Юрий Ковалев,
член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией АКЦ ФИАН
«Троицкий вариант — Наука» №3(272), 12 февраля 2019 года
Коллектив проекта «Радиоастрон» выражает глубокую благодарность коллегам из России и других стран мира за горячую поддержку и пожелания выздоровления спутнику. Как вы знаете из сообщений специалистов «Роскосмоса» и НПО им. Лавочкина, с 10 января не удается наладить связь с аппаратом
Напомним коротко о проекте и некоторых полученных результатах. Заметим, что обработка интерферометрических данных — процесс длительный и трудоемкий. Потребуется еще как минимум пять лет для завершения полноценного анализа и интерпретации накопленного на сегодня объема данных.
«Радиоастрон» — международный космический проект фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Используется метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами с помощью космического радиотелескопа, смонтированного на российском космическом аппарате «Спектр-Р», и наземных радиотелескопов многих стран мира. Этот интерферометр позволил ученым получить наивысшее угловое разрешение при исследовании объектов Вселенной в радиодиапазоне. Головная научная организация проекта — Астрокосмический центр ФИАН (Москва).
Рис. 1. Джет активного галактического ядра 3С84. Вверху: источник джета, сверхмассивная черная дыра (Giovannini и др., 2018, Nature Astronomy, 2, 472)
Впервые удалось зарегистрировать экстремально большую яркость квазаров — ядер активных галактик — на расстоянии в миллиарды световых лет, которая в несколько десятков раз превышает теоретически допустимую. Известные сегодня механизмы не позволяют объяснить причины поддержания аномальной яркости. Высказываются следующие предположения.
В ходе изучения активного ядра гигантской эллиптической галактики Персей A с расстояния 230 млн световых лет удалось построить карту релятивистского джета, зарождающегося в окрестностях центральной черной дыры. Изображение получено с беспрецедентным угловым разрешением, позволившим измерить ширину основания джета и исследовать детали структуры размером до 12 световых дней. Угол наблюдения джета — 20°. Оказалось, что струя стартует очень широкой — в несколько сотен гравитационных радиусов. В результате впервые получены доказательства механизма «запуска» джета, за который ответственен аккреционный диск вокруг черной дыры, а не сама дыра (рис. 1).
Рис. 2. Изображение BL Lac. Контурами представлено изображение в полном потоке, палочки показывают направление линейной поляризации, цветом выделена величина фарадеевского вращения. Обратите внимание на градиент фарадеевского вращения в начале струи, позволивший однозначно восстановить структуру магнитного поля (Gomez и др., 2016, ApJ, 817, 96)
Магнитное поле играет ключевую роль в процессе формирования джетов в активных галактиках. Поэтому важно восстановить структуру магнитного поля в основании джетов. Это делается при помощи измерений направления электрического вектора линейной поляризации и фарадеевского вращения. Поляризационное картографирование в проекте «Радиоастрон» на длине волны 1,3 см с экстремальным угловым разрешением позволило выяснить, что магнитное поле имеет тороидальную форму. Оно работает как магнитная пружина, выталкивая плазму наружу (рис. 2).
Высокое угловое разрешение наземно-космического интерферометра позволило разглядеть поперечную структуру плазменных выбросов во многих активных галактиках. Обнаружены следы распространяющихся по плазме волн нестабильности. Моделирование полученных изображений выделило нестабильность типа Кельвина — Гельмгольца. На рис. 3 представлено самое начало выброса плазмы в квазаре 0836+71, наблюдаемом под углом в 3°. Оранжевым цветом показано начало джета, как его видит наземный интерферометр, синими контурами — результат работы «Радиоастрона».
В области звездообразования Цефей А, находящейся на расстоянии около 2 тыс. световых лет от Земли, впервые удалось разглядеть мельчайшие, сравнимые по размеру с Солнцем, источники мазерного излучения водяного пара. Предполагается, что эти мазеры связаны с турбулентными вихрями в потоке газа от формирующейся массивной звезды.
Рис. 3. Джет блазара 0836+71, движущийся на нас с отклонением 3°. Цветом показана карта, снятая наземным радиоинтерферометром, синими контурами — карта «Радиоастрона». На правой панели тот же источник, что и на левой (верхнее пятно), но на более высокой частоте и в большем масштабе (Vega-Garcia и др., 2019, A&A)
Рис. 4. Результат рассеяния радиоволн на неоднородностях межзвездной среды (Johnson и др., 2016, ApJ, 820, L10)
В процессе изучения пульсаров, а позже квазаров и центра нашей Галактики удалось обнаружить новый эффект рассеяния радиоволн в межзвездных облаках плазмы. Эффект, названный субструктурой рассеяния, мешает прямому наблюдению космических объектов, внося искажение в их изображения. Он проявляет себя как мелкие точки, появляющиеся на фоне рассеянного изображения (рис. 4). Зато субструктура рассеяния позволяет определять структуру, плотность и характеристики турбулентности межзвездного пространства между Землей и наблюдаемыми радиоисточниками. Более того, разрабатывается процедура исправления изображения космического объекта, «испорченного» данным эффектом. Это важно для исследования компактного объекта в центре нашей Галактики.
Наличие на борту «Радиоастрона» работающего сверхстабильного водородного стандарта в течение первых шести лет полета позволило провести десятки экспериментов по измерению эффекта гравитационного замедления времени и тем самым осуществить проверку эйнштейновского принципа эквивалентности и общей теории относительности. Анализ данных продолжается, по результатам их частичной обработки уже достигнута точность на уровне эталонного эксперимента Gravity Probe A (0,01%).