«Спектр-РГ» («Спектр-Рентген-Гамма», «СРГ», SRG) — российско-немецкая орбитальная астрофизическая обсерватория (проект Роскосмоса и DLR), предназначенная для построения полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне энергий килоэлектронвольт (кэВ). Она состоит из двух рентгеновских телескопов: немецкого eROSITA, работающего в мягком рентгеновском диапазоне, и российского ART-XC имени М. Н. Павлинского, работающего в жёстком рентгеновском диапазоне. Первый российский (в том числе с учётом советского периода) телескоп с оптикой косого падения.
Аббревиатура «РГ» происходит от словосочетания «рентген-гамма», так как изначально планировалось разместить на аппарате ещё и детектор гамма-всплесков, но впоследствии от этих планов отказались (однако обсерватория все же оказалась в состоянии фиксировать немногочисленные гамма-всплески при помощи рентгеновского телескопа ART-XC).
Запуск обсерватории осуществлён 13 июля 2019 года; окрестностей точки Лагранжа L2 системы «Солнце—Земля» аппарат достиг 21 октября 2019 года. Обсерватория обращается по гало-орбите с периодом 6 месяцев вокруг точки Лагранжа L2 по орбите радиусом до 400 тыс. км, плоскость которой перпендикулярна прямой, соединяющей эту точку с Солнцем; и стала первым российским аппаратом в окрестностях точки либрации.
По состоянию на 2019 год «Спектр-РГ» — это одна из лучших рентгеновских обсерваторий на ближайшие 10—15 лет (запуск европейской ATHENA произойдёт не ранее 2031 года). В отличие от предыдущих рентгеновских космических телескопов, поле зрения которых очень ограничено, «Спектр-РГ» будет способен сделать полный обзор неба с рекордной чувствительностью.
Это второй из четырёх аппаратов серии «Спектр». Первый — запущенный 18 июля 2011 года «Спектр-Р» (Радиоастрон), третий — разрабатываемый «Спектр-УФ», четвёртый — разрабатываемый «Спектр-М» (Миллиметрон).
26 февраля 2022 года, в связи со вторжением России на Украину, следуя рекомендации приостановить сотрудничество с Россией, телескоп eROSITA был переведён в «безопасный режим». В связи с этим текущая программа наблюдений обсерватории «Спектр-РГ» претерпела некоторые изменения: российский телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского начал наблюдения наиболее интересных областей неба, которые ранее были запланированы на постобзорный период наблюдения.
Задачи
Основной задачей обсерватории является обзор всего неба в рентгеновском диапазоне для построения широкомасштабной карты Вселенной. Всего в проекте заняты 10 научных групп со своими задачами, начиная от Солнечной системы, звёзд в наших окрестностях и дальше по расстоянию, пока хватает чувствительности телескопов.
Самый значимый и единственный полноценный обзор в мягком рентгеновском диапазоне был ранее проведён немецким спутником ROSAT, действовавшим с 1990 по 1998 годы. Его основной прибор работал на энергиях от 0,1 до 2,4 кэВ (длины волны от 12 до 0,5 нанометра), что позволило составить каталог 2RXS, куда попало 120137 объектов (из них — 6147 не подтверждены (погрешности детекторов телескопа); Томас Боллер, 2015) с потоками порядка 10−13 эрг/с·см² и выше. Телескоп же eROSITA обсерватории «Спектр-РГ» примерно в 30—40 раз чувствительнее ROSAT.
Благодаря телескопу ART-XC будет впервые проведён полный обзор всего неба в диапазоне энергий 4—12 кэВ.
Один из главных вопросов, на который должен ответить «Спектр-РГ», — как проходила эволюция галактик. Для этого планируется изучение 100 тысяч скоплений галактик, 3 млн новых активных ядер галактик (сверхмассивных чёрных дыр), 500 тысяч звёзд, излучающих в рентгеновском диапазоне, и более чем 100 тысяч белых карликов.
