Рентгеновская карта неба от eROSITA

В работе астрофизиков России и Германии выдающееся событие: телескопы ART-XC и eROSITA на борту российской орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», разработанной в АО «НПО Лавочкина», завершили свой первый обзор всего неба в рентгеновских лучах. К вечеру 11 июня 2020 года телескоп eROSITA завершил построение карты, охватывающей всю небесную сферу, площадь которой составляет 41 тыс. 253 квадратных градуса.

Изображения половины неба, за обработку и анализ которой отвечают российские астрофизики, приведены на рисунках, где показаны карты в двух энергетических диапазонах: 0.3-0.7 кэВ и 0.7-2.3 кэВ. В них чувствительность телескопа eROSITA максимальна. На этих картах зарегистрировано около полумиллиона рентгеновских источников.

Карта половины всего неба в диапазоне 0.3–0.7 килоэлектрон-вольта, полученная телескопом СРГ/еРозита в ходе первого обзора неба. Изображение: ИКИ РАН

На карте в более мягком диапазоне энергий 0.3-0.7 кэВ хорошо видны остатки вспышек сверхновых (следы гибели звезд) и излучение «теплого» межзвездного газа с температурой в сотни тысяч градусов Кельвина, а также относительно близкие звезды с коронами, намного более мощными чем у Солнца. Их более ста тысяч.

Обращает на себя внимание Северный Полярный Шпур — ярчайшая и самая протяженная в мягких рентгеновских лучах область нашей Галактики. Хорошо видна темная полоса, протянувшаяся вдоль плоскости галактики Млечный Путь, где поверхностная яркость рентгеновского излучения меньше, чем в других частях карты. Это связано с поглощением мягких рентгеновских лучей газом и пылью в диске нашей Галактики.

На карте в диапазоне 0.7-2.3 кэВ в основном проявляют себя внегалактические объекты. Мы видим сотни тысяч ядер активных галактик и квазаров, излучение которых связано с аккрецией (падением) вещества на сверхмассивные черные дыры, и тысячи массивных скоплений галактик, заполненных в основном загадочным «темным веществом» и горячим межгалактическим газом. Абсолютное большинство этих объектов находятся на космологических расстояниях от нас, превышающих миллиарды световых лет.

В этом диапазоне мы также видим рентгеновские пульсары, аккрецирующие белые карлики и многие другие типы галактических источников рентгеновского излучения. Большинство из детектируемых объектов наблюдаются впервые. Точные измерения их положений, с точностью порядка нескольких угловых секунд, позволяют отождествить заметную часть открываемых объектов с источниками, известными в оптическом или инфракрасном диапазонах спектра. На большинство рентгеновских источников телескоп eROSITA «смотрел» лишь по 150-300 секунд.

Яркое излучение в центральной части карты связано с излучением горячего газа и молодых объектов различной природы в областях звездообразования в созвездии Лебедя, включая известнейший остаток вспышки сверхновой Петля в Лебеде, ряда планетарных туманностей и скоплений молодых звезд, а также известнейших рентгеновских источников, таких как черная дыра Лебедь X-1 и нейтронные звезды Лебедь X-2 и X-3, а также знаменитая далекая радиогалактика Лебедь А. Из-за эффектов проекции на приведенных выше картах почти не видна зона центра Галактики, представляющая огромный интерес для астрономов. Она показана ниже, размер изображения 40×20 градусов.

Сверхмассивная черная дыра Sgr A* находится на правой границе этой карты в плоскости Галактического экватора. Эта область богата рентгеновскими источниками разной природы, но сильно поглощена в мягких рентгеновских лучах из-за высокой концентрации молекулярного газа. Ярчайшие источники в этой области выглядят сильно размытыми из-за их высокой яркости. Первая же карта неба в рентгеновских лучах телескопа eROSITA превысила по чувствительности, угловому разрешения и числу наблюдаемых источников карту знаменитого германского спутника ROSAT, которая в течение 30 лет была лучшей в мире.

Телескопы российской обсерватории «Спектр-РГ» сканируют небо вдоль большого круга на небесной сфере, плоскость которого поворачивается примерно в соответствии с движением Земли вокруг Солнца. Все сканы пересекаются в полюсах эклиптики, где рентгеновская карта неба имеет наибольшую чувствительность. Плотность объектов, детектируемых телескопом eROSITA в этих зонах, достигает порядка 700 источников на квадратный градус.

Планируется, что после маневра коррекции орбиты, намеченного на середину июня 2020 года, и коротких калибровочных наблюдений, необходимых для подтверждения параметров спектрального отклика телескопов, обсерватория начнет второй обзор неба. Планируется получить еще 7 таких карт в течение следующих трех с половиной лет. Суммарная карта будет намного более подробной, чем первая, за счёт постоянного увеличения экспозиции и чувствительности, конечно при условии непрерывной и качественной работы спутника и его телескопов.

Ожидается, что второй обзор неба продлится до конца года. Сумма данных двух обзоров позволит более чем вдвое увеличить число детектируемых рентгеновских источников, а сравнение карт позволит исследовать переменность источников и открывать новые уникальные объекты на небе.

Предприятия Госкорпорации «Роскосмос» ведут управление российским спутником, антенны дальней космической связи ежедневно принимают научные данные и посылают команды на аппарат и научные приборы, находящиеся на расстоянии в 1,5 миллиона километров от Земли. Ученые Института космических исследований в удаленном режиме ведут обработку научных данных на мощных компьютерах в центре данных проекта. Карту на противоположной половине неба строят ученые германского Института внеземной физики Общества имени Макса Планка. Вместе две эти «половинки» покрывают всю небесную сферу.

***

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 миссии: академик Рашид Алиевич Сюняев;
• Научный руководитель по телескопу ART-XC (Россия): доктор физ.-мат. наук Михаил Николаевич Павлинский;
• Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель.