Обсерватория ИНТЕГРАЛ: недреманное око на земной орбите

Инфографика ИКИ РАН

Инфо­гра­фи­ка ИКИ РАН

Цепочка неземных удач

Алексей Огнёв

Алек­сей Огнёв

17 авгу­ста 2017 года уче­ные впер­вые заре­ги­стри­ро­ва­ли гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны от сли­я­ния двух ней­трон­ных звезд, а не двух чер­ных дыр, как в преды­ду­щих четы­рех слу­ча­ях (пер­вое детек­ти­ро­ва­ние про­изо­шло 14 сен­тяб­ря 2015 года). Об этом гово­рят мас­сы дан­ных объ­ек­тов: в диа­па­зоне от 1,1 до 1,6 мас­сы Солн­ца. Сли­я­ние про­изо­шло в галак­ти­ке NGC 4993 (созвез­дие Гид­ры) за 130 млн све­то­вых лет от нас.

Откры­тию сопут­ство­ва­ла допол­ни­тель­ная уда­ча: наря­ду с гра­ви­та­ци­он­ным сиг­на­лом был парал­лель­но зафик­си­ро­ван дру­гой, элек­тро­маг­нит­ный. Вна­ча­ле сра­бо­та­ли детек­то­ры обсер­ва­то­рий LIGO в Ливинг­стоне (штат Луи­зи­а­на, США) и Хэн­фор­де (штат Вашинг­тон), а так­же VIRGO вбли­зи Пизы (Ита­лия). При­мер­но через 1,5 секун­ды обсер­ва­то­рии Fermi и ИНТЕГРАЛ, рабо­та­ю­щие на орби­те Зем­ли, заре­ги­стри­ро­ва­ли секунд­ный всплеск жест­ко­го рент­ге­нов­ско­го излу­че­ния с того же направ­ле­ния, отку­да при­шли гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны. Это был типич­ный гам­ма-всплеск «корот­ко­го» клас­са. Уже дав­но аст­ро­фи­зи­ки подо­зре­ва­ли, что корот­кие гам­ма-всплес­ки воз­ни­ка­ют от сли­я­ния ней­трон­ных звезд. И вот — пря­мое под­твер­жде­ние.

Кро­ме того, мно­же­ство обсер­ва­то­рий заре­ги­стри­ро­ва­ло све­че­ние уров­ня кило­но­вой (поряд­ка 109 све­ти­мо­стей Солн­ца).

Меж­ду­на­род­ная пресс-кон­фе­рен­ция, снаб­див­шая сен­са­ци­ей сред­ства мас­со­вой инфор­ма­ции, была назна­че­на на 16 октяб­ря. В Рос­сии пре­зен­та­ция откры­тия про­хо­ди­ла одно­вре­мен­но в Инсти­ту­те кос­ми­че­ских иссле­до­ва­ний РАН и Госу­дар­ствен­ном аст­ро­но­ми­че­ском инсти­ту­те име­ни Штерн­бер­га МГУ.

Уди­ви­тель­ное сов­па­де­ние заклю­ча­ет­ся в том, что утром 17 октяб­ря испол­ни­лось 15 лет с того момен­та, как с кос­мо­дро­ма Бай­ко­нур стар­то­ва­ла раке­та «Про­тон», кото­рая выве­ла на орби­ту евро­пей­ско-рос­сий­скую обсер­ва­то­рию ИНТЕГРАЛ. Имен­но она зафик­си­ро­ва­ла гам­ма-всплеск 17 авгу­ста.

«Протон» вместо «Ариана»

Об исто­рии запус­ка и основ­ных резуль­та­тах про­ек­та ИНТЕГРАЛ, кото­рые дале­ко не исчер­пы­ва­ют­ся изу­че­ни­ем ней­трон­ных звезд, на пресс-кон­фе­рен­ции рас­ска­зал Алек­сандр Луто­ви­нов, зав. лаб. ИКИ РАН, докт. физ.-мат. наук, про­фес­сор РАН, пре­по­да­ва­тель МФТИ.

