Российская космическая обсерватория «Спектр-РГ»

Время в полёте: 103 дня 5 часов 50 минут

Обзор всего неба космической обсерваторией «Спектр-РГ» станет новым шагом в рентгеновской астрономии, история которой насчитывает более 55 лет. «Спектр-РГ» — российский проект с германским участием по созданию орбитальной обсерватории в окрестности либрационной точки L2 системы «Солнце — Земля» для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения.

Проект «Спектр-РГ» предполагает создание национальной обсерватории астрофизики высоких энергий, продолжающей последовательность астрофизических спутников «Астрон» и «Гранат», разработанных в НПО Лавочкина. Аппарат строится по модульному принципу, обладает хорошими характеристиками ориентации и стабилизации, что позволяет в течение года наблюдать практически всю небесную сферу.

Проведение астрофизических исследований запланировано в течение 6,5 лет, из которых 4 года — в режиме сканирования звездного неба, а 2,5 года — в режиме точечного наблюдения объектов во Вселенной по заявкам мирового научного сообщества.

Ожидаемые результаты:

Обнаружение около ста тысяч массивных скоплений галактик (фактически всех подобных объектов в наблюдаемой части Вселенной), около 3 млн сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик, сотен тысяч звезд с активными коронами и аккрецирующих белых карликов, десятков тысяч звездообразующих галактик и многих других объектов, в том числе неизвестной природы, а также детальное исследование свойств горячей межзвездной и межгалактической плазмы.

Основные задачи:

• изучение переменности излучения сверхмассивных черных дыр;
• наблюдение источников со слабой рентгеновской светимостью;
• исследование гамма-всплесков и их рентгеновских послесвечений;
• наблюдение вспышек сверхновых звезд с исследованием их эволюции;
• изучение черных дыр и нейтронных звезд;
• измерение расстояний и скоростей пульсаров;
• одновременное наблюдение в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах;
• исследование диффузных объектов, близких галактик как в рентгеновском, так и ультрафиолетовом диапазонах;
• локализация жесткого рентгеновского излучения от протяженных объектов;
• исследование формы спектра активных галактических ядер.

Научная аппаратура

Космический аппарат «Спектр-РГ» состоит из базового модуля служебных систем на основе многоцелевого служебного модуля «Навигатор», комплекса научной аппаратуры и адаптера.

Обсерватория включает два уникальных рентгеновских зеркальных телескопа: ART-XC и eROSITA, работающих по принципу рентгеновской оптики косого падения.

Основные характеристики:

ТЕЛЕСКОП ART-XC (Россия)

Телескоп ART-XC расширяет рабочий диапазон энергий телескопа eROSITA в сторону более высоких энергий (вплоть до 30 кэВ). Диапазоны энергий этих телескопов перекрываются, что дает преимущество с точки зрения проведения их калибровок и повышения надежности научных результатов.

Он изготовлен Институтом космических исследований Российской Академии наук совместно с Российским Федеральным ядерным центром (г. Саров, Россия).

Научный руководитель — доктор физ.-мат. наук Михаил Павлинский.

Задачи:

• составление глубокой «карты» всего неба в диапазоне энергий 5–11 кэВ и карты областей полюсов эклиптики в диапазоне энергий 5–30 кэВ. В этом диапазоне поглощение в межзвездной среде меньше влияет на регистрируемый поток излучения по сравнению с более низкими энергиями. В сочетании с хорошим угловым разрешением телескопа это позволит уверенно регистрировать и локализовывать жесткие рентгеновские источники по всему небу;
• получение большой выборки аккрецирующих белых карликов в галактике Млечный Путь, измерение их массы и другие характеристики;
• регистрация транзиентных рентгеновских источников, среди которых могут оказаться объекты новых типов.

Основные характеристики:

ТЕЛЕСКОП eROSITA (Германия)

Прибор eROSITA позволит впервые провести обзор всего неба в диапазоне энергий 0.5-10 кэВ с беспрецедентным спектральным и угловым разрешениями.

Головная организация — Институт внеземной физики Общества им. Макса Планка, Германия. Научный руководитель — доктор Петер Предель.

Задачи:

• проведение обзора неба в диапазоне энергий 0,3-10 кэВ с беспрецедентным спектральным и угловым разрешениями, что позволит ученым провести новые исследования темной материи и объектов во Вселенной;
• обнаружение 3 млн сверхмассивных черных дыр;
• исследование горячей межгалактической среды в 50-100 тыс. скоплений и групп галактик, а также горячего газа в филаментах (плотных узких нитях космического вещества, состоящих из пыли и газов) с целью изучения эволюции космической структуры;
• детальное изучение физики популяций галактических рентгеновских источников, таких как аккрецирующие белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры в двойных системах, остатки вспышек сверхновых, звезды с активными коронами, протозвезды.

