«Спектр-РГ» — орбитальная астрофизическая обсерватория

«Спектр-РГ» (англ. SRG — Spectrum-Roentgen-Gamma) — это российско-немецкая миссия для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне.

13 июля 2019 года космический аппарат отправился на ракете «Протон-М» с космодрома Байконур в Казахстане, на борту у него было два независимых рентгеновских телескопа: eROSITA — построенный в Германии и ART-XC — построенный в России. Это не первый запущенный космический аппарат, чувствительный к «жестким» рентгеновским лучам высокой энергии, но первый, который способен создать полную карту неба в этом диапазоне спектра, что даст исследователям новый способ следить за расширением и ускорением Вселенной, а также поможет сделать другие открытия.

«В течение полугода мы покроем все небо», — говорит Питер Предель, астроном из Института внеземной физики им. Макса Планка.

Цели и технические особенности

Основной научной целью «Спектр-РГ» является создание трехмерной карты космоса, которая покажет, как Вселенная ускоряется под действием таинственной отталкивающей силы, называемой темной энергией. Космологи смогут исследовать эту силу через галактические скопления, распределение которых кодирует структуру и историю Вселенной.

«Спектр-РГ» отобразит космическую сеть из примерно 100 000 галактических кластеров, обнаруживая рентгеновское свечение их межгалактической плазмы и нитей плазмы между ними. Миссия будет способна обнаружить до трех миллионов сверхмассивных черных дыр, многие из которых будут новыми для науки, а также рентгеновские лучи от 700 000 звезд нашей галактики. Если все пройдет успешно, то данные этой миссии будут играть уникальную роль в течение длительного времени.

Имитация рентгеновских эмиссонов, которые увидит немецкий прибор eROSITA (два ярких пятна являются артефактом конструкции телескопа)
 Изображение: Remeis Observatory & ECAP

Для России «Спектр-РГ» представляет собой одну из самых значительных космических миссий на протяжении десятилетий. Она направлена ​​на то, чтобы поддержать сообщество астрофизиков страны, которое пережило десятилетия сокращений и утечки мозгов.

Рентгеновские съемки неба уже проводились в прошлом, например, Германская миссия в 1990-х годах под названием ROSAT. Однако эта миссия была чувствительна только к «мягкому» рентгеновскому излучению с энергией около 2 кэВ (в мягкой полосе eROSITA будет приблизительно в 30 раз более чувствительным телескопом, чем ROSAT). Другие существующие миссии NASA, такие как Chandra и NuSTAR, могут видеть излучение с более высокой энергией и разрешать мельчайшие детали космических структур, но они видят только небольшие участки неба.

Телескопы «Спектр-РГ» охватывают рентгеновские полосы, которые растягиваются до гораздо более высоких энергий: 0,2-10 кэВ для eROSITA и 5-30 кэВ для ART-XC. Несмотря на название, которое было сохранено по историческим причинам, «Спектр-РГ» не будет обнаруживать гамма-излучение. Отечественный ART-XC является меньшим из двух телескопов и имеет худшее разрешение по сравнению с eROSITA. Но так как он работает в диапазоне 5-30 кэВ и, следовательно, используется для более энергичных рентгеновских лучей — комбинация обоих телескопов приведет к чрезвычайно детальному широкополосному обзору всего неба.

Иллюстрация телескопа eROSITA
Изображение: MPE

Каждый прибор представляет собой набор из семи рентгеновских телескопов, которые будут одновременно снимать одну и ту же полосу неба, их совокупная мощность позволит собирать больше фотонов, чем способен делать один телескоп.

Прибор ART-XC с семью зеркальными модулями и семью детекторами в фокальной плоскости
Изображение: Институт космических исследований РАН и РФЯЦ-ВНИИЭФ

Космический аппарат, базирующийся на унифицированной платформе НПО им. Лавочкина «Навигатор», будет находиться на орбите Лиссажу вокруг лагранжевой точки L2 в системе Солнце-Земля (на расстоянии 1,5 миллиона км от Земли). Ему потребуется 3 месяца, чтобы добраться туда, это время будет использовано для проверки и калибровки оборудования.

За время четырехлетней миссии «Спектр-РГ» сделает 8 рентгеновских снимков всего неба, чтобы исследователи могли их сравнить и найти изменения. Например, некоторые из сверхмассивных черных дыр в центрах галактик становятся чрезвычайно яркими, когда поглощают материю с высокой скоростью, но большинство испускаемых ими мягких рентгеновских лучей будут поглощаться окружающей пылью, в то время как более жесткие лучи можно будет уловить с помощью ART-XC.

Иллюстрация лагранжевых точек в системе Солнце-Земля
Изображение: Институт Космических Исследований (ИКИ)

Это позволит исследователям увидеть, как объекты появляются, а затем снова исчезают из года в год, предоставляя информацию о том, как черные дыры поглощают материю. «Мы хотим наблюдать несколько тысяч таких событий за эти четыре года», — говорит Суняев, выдающийся советский космолог из Института астрофизики им. Макса Планка в Гархинге, Германия.

Более того, 3 года планируется отвести на точечные наблюдения наиболее интересных скоплений галактик и AGN (активных галактических ядер). Ожидается, что eROSITA даст около 3 миллионов AGN, включая затененные объекты, что революционизирует наш взгляд на эволюцию сверхмассивных черных дыр и их роль в процессе формирования структуры. Обзор также предоставит новое понимание широкого спектра астрофизических явлений, включая рентгеновские двойные.

Рентгеновский телескоп eROSITA
Фото: MPE

Зарождение миссии «Спектр-РГ»

«Спектр-РГ» зародился во времена Советского Союза. В 1987 году ведущие отечественные астрофизики предложили миссию с использованием жесткого рентгеновского излучения, но планы были отменены после распада СССР в 1991 году.

Российские и европейские космические агентства возродили эту идею в 2004 году, но предложение отправить рентгеновский телескоп на МКС ​​было отклонено, когда NASA свернуло свою программу космического шаттла. В 2009 году немецкое космическое агентство и позднее Роскосмос утвердили совместную миссию и её более амбициозный дизайн.

Первоначально запуск должен был состояться в 2013 году, но был перенесен на конец 2016 — начало 2017 годов, а затем и вовсе на 2018 год. Из-за задержек был произведен переход на ускоритель Proton-M Blok-DM-03. В конце 2017 года было сообщено, что запуск состоится весной 2019 года из-за проблем с радиооборудованием, необходимым для отправки научных данных обратно на Землю. Говорят, что проблемы возникли в результате санкций и были связаны с необходимостью замены электронных компонентов западного производства на отечественные.