Конец 1980- х годов в СССР был очень удач­ным для аст­ро­фи­зи­ки высо­ких энер­гий. У нас рабо­та­ли две обсер­ва­то­рии: «Рент­ген» на моду­ле «Квант» орби­таль­ной стан­ции «Мир» и еще более успеш­ная обсер­ва­то­рия «Гра­нат», плод сотруд­ни­че­ства с фран­цуз­ски­ми, дат­ски­ми, бол­гар­ски­ми уче­ны­ми. Пер­вые резуль­та­ты обсер­ва­то­рии «Гра­нат» вызва­ли боль­шой энту­зи­азм в Евро­пе, и прак­ти­че­ски сра­зу же нача­лись обсуж­де­ния сле­ду­ю­ще­го про­ек­та с услов­ным назва­ни­ем «Гра­нат-2».

В кон­це кон­цов в резуль­та­те мно­го­чис­лен­ных встреч, обсуж­де­ний воз­мож­ных кон­фи­гу­ра­ций обсер­ва­то­рии, набо­ра инстру­мен­тов, вари­ан­тов запус­ка и родил­ся про­ект ИНТЕГРАЛ. Необ­хо­ди­мо ска­зать, что про­ект вопло­тил­ся в жизнь бла­го­да­ря сотруд­ни­че­ству с Евро­пей­ским кос­ми­че­ским агент­ством, а так­же мно­го­лет­не­му тру­ду и под­держ­ке спе­ци­а­ли­стов и уче­ных ГКНПЦ име­ни М. В. Хру­ни­че­ва, РКК «Энер­гия», Рос­кос­мо­са, инсти­ту­тов РАН.

Пом­ню, как рос­сий­ская и евро­пей­ская деле­га­ции при­бы­ли на Бай­ко­нур в 2002 году. На обте­ка­те­ле раке­ты, под кото­рым была уста­нов­ле­на обсер­ва­то­рия, было мно­го рос­пи­сей инже­не­ров и спе­ци­а­ли­стов, кото­рые несколь­ко меся­цев про­ве­ли на Бай­ко­ну­ре, про­во­дя все завер­ша­ю­щие тесты. Мы тоже рас­пи­са­лись, поже­лав обсер­ва­то­рии доб­ро­го пути. Пом­ню, как все вол­но­ва­лись во вре­мя стар­та «Про­то­на», во вре­мя отсты­ков­ки, как мы жда­ли пер­во­го сооб­ще­ния из Южной Аме­ри­ки, где сто­я­ла спе­ци­аль­ная пере­движ­ная антен­на Рос­кос­мо­са. Когда сиг­нал был полу­чен, ста­ло понят­но, что всё идет штат­но, напря­же­ние нако­нец-то немно­го спа­ло, люди ста­ли поздрав­лять друг дру­га и даже откры­ли бутыл­ку конья­ка.

На обсер­ва­то­рии ИНТЕГРАЛ уста­нов­ле­но четы­ре при­бо­ра. Как и основ­ные при­бо­ры обсер­ва­то­рии «Гра­нат», они рабо­та­ют по прин­ци­пу коди­ру­ю­щей апер­ту­ры (спо­соб постро­е­ния изоб­ра­же­ния без исполь­зо­ва­ния фоку­си­ру­ю­щих систем типа линз и зер­кал. — Ред.) . Это гам­ма-теле­скоп IBIS (Фран­ция — Ита­лия), гер­ма­ни­е­вый спек­тро­метр SPI (Фран­ция — Гер­ма­ния) и вспо­мо­га­тель­ные мони­то­ры для изу­че­ния объ­ек­тов в рент­ге­нов­ском (при­бор JEM-X, Дания) и опти­че­ском диа­па­зо­нах (при­бор OMC, Испа­ния).

Спек­тро­метр SPI пред­на­зна­ча­ет­ся для узкой спек­тро­ско­пии в ядер­ных лини­ях, что­бы иссле­до­вать нашу Галак­ти­ку с очень высо­кой точ­но­стью (E/​ΔE≈ 500). Гер­ма­ний в спек­тро­мет­ре охла­жда­ет­ся до тем­пе­ра­ту­ры –95 оС. Гаран­ти­ро­ван­ный срок рабо­ты обсер­ва­то­рии изна­чаль­но был уста­нов­лен в два года, а пред­по­ла­га­е­мое вре­мя рабо­ты оце­ни­ва­лось в пять лет. Одна­ко евро­пей­ские инже­не­ры сде­ла­ли настоль­ко каче­ствен­ные при­бо­ры, что они рабо­та­ют все эти годы и, наде­юсь, про­дол­жат рабо­тать. Это очень здо­ро­во.

