Рентгеновская и гамма-астрономия
Как астрономы наблюдают рентгеновские и гамма-лучи из космоса: почему нужны спутники, Chandra, XMM-Newton, Fermi, «Спектр-РГ», XRISM и что в этих лучах видно.
Самые горячие и энергичные объекты Вселенной — газ в миллионы градусов, падающий на чёрные дыры, остатки взорвавшихся звёзд, нейтронные звёзды — излучают в рентгеновских и гамма-лучах. Эти лучи земная атмосфера не пропускает, поэтому рентгеновская астрономия появилась только в космическую эпоху («Свет и спектры»).
Почему нужны спутники
Атмосфера поглощает рентгеновское и гамма-излучение, и до земли оно не доходит. Приборы приходится поднимать на ракетах, баллонах и спутниках. Первый внесолнечный источник рентгена, Скорпион X-1, обнаружили в 1962 году с помощью ракеты Aerobee группа Риккардо Джаккони; в 2002 году он получил за это Нобелевскую премию по физике. Первый специализированный рентгеновский спутник Uhuru вышел на орбиту в декабре 1970 года.
Рентгеновские лучи нельзя собрать обычными зеркалами: они проходят насквозь. Поэтому используют зеркала скользящего падения — лучи едва касаются поверхности под очень малым углом, как камешек по воде.
Главные обсерватории
- Chandra (NASA) — запущена в июле 1999 года шаттлом «Колумбия». Даёт самые резкие рентгеновские изображения, угловое разрешение около 0,5 угловой секунды. Летает по сильно вытянутой орбите, поднимаясь на высоту около 139 тысяч километров.
- XMM-Newton (ESA) — запущена в декабре 1999 года; отличается очень большой площадью зеркал и чувствительностью.
- Swift (NASA, 2004) и Fermi (NASA, 2008) — следят за гамма-всплесками и гамма-излучением всего неба.
- «Спектр-РГ» (Россия и Германия) — запущена в июле 2019 года ракетой «Протон-М» с Байконура в точку L2. Её телескопы: российский ART-XC и немецкий eROSITA. eROSITA успел завершить четыре из восьми запланированных обзоров всего неба, и работа была приостановлена в феврале 2022 года; российский ART-XC продолжил наблюдения.
- XRISM (Япония и NASA, сентябрь 2023) — измеряет рентгеновские спектры с очень высоким разрешением и определяет состав и движение горячего газа.
- Einstein Probe (Китай совместно с ESA и другими, 2024) — широкоугольный обзор рентгеновских вспышек.
Что в этих лучах видно
- Горячий газ в скоплениях галактик, температура которого достигает десятков миллионов градусов: его масса больше, чем у всех звёзд скопления вместе.
- Вещество, падающее на чёрные дыры: диски вокруг звёздных и сверхмассивных чёрных дыр и квазары («Чёрные дыры»).
- Остатки сверхновых и нейтронные звёзды: ударные волны от взрывов нагревают газ до миллионов градусов.
- Двойные системы, где звезда отдаёт вещество компактному объекту («Двойные звёзды»).
- Корона Солнца и вспышки. Солнце в рентгене выглядит совсем иначе: яркие области — места активности.
- Гамма-всплески — самые мощные взрывы во Вселенной: слияния нейтронных звёзд и коллапс массивных звёзд.
Рентгеновские данные нужны для полной картины: одно и то же скопление или чёрная дыра в разных лучах показывает разное. Лучшие результаты получаются, когда рентген сопоставляют с наблюдениями радио, инфракрасных и оптических телескопов и с гравитационными волнами.