Основные характеристики:

КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА «НАВИГАТОР»

Разработана в качестве базового модуля служебных систем с возможностью адаптации под различные полезные нагрузки и рабочие орбиты.

Платформа «Навигатор» прошла летную квалификацию в составе космического аппарата «Спектр-Р» на высокоэллиптической орбите и космических аппаратов серии «Электро-Л» на геостационарной орбите.

Выведение обсерватории на орбиту

• Пуск ракеты-носителя «Протон-М» (изготовитель — ГКНПЦ им. М.В. Хруничева) с разгонным блоком «ДМ-03» (изготовитель — РКК «Энергия») и российской космической обсерваторией «Спектр-РГ» состоялся 13 июля 2019 года в 15:30:57 мск с пусковой установки № 24 площадки № 81 космодрома Байконур.
• Через 9 минут 43 секунды после старта состоялось отделение головного блока (разгонный блок + космический аппарат) от третьей ступени ракеты-носителя.
• Отделение обсерватории «Спектр-РГ» от разгонного блока «ДМ-03» на целевой орбите произошло через 1 час 59 минут 55 секунд после старта.

Рабочая орбита

Программа полета:

• 3 месяца после запуска — перелет в окрестность L2, юстировка, калибровка и тестирование телескопов, пробные астрофизические наблюдения;
• 4 года — проведение обзора всего неба в диапазоне 0,3–11 кэВ;
• 2,5 года — наблюдения в режиме трехосной стабилизации выбранных источников и участков небесной сферы, в том числе в более жестком энергетическом диапазоне до 30 кэВ.

Гало-орбита вокруг внешней точки Лагранжа L2 системы «Солнце — Земля» — на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Период обращения вокруг точки L2 — около 6 месяцев, максимальное удаление от плоскости эклиптики — 400 тыс. км.

Точка L2 удобна для проведения обзоров, вращаясь вокруг оси, которая примерно соответствует направлению на Солнце. Аппарат «Спектр-РГ» сможет провести полный обзор небесной сферы за полгода, при этом Солнце не будет попадать в поля зрения. За 4 года ученые смогут получить данные 8 обзоров всего неба. Но при этом предстоит решить сложную задачу — поддерживать аппарат на орбите, проводя корректирующие маневры.

Наземная поддержка

Для правильного определения расстояния до наблюдаемых рентгеновских источников и их природы необходимы наблюдения в других диапазонах, прежде всего, в оптическом.

С российской стороны наземную поддержку наблюдений обеспечивают следующие телескопы и обсерватории:

• Большой телескоп азимутальный — специальная астрофизическая обсерватория РАН, диаметр главного зеркала — 6 м;
• Кавказская горная обсерватория — государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, диаметр главного зеркала — 2,5 м;
• Российско-турецкий телескоп РТТ-150 — совместное ведение Казанского федерального университета, ИКИ РАН и Турецкой национальной обсерватории ТUG, диаметр главного зеркала — 1,5 м;
• Телескопы АЗТ-33ИК и АЗТ-33ВМ — саянская обсерватория, Институт солнечно-земной физики СО РАН, диаметр главных зеркал — 1,6 м.

С немецкой стороны:

• Широкоугольные телескопы в обсерватории Апачи-Пойнт и в обсерватории Лас-Кампанас, работающие по программе Слоановского цифрового обзора всего неба, диаметр — 2,5 м;
• Телескоп имени Виктора Бланко с камерой DECam — межамериканская обсерватория Серро-Тололо, Чили, диаметр — 4 м;
• Астрономический обзорный телескоп видимого и инфракрасного спектра — собственность Европейской южной обсерватории, расположен в Паранальской обсерватории, Чили, диаметр — 4,1 м;
• Телескоп в обсерватории Ла-Силья, с детектором GROND, проводящим съемку одновременно в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне, диаметр — 2,2 м.

Головные организации:

• с российской стороны по научной полезной нагрузке: ИКИ РАН;
• с российской стороны по наземному и космическому комплексу «Спектр-РГ» (за исключением научной полезной нагрузки): АО «НПО Лавочкина»
• с германской стороны по телескопу eROSITA: MPE

Научный руководитель миссии (Россия): академик Рашид Алиевич Сюняев

Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель

ВИДЕО