Бла­го­да­ря тому что Рос­сия предо­ста­ви­ла раке­ту «Про­тон», орби­та спут­ни­ка отли­ча­ет­ся от запла­ни­ро­ван­ной при запус­ке раке­той «Ари­ан» с кос­мо­дро­ма Куру во Фран­цуз­ской Гви­ане. Были дол­гие обсуж­де­ния и спо­ры меж­ду наши­ми и евро­пей­ски­ми бал­ли­сти­ка­ми о том, какую схе­му выве­де­ния и какую орби­ту выбрать. В ито­ге выбор оста­но­вил­ся на вытя­ну­той орби­те с апо­ге­ем 153 тыс. км, пери­ге­ем 9 тыс. км и пери­о­дом обра­ще­ния 72 часа.

Это улуч­ши­ло эффек­тив­ность обсер­ва­то­рии в 1,5 раза, так как она про­во­дит око­ло 85% вре­ме­ни вне ради­а­ци­он­ных поя­сов Зем­ли. Вывод на орби­ту был настоль­ко точ­ным, что поз­во­лил суще­ствен­но сэко­но­мить топ­ли­во для самой обсер­ва­то­рии. Опе­ра­тив­ное вре­мя ее рабо­ты уве­ли­чи­лось с 5 до почти 30 лет. Завер­ше­ние ее рабо­ты — вход в атмо­сфе­ру — ожи­да­ет­ся в 2029 году. Таким обра­зом, Рос­сия так­же внес­ла огром­ный вклад в про­ект, за что рос­сий­ские уче­ные полу­чи­ли пра­во на 25% всех дан­ных обсер­ва­то­рии.

Для обсер­ва­то­рии ИНТЕГРАЛ впер­вые в Рос­сии был реа­ли­зо­ван прин­цип наци­о­наль­ной обсер­ва­то­рии. Это зна­чит, что любой уче­ный из любо­го рос­сий­ско­го науч­но­го инсти­ту­та или уни­вер­си­те­та может подать заяв­ку на про­ве­де­ние наблю­де­ний любо­го объ­ек­та и, если заяв­ка одоб­ре­на Рос­сий­ским и Евро­пей­ским коми­те­та­ми по рас­пре­де­ле­нию наблю­да­тель­но­го вре­ме­ни, полу­чить дан­ные для их обра­бот­ки и ана­ли­за.

Все науч­ные дан­ные, полу­чен­ные в рам­ках рос­сий­ской кво­ты наблю­да­тель­но­го вре­ме­ни, ста­но­вят­ся доступ­ны­ми для рос­сий­ских уче­ных через Рос­сий­ский центр науч­ных дан­ных (РЦНД) обсер­ва­то­рии ИНТЕГРАЛ, орга­ни­зо­ван­ный в ИКИ РАН.

Охота на черные дыры и тайна хребта Галактики

Како­вы резуль­та­ты про­ек­та к насто­я­ще­му вре­ме­ни? Преж­де все­го, было откры­то несколь­ко сотен новых галак­ти­че­ских источ­ни­ков жест­ко­го рент­ге­нов­ско­го излу­че­ния, их реестр уве­ли­чил­ся почти в два раза. Мы узна­ли несколь­ко новых попу­ля­ций этих кос­ми­че­ских объ­ек­тов. В опти­че­ском диа­па­зоне мы видим мил­ли­ар­ды звезд, но в жест­ких рент­ге­нов­ских лучах каж­дый фотон, так ска­зать, на вес золо­та, поэто­му реги­стра­ция любо­го ново­го объ­ек­та — боль­шое собы­тие. Мы заре­ги­стри­ро­ва­ли сот­ни скры­тых сверх­мас­сив­ных чер­ных дыр [1], кото­рые нахо­дят­ся в дру­гих галак­ти­ках за обла­ком из пыли и газа. ИНТЕГРАЛ их видит, пото­му что в жест­ком рент­гене они све­тят доста­точ­но ярко.

