Черная дыра-«пожирательница» звёзд, термоядерная сверхновая, миллион квазаров и 20 тысяч массивных скоплений галактик, более 300 тысяч звезд Млечного пути и самая яркая космическая «корова». Наиболее важные открытия российской астрофизической обсерватории «Спектр-РГ» собраны в одном месте.

Три года назад, 13 июля 2019 года, со стартовой площадки № 81 космодрома Байконур состоялся успешный пуск ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03 и космической астрофизической обсерваторией «Спектр-РГ», разработанной в Научно-производственном объединении имени С. А. Лавочкина (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»). Пуск и полёт в окрестность точки Лагранжа L2 прошли штатно.

«Спектр-РГ» — первая отечественная обсерватория, работающая в окрестности точки Лагранжа L2 «Земля — Солнце», на расстоянии около полутора миллионов километров от Земли. В этой окрестности телескоп остается неподвижным относительно Земли и Солнца, что позволяет ему проводить наблюдения круглосуточно.

Обсерватория оснащена двумя рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC имени М. Н. Павлинского (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.

Основные задачи миссии «Спектр-РГ»:

• Проведение обзора всего неба в рентгеновском диапазоне с рекордной чувствительностью;
• поиск сотен тысяч массивных скоплений галактик в рентгеновском диапазоне
• обнаружение нескольких миллионов сверхмассивных черных дыр;
• регистрация нескольких сотен тысяч коронально активных звезд;
• изучение черных дыр и нейтронных звезд в нашей Галактике;
• исследование остатков Сверхновых, скоплений галактик и других диффузных объектов;
• исследование крупномасштабных диффузных объектов в нашей и других галактиках;
• поиск приливных разрушений звезд и других транзиентных явлений в рентгеновском диапазоне;
• локализация жесткого рентгеновского излучения от протяженных объектов;
• исследование формы спектра активных галактических ядер.

За три года российский космический аппарат «Спектр-РГ» сделал немало выдающихся открытий.

По первоначальной программе обсерватория должна была проработать в космосе не менее 6,5 лет, из которых четыре года — в режиме обзора звёздного неба, а 2,5 года — в режиме сканирования и точечного наблюдения объектов во Вселенной. Однако 26 февраля 2022 года один из двух телескопов на борту обсерватории — германский eRosita — был переведён в «спящий» режим и обзор неба был приостановлен.

Российский телескоп ART-XC имени М. Н. Павлинского продолжает работу в рамках обновленной программы научных наблюдений, составленной с учетом уже полученных результатов и оптимизированной под характеристики телескопа ART-XC, которую ранее планировалась начать после завершения обзора в 2024 году.

Краткая хроника полета:

• 12 декабря 2019 года. После проведения первичных проверок настройки аппаратуры началось выполнение научной программы обсерватории — сканирование всего неба. К этому времени телескопы обсерватории уже несколько месяцев проводили наблюдения выбранных областей неба и рентгеновских источников в рамках летных калибровок.
• Июнь 2020 года. Специалисты НПО имени Лавочкина, ученые Института космических исследований и Баллистического центра Института прикладной математики имени М. В. Келдыша с помощью телескопа ART-XC провели серию наблюдений нескольких быстровращающихся рентгеновских пульсаров (периоды вращения 16–150 миллисекунд) и смогли определить время приходящих из космоса сигналов с высочайшей точностью.

Эти наблюдения, наряду со штатными измерениями параметров траектории космического аппарата, позволили провести юстировку бортовых часов относительно мирового времени с миллисекундной точностью. Это критически важно и для астрофизических исследований, и для решения прикладных задач космической навигации. Было показано, что приемлемые навигационные параметры спутника можно получать, используя только данные измерений пульсаров.

Это открывает возможности для создания системы автономной навигации космических аппаратов по сигналам рентгеновских пульсаров.

