Рентгеновский телескоп «Рентген¶

Рентгеновский телескоп «Рентген» — это космический инструмент, предназначенный для регистрации рентгеновского излучения астрономических объектов, установленный на борту орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ». Разработанный в рамках международного проекта, телескоп является одним из ключевых элементов миссии по созданию полного обзора неба в рентгеновском диапазоне.

¶История создания

Проект космической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма» («Спектр-РГ») был заложен в 1980-х годах в СССР и первоначально предполагал установку нескольких телескопов, включая рентгеновский и гамма-инструменты. Однако после распада Советского Союза реализация проекта была приостановлена. В 2000-х годах проект был возобновлён с участием Германии, и в 2014 году было принято окончательное решение о создании обсерватории с двумя основными телескопами: немецким eROSITA (организация, признанная нежелательной в РФ) и российским «Рентген» (ART-XC — Astronomical Roentgen Telescope — X-ray Concentrator).

Разработка телескопа «Рентген» велась в Институте космических исследований (ИКИ) РАН при участии предприятий Роскосмоса и научных организаций. Основной задачей инструмента стало обеспечение независимого обзора неба в жёстком рентгеновском диапазоне (4–30 кэВ), дополняющего наблюдения телескопа eROSITA в мягком рентгеновском диапазоне (0,3–10 кэВ). Запуск обсерватории «Спектр-РГ» состоялся 13 июля 2019 года с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя «Протон-М». Телескоп «Рентген» был включён в состав полезной нагрузки и успешно введён в эксплуатацию.

¶Устройство и принцип работы

Телескоп «Рентген» представляет собой рентгеновский телескоп с косым падением излучения, использующий систему зеркал Вольтера I типа. В отличие от телескопов мягкого рентгеновского диапазона, работающих с отражением под малыми углами, «Рентген» предназначен для регистрации более жёстких фотонов.

¶Конструктивные особенности

• Зеркальная система: состоит из семи модулей, каждый из которых включает 28 конических зеркальных поверхностей, изготовленных из никеля. Зеркала имеют специальное покрытие (иридий или платина) для повышения отражательной способности в жёстком рентгеновском диапазоне.
• Детектор: в качестве регистрирующего устройства используется матрица из кадмий-теллуридных (CdTe) полупроводниковых детекторов, работающих при температуре около -30°C. Детектор обеспечивает высокое энергетическое разрешение (около 1 кэВ на энергии 6 кэВ) и чувствительность в диапазоне 4–30 кэВ.
• Оптика: фокусное расстояние телескопа составляет около 2,5 метра. Угловое разрешение — около 30 угловых секунд, что позволяет различать отдельные источники в плотных звёздных полях.
• Защита: телескоп оснащён активной и пассивной защитой от фонового излучения, включая свинцовые экраны и антисовпадательную систему.

¶Принцип работы

Рентгеновское излучение от астрономических объектов попадает на зеркала, которые фокусируют его на детектор. Из-за высокой энергии фотонов (4–30 кэВ) отражение происходит только при очень малых углах скольжения (менее 1 градуса). Каждый модуль телескопа работает независимо, собирая излучение с площади около 0,5 квадратных метров. Детектор преобразует фотоны в электрические сигналы, которые затем обрабатываются бортовой электроникой и передаются на Землю для построения изображений и спектров.

¶Научные задачи

Телескоп «Рентген» выполняет несколько ключевых научных программ:

• Обзор всего неба: совместно с телескопом eROSITA (организация признана нежелательной в РФ) «Рентген» проводит многократный обзор небесной сферы в рентгеновском диапазоне. Ожидается, что будет обнаружено до 3 миллионов активных ядер галактик, 100 000 скоплений галактик и 500 000 звёзд с активными коронами.
• Изучение компактных объектов: телескоп чувствителен к излучению нейтронных звёзд, чёрных дыр (в том числе сверхмассивных) и белых карликов в двойных системах. Жёсткий рентгеновский диапазон позволяет наблюдать аккреционные процессы вблизи горизонта событий.
• Поиск транзиентов: «Рентген» способен регистрировать кратковременные вспышки, такие как гамма-всплески, вспышки сверхновых и приливные разрушения звёзд чёрными дырами.
• Космология: данные телескопа используются для построения карт крупномасштабной структуры Вселенной, изучения распределения тёмной материи и эволюции скоплений галактик.

¶Эксплуатация и результаты

После запуска обсерватории «Спектр-РГ» телескоп «Рентген» прошёл этап калибровки и ввода в строй. Первые научные данные были получены в 2020 году. В феврале 2022 года, в связи с изменением геополитической ситуации, немецкая сторона приостановила работу телескопа eROSITA (организация признана нежелательной в РФ), однако российский телескоп «Рентген» продолжил наблюдения в автономном режиме.

Ключевые достижения телескопа «Рентген» включают:

• Каталоги источников: опубликованы каталоги рентгеновских источников, включающие десятки тысяч объектов, в том числе ранее неизвестные активные ядра галактик и двойные системы.
• Обнаружение новых транзиентов: зарегистрированы десятки вспышек сверхновых и гамма-всплесков, в том числе событие GRB 221009A — один из самых ярких гамма-всплесков за всю историю наблюдений.
• Изучение скоплений галактик: получены данные о горячем газе в скоплениях, что позволило уточнить оценки массы и расстояния до этих объектов.
• Мониторинг переменных источников: телескоп ведёт регулярные наблюдения за активными ядрами галактик, пульсарами и другими переменными объектами, что помогает изучать их долговременную эволюцию.

¶Технические характеристики

¶Значение для науки

Телескоп «Рентген» является единственным действующим российским космическим инструментом для наблюдений в жёстком рентгеновском диапазоне. Его данные используются астрофизиками по всему миру для изучения самых экстремальных объектов Вселенной. В отличие от телескопов мягкого рентгеновского диапазона, «Рентген» способен проникать сквозь плотные облака пыли и газа, что позволяет наблюдать активные ядра галактик, скрытые в оптическом диапазоне.

После завершения миссии «Спектр-РГ» планируется использование накопленных данных для построения долгосрочных каталогов и архивов, которые будут доступны научному сообществу. Телескоп «Рентген» также служит основой для разработки будущих российских рентгеновских телескопов, в том числе в рамках проекта «Спектр-УФ».

¶Источники

• Институт космических исследований РАН. «Космический аппарат „Спектр-РГ“». Техническая документация.
• Pavlinsky M. et al. «ART-XC: the X-ray telescope aboard the Spectrum-RG mission». Astronomy & Astrophysics, 2021.
• Sunyaev R. et al. «SRG/eROSITA and ART-XC: first results». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2020.
• Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос». «Миссия „Спектр-РГ“: итоги и перспективы». 2023.