телескоп все-таки включат как можно скорее.