• Июнь 2020 года. Завершен первый рентгеновский обзор всего неба. Зарегистрировано более одного млн источников — больше, чем было открыто за предыдущие 60 лет рентгеновской астрономии.
• 1 июля 2020 года. Ушёл из жизни Михаил Николаевич Павлинский — заместитель научного руководителя и один из движителей проекта, создатель и научный руководитель первого российского рентгеновского телескопа с оптикой косого падения ART-XC. В память о М. Н. Павлинском телескоп ART-XC назван его именем.
• 9 ноября 2020 года. Телескоп eRosita увидел событие приливного разрушения звезды сверхмассивной черной дырой в центре отдаленной галактики. Внегалактический рентгеновский транзиент получил обозначение SRGeJ213527.3−181634. Менее чем через две недели после этого открытия американские астрономы на 10-метровом телескопе обсерватории Кека на Гавайских островах получили спектр этого объекта, в котором регистрировались эмиссионные линии водорода и ионов гелия и кислорода. Эти спектральные особенности подтвердили предположение о том, что мы имеем дело с событием приливного разрушения звезды.
• 9 декабря 2020 года. Телескоп eRosita обнаружил крупномасштабные пузыри горячего газа в гало Млечного Пути. Структуры горячего газа с обеих стороны Галактического диска, видимые в рентгеновском обзоре всего неба, возникли, скорее всего, из-за ударных волн, вызванных мощнейшим всплеском активности центра нашей Галактики десятки миллионов лет назад. Открытие опубликовано в журнале Nature.
• Апрель 2021 года. Новая рентгеновская двойная в нашей Галактике открыта телескопом ART-XC имени М. Н. Павлинского. Дальнейший анализ показал, что свежеоткрытый источник SRGA J181414.6-225604 является довольно редким случаем симбиотической рентгеновской двойной, в которой компактный объект расположен достаточно далеко от своей звезды-донора, из-за чего ему «достается» мало вещества, а значит и рентгеновская светимость в обычном состоянии низкая. Но пылевые выбросы, подобные тому, что произошел в системе незадолго до того, как его увидел ART-XC, могут резко увеличить темп аккреции, сделав систему более заметной — главное успеть найти её за этот не очень долгий промежуток времени.
• 2 июля 2021 года. Орбитальная обсерватория «Спектр-РГ» удостоена премии имени Марселя Гроссмана. Премия присуждена «за создание лучшей в мире карты всего неба в рентгеновских лучах, за открытие миллионов неизвестных ранее сверхмассивных черных дыр на космологических расстояниях, за регистрацию рентгеновского излучения от десятков тысяч скоплений галактик, заполненных в основном „темным веществом“, и за возможность детального исследования роста крупномасштабной структуры Вселенной в эпоху доминирования „темной энергии“»:

— НПО Лавочкина за создание космического аппарата, на борту которого установлены рентгеновские телескопы орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», за организацию ее вывода в космос, управление полетом и прием информации с обсерватории в течение двух лет;

— Институту космических исследований за разработку общей концепции и научной программы орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» и головную роль в создании рентгеновского телескопа ART-XC и всей обсерватории «Спектр-РГ» в рамках российской научной программы космических исследований, осуществляемой Госкорпорацией «Роскосмос» в интересах Российской академии наук;

— Институту внеземной физики Общества имени Макса Планка (MPE, Германия) за создание уникального рентгеновского телескопа с оптикой косого падения eRosita.

• 13 июля 2021 года. Опубликован каталог источников, зарегистрированных телескопом ART-XC имени М. Н. Павлинсого по итогам первого года обзора. Всего в каталог вошло 867 источников жесткого рентгеновского излучения, несколько десятков из которых впервые обнаружены ART-XC.

Инструментам предыдущего поколения, работающим в жестких рентгеновских лучах, понадобилось около десяти лет, чтобы зарегистрировать такое же число источников. Телескоп ART-XC получил уникально четкую и полную карту неба всего лишь за год, ведь это первый зеркальный телескоп, который способен делать именно обзоры всего неба в жестких рентгеновских лучах. Этот результат стал одним из важнейших достижений за 2021 год.

• Август 2021 года. Российские астрофизики в ходе четвертого обзора неба обсерваторией «Спектр-РГ» нашли необычные остатки термоядерной сверхновой звезды и дали ей имя G116.6-26.1 в соответствии с координатами на небе. Ученые считают, что это остаток вспышки термоядерной сверхновой, взорвавшейся 40 тысяч лет назад.

Его главное отличие от нескольких сотен подобных объектов — свойства газа, в котором находилась взорвавшаяся звезда. Такое открытие в нашей Галактике — достаточно редкое событие. Кроме того, G116.6-26.1 находится не в плоскости Галактики, а на впечатляющем расстоянии в четыре тысячи световых лет над ней и в десяти тысячах световых лет от Солнца. Статья с результатами открытия опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

• Октябрь 2021 год. По данным рентгеновского обзора неба телескопа eRosita составлен первый каталог событий приливного разрушения звезд вблизи сверхмассивных черных дыр в ядрах далеких галактик.

Октябрь 2021 года. Ученые с помощью космической обсерватории «Спектр-РГ» и радиоинтерферометра LOFAR исследовали группу галактик NEST200047 в 250 млн световых лет от нас. Скопление NEST200047 оказалось особенным. Радиоизлучение исходит не только от центра, но и от богатой и сложной системы волокон, покрывающих область более 600 тысяч световых лет.
В ней видны структуры, напоминающие вихревые кольца. Радио- и рентгеновские изображения демонстрируют, что плазма, выброшенная сверхмассивной чёрной дырой, была деформирована сложными движениями в течение более ста миллионов лет, но за всё это время она не полностью перемешалась с окружающей тепловой плазмой, скорее всего, из-за присутствия динамически важного магнитного поля. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

• 28 октября 2021 года. Телескоп ART-XC имени М. Н. Павлинского зарегистрировал событие, связанное с повышенной солнечной активностью. Фоновый уровень сигнала (в отсутствии наблюдаемых источников) на детекторах ART-XC характеризуется высокой стабильностью. С момента запуска обсерватории его вариации не превысили нескольких процентов.