Бла­го­да­ря дли­тель­ным наблю­де­ни­ям сосед­ней с нами галак­ти­ки Боль­шое Магел­ла­но­во Обла­ко обсер­ва­то­рия ИНТЕГРАЛ обна­ру­жи­ла излу­че­ние в лини­ях радио­ак­тив­но­го тита­на-44 в остат­ке вспыш­ки сверх­но­вой 1987A. Это пер­вое дока­за­тель­ство обра­зо­ва­ния тита­на в момент взры­ва этой звез­ды в фев­ра­ле 1987 года — бли­жай­шей к нам вспыш­ки сверх­но­вой за послед­ние 400 лет.

В 2014 году была зафик­си­ро­ва­на вспыш­ка дру­гой срав­ни­тель­но близ­кой сверх­но­вой в галак­ти­ке М82. Запла­ни­ро­ван­ная про­грам­ма наблю­де­ний обсер­ва­то­рии была немед­лен­но пре­рва­на, и нача­лись наблю­де­ния сверх­но­вой. Тут важ­но отме­тить сотруд­ни­че­ство рос­сий­ских и евро­пей­ских уче­ных и про­грамм­ных коми­те­тов. Напри­мер, Рос­сий­ский коми­тет при­нял реше­ние о выде­ле­нии око­ло мил­ли­о­на секунд (око­ло 278 часов) из рос­сий­ской кво­ты наблю­да­тель­но­го вре­ме­ни.

В резуль­та­те обсер­ва­то­рия ИНТЕГРАЛ обна­ру­жи­ла в спек­тре сверх­но­вой линии рас­па­да радио­ак­тив­но­го кобаль­та-56. Это пер­вая реги­стра­ция того, как про­ис­хо­дит син­тез кобаль­та во вре­мя вспы­шек сверх­но­вых пер­во­го типа, и это бле­стя­ще под­твер­жда­ет тео­ре­ти­че­скую кон­цеп­цию, соглас­но кото­рой такие сверх­но­вые воз­ни­ка­ют вслед­ствие гигант­ских тер­мо­ядер­ных взры­вов белых кар­ли­ков.

Кро­ме того, были постро­е­ны высо­ко­точ­ные кар­ты Галак­ти­ки в ядер­ных лини­ях. Похо­же, мы раз­га­да­ли при­ро­ду рент­ге­нов­ско­го хреб­та Галак­ти­ки [2]. Его излу­че­ние было впер­вые изме­ре­но с высо­кой точ­но­стью на энер­ги­ях выше 20 кэВ. На осно­ве этих наблю­де­ний мож­но сде­лать вывод, что до энер­гий 50—60 кэВ излу­че­ние хреб­та Галак­ти­ки порож­да­ет боль­шое коли­че­ство аккре­ци­ру­ю­щих белых кар­ли­ков. (Аккре­ция — про­цесс при­ра­ще­ния мас­сы небес­но­го тела путем гра­ви­та­ци­он­но­го при­тя­же­ния мате­рии, обыч­но газа, из окру­жа­ю­ще­го про­стран­ства.)

Бла­го­да­ря сверх­глу­бо­ким наблю­де­ни­ям обсер­ва­то­рии ИНТЕГРАЛ теперь прак­ти­че­ски вся Галак­ти­ка до све­ти­мо­сти 2×1035 про­смат­ри­ва­ет­ся насквозь, вплоть до само­го даль­не­го кон­ца. Мы дости­га­ем пре­дель­ной чув­стви­тель­но­сти 0,15 мил­ли­Кра­ба. (1 Краб равен плот­но­сти пото­ка энер­гии от Кра­бо­вид­ной туман­но­сти — это силь­ней­ший в нашей Галак­ти­ке посто­ян­ный источ­ник излу­че­ния в рент­ге­нов­ском и гам­ма-диа­па­зоне.)