Z До «Спектра-РГ» Предполагаемые результаты «Спектра-РГ» Скопления галактик с массой больше 1014 масс Солнца ~3 10 000 ~80 000 Скопления галактик с массой больше 3·1014 масс Солнца ~2 ~8 002 Скопления галактик с массой больше 1015 масс Солнца ~1 ~50 TDE — 100—1000 в год
Таким образом, «Спектр-РГ» построит полную карту Вселенной в рентгеновском диапазоне, которой, по словам научного руководителя миссии, академика Р. А. Сюняева, научный мир будет пользоваться не менее 15—20 лет. Точность этой карты будет превышать точность имеющихся карт.
Полная научная программа займёт 6,5 лет: 4 года — широкий обзор всего неба, 2,5 года — точечный обзор отдельных галактик (изначально срок составлял 3 года, но из-за многочисленных переносов пуска аппарата срок сократили на полгода).
Данные для обработки со «Спектра-РГ» распределяются между российским ИКИ РАН и немецким Институтом внеземной физики Общества Макса Планка. Немецкая сторона получает на обработку 50 % данных от eROSITA, Российская сторона получает 50 % данных от eROSITA и 100 % — от ART-XC. Доступ к данным от ART-XC о небольшом участке неба (порядка 0,5 %), расположенном вокруг северного полюса эклиптики, получат США за предоставленную скидку на зеркала для ART-XC.
Первые результаты обработки данных станут доступны научному сообществу спустя 2 года после начала исследований, полностью они будут доступны через 6 лет.
Солнечная система Высочайшая чувствительность eROSITA в мягком рентгеновском диапазоне и отличное энергетическое разрешение делают обсерваторию важнейшим источником информации о горячей плазме в Солнечной системе.
Исследование рентгеновского излучения из области взаимодействия кометы с солнечным ветром даёт мощный инструмент для исследования солнечного ветра и вещества в кометах. За 4 года обзора естественное перемещение комет внутри Солнечной системы позволит восстановить трёхмерную картину солнечного ветра и в деталях исследовать его состав.
Также будет изучаться взаимодействие атмосфер всех планет, начиная с Марса, с солнечным ветром.
В апреле 2026 года был предложен план исследовательского полёта к астероиду (99942) Апофис.
Млечный Путь Чувствительность «Спектра-РГ» достаточна для полного обзора нашей Галактики.
В обзор попадут рентгеновский хребет, Стрелец A*, сотни тысяч коронально активных звёзд, будут десятки, сотни или даже тысячи катаклизмических переменных. Будет проведена перепись всех двойных систем, где компактный объект — нейтронная звезда, чёрная дыра или белый карлик. Соответственно, будет зарегистрирована переменность объектов, транзиентные (нерегулярно-переменные) источники.
Могут наблюдаться приливные разрушения звёзд чёрными дырами, которые будут видны в качестве вспышек в рентгеновском диапазоне. Оценки показывают, что таких событий будет несколько сотен в год.
Отдельный интерес представляет возможность открытия одиночных аккрецирующих нейтронных звёзд в целях понимания того, как они живут и эволюционируют. Таких объектов в нашей Галактике должно быть примерно миллиард. В настоящее время для изучения доступны лишь молодые нейтронные звёзды или старые, но в двойных системах.
Переменные источники Многие рентгеновские источники, в частности активные ядра галактик, нейтронные звёзды, сверхновые и гамма-всплески, демонстрируют сильную переменность потока излучения. Эта переменность является важнейшим фактором для понимания физических процессов вблизи чёрных дыр и других компактных объектов.
Скопления галактик По скоплениям галактик запланированная чувствительность составит приблизительно в диапазоне энергий 0,5—2 КэВ. В скоплениях галактик доля тёмной материи в общей массе составляет около 80 %, что делает скопления удобным объектом для изучения её свойств.