После 19:00 по московскому времени детекторы российского телескопа зарегистрировали его четырехкратный рост, который был вызван потоком солнечных космических лучей — протонов, ускоренных в серии солнечных вспышек, самых мощных в текущем солнечном цикле.

Возможность регистрации мощных солнечных вспышек и оперативного оповещения о них в будущем может сыграть ключевую роль в предотвращении чрезвычайных ситуаций в околоземном пространстве и на Земле, в первую очередь в арктическом регионе.

• 19 декабря 2021 года. «Спектр-РГ» завершил половину научной программы, в четвертый раз просканировав галактику в рентгеновских лучах и приступив к пятому сканированию. С результатами последнего обзора карта увеличилась до 1 миллиарда и 600 миллионов фотонов. Четвертое сканирование неба сделало карту более точной.

Она состоит из миллиона квазаров и двадцати тысяч массивных скоплений галактик и демонстрирует более трехсот тысяч звезд Млечного пути. Два рентгеновских телескопа, установленных на борту обсерватории, уже сейчас предоставили в распоряжение исследователей сотни гигабайт данных, которые после обработки превратятся в десятки терабайт научной информации.

Всего к концу 2021 года по данным телескопа ART-XC им. М. Н. Павлинского было выпущено 14 статей, 13 из которых — в журналах первого квартиля, 18 астрономических телеграмм. Около десятка статей находятся в работе.

• Январь 2022 года. Телескоп eRosita открыл рентгеновское излучение необычного нового рентгеновского источника, получившего обозначение SRGe J154754.2+443907. Он оказался уникальным. Существует класс оптических транзиентов, ассоциированных со взрывами сверхновых, которые характеризуются «быстрыми» кривыми блеска и голубым избытком в континууме — так называемые FBOT (Fast Optical Blue Transient). Изучать их сложно, потому что их блеск быстро падает.

Однако есть среди них наиболее загадочный и крайне немногочисленный подкласс, так называемые объекты типа AT2018cow (буквы сложились в английское слово cow, «корова», что дало такое необычное название этому классу — объекты типа «корова»). После этого стало ясно, что ученые обнаружили уникальный космический объект, самую яркую «корову» на рентгеновском небе. Вероятно, мы стали свидетелями рождения нового магнитара — нейтронной звезды со сверхсильным магнитным полем (~1014 Гаусс) или чёрной дыры в далекой галактике.

• 26 февраля 2022 года. Немецкий телескоп eRosita был переведён в «спящий» режим, обзор неба был приостановлен.
• Март 2022 года. Телескоп ART-XC имени М. Н. Павлинского проводит наблюдения по обновленной программе. Она предусматривает четыре главных направления исследований:

— Глубокий обзор плоскости нашей Галактики (первые наблюдения состоялись 16 марта, по его результатам были обнаружены источники рентгеновского излучения, которые не были зарегистрированы за время проведения обзора всего неба);

— наблюдение выбранных участков небесной сферы и наиболее интересных объектов;

— исследования транзиентных (переменных источников);

— наблюдения миллисекундных пульсаров, которые имеют не только фундаментальный, но и прикладной аспект.

• Март 2022 год. Во второй половине марта «глаза» телескопа ART-XC были переориентированы на плоскость нашей галактики Млечный Путь вблизи её Центра, в котором находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А — именно в это время складываются наиболее благоприятные условия для наблюдений этого небесного региона. Уже первые наблюдения телескопа ART-XC этой области позволили получить интереснейшие результаты по морфологии остатка вспышки сверхновой RX J1713.7-3946.

На изображении, полученном обсерваторией ROSAT, объект представлял собой протяженный источник мягкого рентгеновского излучения с максимальным размером около 70 угловых минут. Расстояние до него оценивается в один килопарсек или примерно 3,3 тысячи световых лет. Хорошая чувствительность детекторов и достаточно широкое поле зрения телескопа ART-XC позволили впервые изучить морфологию объекта RX J1713.7-3946 не только в его ярчайшей области, но и получить карту распределения интенсивности излучения по всему остатку сверхновой в диапазоне энергий вплоть до 15 кэВ с недостижимым ранее угловым разрешением и чувствительностью.

8 апреля 2022 года. Исполнилось ровно 1000 дней со дня запуска российской астрофизической обсерватории «Спектр-РГ».
19–21 мая 2022 года. Телескопом ART-XC им М.Н.Павлинского проведены совместные наблюдения с другими космическими обсерваториями, в том числе, с первым за полвека спутником с рентгеновским поляриметром — IXPE (США), «канонической» черной дыры Лебедь Х-1, что позволило получить уникальные данные по геометрии аккреционного потока в непосредственной близи от этого объекта.
12 июня 2022 года. Телескоп ART-XC имени М. Н. Павлинского осмотрел чуть более четверти Галактической плоскости — самого богатого участка рентгеновского неба — преимущественно в северном полушарии и продолжает ее сканирование в южном полушарии.