Спектрометр «Спектр-РГ

Спектр-РГ (Спектр-Рентген-Гамма, также известен как SRG) — российско-немецкая орбитальная астрофизическая обсерватория, предназначенная для изучения Вселенной в рентгеновском и гамма-диапазонах электромагнитного спектра. Запущенная 13 июля 2019 года с космодрома Байконур, она является одной из крупнейших космических миссий современности, направленной на создание полной карты неба в рентгеновских лучах с высокой чувствительностью.

История создания

Проект «Спектр-РГ» берёт начало в 1980-х годах, когда в СССР разрабатывалась программа «Спектр» для изучения космических источников излучения. Первоначально планировалось создание нескольких обсерваторий, но из-за экономических трудностей и распада СССР проект неоднократно откладывался. В 2000-х годах проект был возобновлён с участием международных партнёров, в первую очередь Германии. В 2009 году было подписано соглашение между Роскосмосом и Немецким аэрокосмическим центром (DLR) о совместной реализации миссии.

Основная научная программа была разработана Институтом космических исследований РАН (ИКИ РАН) и Институтом внеземной физики Общества Макса Планка (MPE) в Германии. Создание обсерватории велось в НПО имени Лавочкина (г. Химки, Московская область). Из-за технических сложностей и санкционных ограничений запуск переносился несколько раз, пока не состоялся в 2019 году.

Устройство и характеристики

Обсерватория «Спектр-РГ» состоит из космического аппарата «Навигатор» (разработка НПО имени Лавочкина) и двух основных научных инструментов: российского телескопа ART-XC и немецкого телескопа eROSITA.

Космический аппарат «Навигатор»

Платформа «Навигатор» обеспечивает электропитание, ориентацию, терморегуляцию и связь с Землёй. Масса обсерватории на старте составляла около 2710 кг, из которых 800 кг приходилось на научную аппаратуру. Аппарат выведен на гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля, что позволяет ему находиться в стабильных тепловых условиях и избегать помех от Земли и Луны.

Телескоп ART-XC

ART-XC (Astronomical Roentgen Telescope — X-ray Concentrator) — российский рентгеновский телескоп, разработанный ИКИ РАН совместно с ВНИИА им. Духова (г. Москва) и другими организациями. Он работает в диапазоне энергий 4–30 кэВ (жёсткий рентген). Телескоп состоит из семи модулей, каждый из которых включает зеркальную систему Вольтера-1 (конические зеркала из никеля) и детектор на основе кадмий-теллурида (CdTe). ART-XC способен регистрировать источники с высокой энергией, в том числе пульсары, остатки сверхновых и активные ядра галактик.

Телескоп eROSITA

eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array) — немецкий рентгеновский телескоп, созданный MPE. Он работает в мягком рентгеновском диапазоне (0,3–10 кэВ) и состоит из семи зеркальных модулей с фокусным расстоянием 1,6 метра. Каждый модуль оснащён ПЗС-матрицей (MOS CCD) с высокой чувствительностью. eROSITA обеспечивает беспрецедентную для рентгеновской астрономии угловую разрешающую способность (около 15 угловых секунд) и чувствительность, позволяющую обнаруживать слабые источники.

Научные задачи

Основная миссия «Спектр-РГ» — проведение полного обзора неба в рентгеновском диапазоне с чувствительностью, в десятки раз превышающей предыдущие обзоры (например, обзор ROSAT 1990-х годов). Ключевые задачи включают:

• Создание карты Вселенной — регистрация миллионов рентгеновских источников, включая активные ядра галактик, скопления галактик, звёзды и остатки сверхновых.
• Изучение скоплений галактик — обнаружение и каталогизация тысяч скоплений, что позволяет исследовать крупномасштабную структуру Вселенной и тёмную материю.
• Поиск чёрных дыр — выявление активных ядер галактик и сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик.
• Исследование звёздной активности — наблюдение за рентгеновским излучением молодых звёзд, двойных систем и пульсаров.
• Космология — проверка моделей эволюции Вселенной и свойств тёмной энергии через анализ распределения скоплений галактик.

Ход миссии

После запуска 13 июля 2019 года обсерватория достигла точки L2 в октябре 2019 года. В декабре 2019 года начался первый полный обзор неба, который должен был занять около 4 лет (8 циклов по 6 месяцев каждый). К концу 2021 года были завершены первые три обзора, в ходе которых обнаружено более 1,5 миллиона рентгеновских источников.

В феврале 2022 года, после начала военного конфликта на Украине, немецкая сторона приостановила участие в проекте. Телескоп eROSITA был переведён в безопасный режим, а его данные перестали передаваться в Германию. Российская сторона продолжила работу с телескопом ART-XC, который остаётся активным. По состоянию на 2024 год обсерватория продолжает выполнять обзоры, хотя научная программа была скорректирована.

Результаты и открытия

За время работы «Спектр-РГ» получены значимые научные результаты:

• Создание каталогов — опубликованы каталоги рентгеновских источников, включая SRG/eROSITA All-Sky Survey, содержащий более 900 000 объектов.
• Открытие новых скоплений галактик — обнаружено несколько сотен ранее неизвестных скоплений, в том числе на больших красных смещениях.
• Изучение чёрных дыр — зарегистрированы десятки тысяч активных ядер галактик, включая редкие типы (например, квазары с высоким красным смещением).
• Наблюдение за галактикой Млечный Путь — получены детальные карты рентгеновского излучения от остатков сверхновых, пульсаров и горячего газа.
• Открытие новых пульсаров — в том числе пульсаров с аномальными периодами и в двойных системах.

Критика и ограничения

Несмотря на успехи, миссия сталкивается с рядом проблем. Основной критикой является зависимость от международного сотрудничества, которое было нарушено в 2022 году. Из-за потери данных eROSITA научная программа сократилась, а полный обзор в мягком рентгене оказался не завершён. Также отмечаются технические сложности с калибровкой данных ART-XC, что снижает точность некоторых измерений. В научном сообществе высказываются опасения, что без участия немецких учёных обработка и интерпретация данных eROSITA могут быть затруднены.

Интересные факты

• «Спектр-РГ» — первая российская космическая обсерватория, работающая в точке Лагранжа L2.
• Телескоп eROSITA изначально создавался для миссии «Спектр-РГ», но его прототип был испытан на борту МКС.
• Обсерватория способна различать объекты с яркостью в 100 раз слабее, чем у предшественника ROSAT.
• В 2023 году данные ART-XC позволили обнаружить новый тип рентгеновских двойных систем с нейтронными звёздами.

Источники

• Институт космических исследований РАН. «Космическая обсерватория «Спектр-РГ»: научные задачи и первые результаты». 2021.
• НПО имени Лавочкина. «Техническое описание космического аппарата «Навигатор» для миссии «Спектр-РГ»». 2019.
• Predehl, P. et al. «The eROSITA X-ray telescope on SRG». Astronomy & Astrophysics, 2021.
• Pavlinsky, M. et al. «ART-XC/SRG: first results from the all-sky survey». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2022.
• Роскосмос. «Миссия «Спектр-РГ»: итоги и перспективы». 2023.