Массивные скопления галактик чрезвычайно чувствительны к свойствам тёмной энергии. Чувствительность eROSITA к рентгеновскому излучению газа скоплений галактик столь высока, что позволит ему детектировать скопления вплоть до красного смещения ~2. Общее число открываемых скоплений на всём небе оценивается примерно в 100 тысяч, в том числе ожидается, что eROSITA откроет все скопления во Вселенной с массой, превышающей 3×1014 масс Солнца. Эти данные позволят исследовать эволюцию тёмной материи и, в частности, узнать, как собиралось и развивалось вещество около неоднородностей тёмной материи. Это важно для космологии и поисков тёмной материи.
Ожидается, что наблюдения открываемых «Спектром-РГ» скоплений галактик приведут к обнаружению десятков тысяч гравитационных линз.
Активные ядра галактик Активные ядра галактик (АЯГ) скрыты от наблюдений в мягком рентгеновском диапазоне пылевым облаком, но видны в жёстком рентгеновском диапазоне, с которым работает телескоп ART-XC.
Интерес к этим источникам связан с вопросом о возникновении и эволюции сверхмассивных чёрных дыр и их влиянию на галактики. Рентгеновский диапазон в поиске таких источников играет важнейшую роль, так как именно в этом диапазоне проще всего отличить АЯГ от излучения самих галактик. Чувствительность «Спектра-РГ» такова, что около 3 миллионов АЯГ должно быть найдено в обзоре всего неба. Столь большое число объектов означает, что эволюция всех типов АЯГ может быть прослежена с момента, когда возраст Вселенной составлял 5—10 % от сегодняшнего, вплоть до наших дней. Более того, пространственное распределение АЯГ на разных красных смещениях является важным индикатором темпа расширения Вселенной.
Считается, что в распределении крупномасштабной структуры должны присутствовать барионные акустические осцилляции. Определив по выборке из 3 миллионов АЯГ угловой размер таких осцилляций, возможно получить космологический тест на геометрию Вселенной.
Навигатор «Астро-ГЛОНАСС» На основе карты Вселенной, которая будет построена «Спектром-РГ», Россия планирует разработать «Астро-ГЛОНАСС» — систему ориентации (навигатор) по пульсарам для путешествий в космосе, которая любому аппарату покажет с высочайшей точностью его местоположение. Также предполагается, что «Астро-ГЛОНАСС» станет навигатором для аппаратов лунной программы РФ, а также для миссий, которые отправятся в дальний космос.
8 июня 2020 года ИКИ РАН совместно с НПО им. Лавочкина и Баллистическим центром Института прикладной математики РАН объявили о начале разработки системы рентгеновской навигации — автономной системы навигации космических аппаратов по сигналам рентгеновских пульсаров. «Спектр-РГ» на практике показал, что приемлемые навигационные параметры спутника можно получать, используя только данные измерений пульсаров.
Участники проекта Россия Роскосмос НПО им. Лавочкина ИКИ РАН РФЯЦ-ВНИИЭФ Научный руководитель проекта: Р. А. Сюняев, академик РАН. Научный руководитель телескопа ART-XC и заместитель научного руководителя проекта: Михаил Павлинский, заместитель директора ИКИ РАН.
После преждевременной кончины М.Н.Павлинского в июле 2020 г., научным руководителем телескопа ART-XC стал А. А. Лутовинов, заместитель директора по научной работе ИКИ РАН, а телескопу ART-XC решено присвоить имя Михаила Павлинского.
Германия Германское космическое агентство Институт внеземной физики Общества Макса Планка Институт астрономии и астрофизики, университет Тюбингена Потсдамский астрофизический институт Гамбургская обсерватория Обсерватория им. Карла Ремайса Научный руководитель программы телескопа eROSITA — доктор Петер Прёдель.
История программы
Начало проекта Концепция проекта была сформирована ещё в 1987 году совместно учёными СССР, Финляндии, ГДР, Дании, Италии и Великобритании. Предполагалось, что на обсерватории будет установлен рентгеновский телескоп с оптикой косого падения и большой площадью детекторов. В 1988 году проектирование аппарата было поручено НПО им. Лавочкина под координацией Института космических исследований АН СССР.
«Тяжёлый вариант» (1987—2002)