«Спектр-РГ»: обнаружено больше двух миллионов новых объектов, и это не предел
«Спектр-РГ» — это проект Федеральной космической программы с участием Германии. В его рамках была создана уникальная космическая обсерватория, на которой установлены два телескопа — российский ART-XC им. Михаила Павлинского и немецкий eROSITA. Их задачей стало создание карты видимой Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения. Обсерватория была выведена на орбиту в июле 2019 года и находится в полете уже 740 дней. Российский астрофизик, заместитель директора Института космических исследований (ИКИ РАН) Александр Анатольевич Лутовинов рассказал о первых результатах сканирования космоса и планах на будущее. Материал подготовлен в рамках специального проекта Российской академии наук и издания InScience.News.— Александр Анатольевич, расскажите о результатах последнего обзора Спектра-РГ?— Можно, конечно, говорить о результатах каждого отдельного обзора, но идея состоит в том, чтобы сделать много обзоров. Всего их запланировано восемь, и есть несколько причин, для чего это сделано. Во-первых, с каждым разом мы улучшаем чувствительность и углубляемся в просторы Вселенной. Чем больше мы смотрим в какую-то точку, тем больше набираем экспозицию, и тем больше шансов зарегистрировать оттуда фотоны и слабые источники. Сейчас Спектр-РГ провел свой третий обзор, который улучшил глубину всей нашей карты Вселенной.Также благодаря нескольким обзорам мы можем отслеживать переменные процессы, которые происходят во Вселенной. Например, могла вспыхнуть какая-то новая черная дыра или нейтронная звезда в галактике. Или, например, могло произойти приливное разрушение звезды сверхмассивной черной дырой. Такие процессы, как правило, длятся несколько месяцев, и есть возможность их отслеживания и наблюдения другими обсерваториями. Что-то в космосе изменилось, а дальше нужно смотреть, что стало причиной этих изменений, какова физика процессов. Как раз в результате последнего обзора было зарегистрировано несколько новых источников, природу которых мы сейчас изучаем.ИКИ РАН— Как обслуживается такая орбитальная обсерватория?— Обсерватория состоит из платформы «Навигатор» производства НПО им. С.А. Лавочкина, на которой стоят два телескопа — российский и немецкий. Они смотрят примерно в одну точку и сканируют одну область неба. Есть программа обзора на определенный период времени, и обсерватория работает по этой программе, сканируя заданные области неба, при этом медленно поворачиваясь за Солнцем. Раз в сутки полученные данные сбрасываются на большие наземные антенны.Такие антенны находятся в Медвежьих Озерах в Московской области и в Уссурийске — по 64 и 70 метров, соответственно. Оттуда же передаются управляющие команды, которые выполняются обсерваторией. На Байконуре тоже есть небольшая передающая антенна. Ну и конечно, в НПО имени С.А. Лавочкина находятся люди, которые управляют аппаратом и отвечают за его баллистико-навигационное обеспечение и функционирование.— Главный идеолог проекта Рашид Алиевич Сюняев в 2017 году предполагал, что в ходе сканирования обнаружится по меньшей мере три миллиона сверхмассивных черных дыр. Сколько на данный момент удалось найти?— Действительно, такие оценки были. Но, судя по уже имеющимся данным, их будет больше. Уже после первого обзора нашли примерно миллион источников. Сейчас у нас уже есть результаты трех обзоров, в которых суммарно обнаружено более двух миллионов объектов. Но надо понимать, что не все, что мы находим — сверхмассивные черные дыры.— О чем говорят полученные вами данные?— Для того, чтобы сделать глобальные выводы о строении Вселенной и физических процессах в ней, нужно провести очень серьезный анализ этих миллионов объектов. От того, что вы знаете, что это черная дыра, легче жить не становится. Нужно понять, на каком расстоянии она находится, оценить ее энергетику, светимость, массу. Это достаточно сложная задача из-за необходимого объема работ. Нужно провести оптические наблюдения, которые помогли бы определить расстояние до нее, измерить спектры. Поэтому для такого анализа больших объемов данных хорошо подходит машинное обучение.У нас есть целая группа молодых ребят под руководством Александра Мещерякова. Они учат программу понимать, что за объект перед ней, является ли он потенциальной сверхмассивной черной дырой или нет. Сначала программе нужно отобрать из нескольких миллионов объектов, видимых в оптике, те, которые коррелируют по положению с объектами Спектр-РГ. Затем выбрать потенциальные объекты, которые могут быть сверхмассивными черными дырами и даже примерно оценить расстояние, на котором они находятся, даже не проводя оптических наблюдений, а только основываясь на имеющихся каталогах. И уже потом проводить спектроскопические наблюдения наиболее интересных объектов, например, наиболее далеких квазаров.