Рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ»

Update: запуск перенесен на 13 июля, 15:31 по московскому времени.

На фото — монтаж космического аппарата «Спектр-РГ» на ракету-носитель и установка головного обтекателя. Слева от солнечной батареи (в черной экранно-вакуумной теплоизоляции, чтобы отраженный свет не мешал работе второго телескопа) — российский рентгеновский телескоп ART-XC, справа от него (в серебристой теплоизоляции) — немецкий eROSITA (см. картинку дня Рентгеновский телескоп eROSITA). В золотой изоляции — модуль «Навигатор». Старт ракеты со «Спектром-РГ» должен произойти сегодня в 15:17 по московскому времени с космодрома Байконур. Прямую трансляцию можно будет смотреть на сайте Роскосмоса, начало трансляции в 14:00 по московскому времени.

«Спектр-РГ» — один из самых ожидаемых научных проектов России, его концепция была сформирована еще в 1987 году совместно учеными СССР, Финляндии, ГДР, Дании, Италии и Великобритании. Первоначально предполагалось запустить шеститонную обсерваторию с пятью телескопами, но затем остановились на легком варианте. Буквы «РГ» — это аббревиатура от слов «рентген-гамма», так как изначально планировалось разместить на космическом аппарате еще и детектор гамма-всплесков, позже от этой идеи отказались. Исследуемый диапазон рентгеновских энергий — 0,3–30 кэВ. Земная атмосфера полностью блокирует это излучение, поэтому для исследования Вселенной на таких энергиях необходимо выводить телескопы в космос.

Рентгеновская астрономия изучает довольно большой класс объектов и явлений. Это черные дыры и нейтронные звезды в нашей Галактике, активные галактические ядра, сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, диффузные объекты — близкие галактики, крупные скопления и сверхскопления галактик, гамма-всплески и их послесвечения, вспышки сверхновых звезд. Важность изучения этих объектов уже неоднократно проиллюстрировали предыдущие рентгеновские обсерватории, в частности всё еще работающие телескопы «Чандра» (рентгеновский диапазон: 0,1–10 кэВ), INTEGRAL (диапазон источников гамма-излучения: 15 кэВ–10 МэВ, рентгеновский диапазон: 3–35 кэВ), XMM-Newton (рентгеновский диапазон: 0,1–12 кэВ), HXMT (рентгеновский диапазон:1–250 кэВ), AGILE (диапазон источников гамма-излучения: 350 кэВ–50 ГэВ, рентгеновский диапазон: 18–60 кэВ).

Перед миссией «Спектр-РГ» стоят довольно амбициозные цели: не только изучить перечисленные объекты, но и создать полную карту видимой Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения, на которой будут отмечены все крупные источники, а также найти новые источники рентгеновского излучения. В том числе есть шанс исследовать остающуюся пока загадочной темную материю по процессам, происходящим в скоплениях галактик.

Для этого на борту установлено два телескопа — вышеупомянутые немецкий eROSITA и российский ART-XC. Оба телескопа собраны по одной и той же схеме телескопа Вольтера I типа. У eROSITA больше поле зрения по сравнению с ART-XC (0,81 кв. градуса против 0,3 кв. градусов), что позволяет наблюдать больший участок неба. У ART-XC больше диапазон энергии регистрируемого излучения (6–30 кэВ против 0,5–10 кэВ) и больше фокусное расстояние (2700 мм против 1600 мм).

Совокупные характеристики обоих телескопов позволят обсерватории «Спектр-РГ» выполнить беспрецедентный по угловому разрешению и энергетической чувствительности обзор всего небосвода в мягком и жестком рентгене. По скоплениям галактик запланированная чувствительность составит приблизительно 2×10⁻¹⁴ эрг/сек·см² в диапазоне энергий 0,5–2 КэВ. Это позволит выявить до ста тысяч галактических скоплений, что даст ценнейшую информацию о крупномасштабной структуре видимой Вселенной. Чувствительность по наблюдению активных ядер галактик будет еще вдвое больше: ожидается регистрация нескольких миллионов таких объектов, удаленных от нас вплоть до красных смещений порядка шести. Эти данные позволят изучать космическую эволюцию сверхмассивных черных дыр, находящихся в этих ядрах.

Телескоп ART-XC во время сборки. Фото с сайта laspace.ru

Для более эффективной работы рентгеновской обсерватории и для удобства связи с Землей ее планируют разместить недалеко от точки Лагранжа L2 системы «Солнце — Земля». Находясь там, аппарат будет вращаться вокруг Солнца с той же угловой скоростью, что и Земля, и при этом вращаться вокруг самой точки L2 — это так называемая гало-орбита. В результате получится, что аппарат имеет постоянный контакт с Землей, производя сканирование звездного неба, а солнечное излучение не мешает исследованиям.

Положение точки Лагранжа L2 во вращающейся системе тел Солнце–Земля и движение аппарата «Спектр-РГ» по гало-орбите вокруг точки Лагранжа L2. Рисунок с сайта srg.iki.rssi.ru

Россия впервые запускает аппарат на такую орбиту. Старт миссии будет осуществляться с помощью ракеты-носителя «Протон-М», а вывод на целевую орбиту — разгонным блоком ДМ-3. Для поддержания орбиты и работоспособности научных инструментов используется специальный модуль на основе многоцелевого служебного модуля «Навигатор». Он будет управлять навигацией, ориентацией, энергоснабжением, терморегуляцией космического аппарата и работой приемно-передающих устройств. Успешный опыт работы аппарата на этой орбите поможет в разработке космической обсерватории «Миллиметрон» и в других проектах.

Схема аппарата «Спектр-РГ». СББ — сбрасываемый блок (топливных) баков, КНА — комплекс научной аппаратуры. Схема была создана, когда аппарат планировалось запустить с помощью ракеты «Зенит» с разгонным блоком «Фрегат». Изображение с сайта srg.iki.rssi.ru

Запланированный срок работы обсерватории — 6,5 лет, из которых 4 года аппарат будет выполнять основную задачу — сканирование и картографирование звездного неба, а 2,5 года — выполнять наблюдения конкретных объектов по заявкам мирового научного сообщества. Общая стоимость обсерватории «Спектр-РГ» оценивается приблизительно в 500 миллионов евро.

Запуск других рентгеновских телескопов в ближайшие 8–10 лет не планируется, поэтому «Спектр-РГ» на весь срок своей работы должен стать основным инструментом изучения Вселенной в рентгеновском диапазоне.

Фото с сайта laspace.ru.

Александр Яровитчук