ИКИ РАН— Рашид Алиевич в 2017 году также говорил, что один из телескопов СРГ — российский ART-XC — является первым телескопом косого падения, созданным в России. Что изменилось в этой сфере за четыре года? Появились ли новые разработки?— Телескоп ART-XC теперь называется ART-XC имени Михаила Павлинского. Михаил Павлинский был заместителем директора нашего института, и он являлся создателем этого телескопа. Конечно, то, что было сделано под его руководством, создание первого российского зеркального телескопа, работающего по принципу оптики косого падения — это гигантский шаг в космическом приборостроении. Потому что раньше такого в России в принципе не было. В частности, не было рентгеновской металлооптики, которая является ключевой частью таких телескопов, а теперь ее освоили наши коллеги из Российского федерального ядерного центра в г. Саров.Второй момент. Образно говоря, если зеркала — это глаза телескопа, то его сердце — это детектор. Космических полупроводниковых детекторов такого класса тоже в России не было. И они впервые были придуманы, разработаны и созданы в Институте космических исследований под руководством Василия Левина. И это тоже конечно огромный шаг вперед. В конце 2016 году мы закончили сборку телескопа, и он был поставлен на платформу «Навигатор» в НПО имени С.А. Лавочкина.За прошедшие с тех пор четыре года мы не стояли на месте и значительно продвинулись в развитии технологий производства рентгеновских зеркал и создании рентгеновских детекторов. Например, сейчас у нас есть наработки новых детекторов на основе кремния. Они получаются более чувствительными, быстродействующими и с замечательным спектральным разрешением. Мы научились делать специализированные большие микросхемы, которые позволяют все это быстро обрабатывать. С точки зрения детекторов мы готовы прямо сейчас создавать новые инструменты для будущих миссий.— А что насчет немецкого телескопа? Он все еще считается лучшим в Европе?— Говорить лучший или худший не совсем корректно. Все рентгеновские телескопы в какой-то мере похожи, но они немного для разных задач предназначены. Для того чтобы сделать обзор, вам нужно иметь достаточно широкое поле зрения и высокую чувствительность. Телескоп eROSITA сочетает в себе и то, и другое. Поэтому с точки зрения обзорных инструментов для построения карт больших площадей с высокой чувствительностью он, безусловно, не имеет конкурентов.— Снова возвращаясь к словам Рашида Алиевича Сюняева. Он говорил, что в планах дальнейших исследований есть изучение темной энергии, темного вещества и другое. Есть ли в разработке проекты в этих направлениях?— Да, мы надеемся, что результаты обсерватории Спектр-РГ смогут дать необходимую информацию, чтобы продвинуться в нашем понимании устройства Вселенной и роли в этом темной энергии и темной материи.Что касается других проектов, то в 2025 году в России должен запуститься третий проект из серии «Спектров». Это «Спектр-УФ» для исследования неба в ультрафиолетовых лучах. Также готовится проект «Миллиметрон» (Спектр-М) для исследования Вселенной в суб-миллиметрах, в том числе далекой Вселенной, квазаров, объектов, галактик и прочее. Есть проект «Гамма-400», одной из задач которого является поиск темной материи.Как я сказал выше, мы сейчас активно работаем над развитием технологий, которые были разработаны в рамках проекта Спектр-РГ, чтобы сделать инструмент, который позволил бы нам на качественно новом уровне исследовать с высокой точностью галактические рентгеновские источники – черные дыры, белые карлики, нейтронные звезды. Например, состав и строение последних, да и вообще сами по себе эти объекты являются одной из загадок астрофизики наряду с темной материей и темной энергией. При этом мы хотим разработать и сделать инструмент, который позволит не только существенно продвинуться в этом направлении, но при этом мог бы решать и сугубо практические задачи. То есть, мы смогли бы одновременно смотреть на быстровращающиеся нейтронные звезды и — с одной стороны — углубляться в фундаментальную физику, а с другой стороны, решать прикладные задачи, например, связанные с обеспечением в ближнем и дальнем космосе независимой навигации космических аппаратов.