По резуль­та­там рабо­ты обсер­ва­то­рии ИНТЕГРАЛ рос­сий­ские уче­ные опуб­ли­ко­ва­ли более 300 науч­ных ста­тей, в том чис­ле несколь­ко в жур­на­ле Nature, защи­ти­ли 12 кан­ди­дат­ских и 6 док­тор­ских дис­сер­та­ций (еще несколь­ко на под­хо­де). Вырос­ло новое поко­ле­ние аст­ро­фи­зи­ков.

С 2015 года мы актив­но сотруд­ни­ча­ем с про­ек­том LIGO/​VIRGO в поис­ке гам­ма-излу­че­ния, сопро­вож­да­ю­ще­го гра­ви­та­ци­он­но-вол­но­вые собы­тия. Это при­ве­ло к недав­не­му заме­ча­тель­но­му откры­тию сли­я­ния ней­трон­ных звезд, в кото­ром обсер­ва­то­рия ИНТЕГРАЛ сыг­ра­ла одну из клю­че­вых ролей. Сум­ми­руя выше­ска­зан­ное, мож­но ска­зать, что обсер­ва­то­рия и мы все уве­рен­но шага­ем в новую аст­ро­фи­зи­ку под мод­ным назва­ни­ем multi-messenger astronomy [3]. Впе­ре­ди мно­го новых откры­тий.

Тайная вечеря в отеле Schweizerhof

Неожи­дан­ны­ми подроб­но­стя­ми сотруд­ни­че­ства с Евро­пой по про­ек­ту ИНТЕГРАЛ на той же пресс-кон­фе­рен­ции поде­лил­ся дирек­тор Инсти­ту­та кос­ми­че­ских иссле­до­ва­ний РАН, член Пре­зи­ди­у­ма РАН Лев Зелё­ный:

На пер­вом эта­пе судь­ба про­ек­та ИНТЕГРАЛ висе­ла на волос­ке. Все пом­нят, что это было за вре­мя — тяже­лые девя­но­стые годы. Даже более важ­ные согла­ше­ния не все­гда выпол­ня­лись. И дол­гое вре­мя было до кон­ца неяс­но, предо­ста­вит ли Рос­сия обе­щан­ную раке­ту для запус­ка обсер­ва­то­рии. Финан­со­вые воз­мож­но­сти были огра­ни­чен­ны.

И вот осе­нью 1998 года (я очень хоро­шо это пом­ню) в Берне, в гости­ни­це Schweizerhof, состо­я­лась меж­ду­на­род­ная встре­ча пред­ста­ви­те­лей кос­ми­че­ских агентств NASA (США), ESA (Евро­па), JAXA (Япо­ния) и Рос­кос­мо­са. Там при­сут­ство­вал руко­во­ди­тель науч­ной про­грам­мы ESA про­фес­сор Роже Боне (Roger Bonnet). Кста­ти, он недав­но был в нашем Инсти­ту­те кос­ми­че­ских иссле­до­ва­ний и при­ни­мал актив­ное уча­стие в меро­при­я­ти­ях, посвя­щен­ных 60-летию запус­ка пер­во­го спут­ни­ка. Отсут­ствие обе­щан­ной раке­ты очень силь­но вли­я­ло на всю науч­ную про­грам­му Евро­пей­ско­го кос­ми­че­ско­го агент­ства. Было ясно, что, если Рос­сия вопре­ки обе­ща­ни­ям не при­мет уча­стия в про­ек­те ИНТЕГРАЛ, сорвет­ся про­ект Mars Express, пото­му что при­дет­ся вне­пла­но­вым обра­зом тра­тить выде­лен­ные на него день­ги.

Одна­жды глу­бо­кой ночью нашу деле­га­цию раз­бу­ди­ли и ска­за­ли: «С вами хочет встре­тить­ся про­фес­сор Боне». Мы были чуть ли не в пижа­мах, а Роже Боне — в чер­ном костю­ме и гал­сту­ке. Он ска­зал, что, если Рос­сия под­ве­дет ESA на пер­вом эта­пе, сотруд­ни­че­ства не будет, пото­му что посып­лет­ся вся даль­ней­шая про­грам­ма, сра­бо­та­ет эффект доми­но.

После это­го науч­ный руко­во­ди­тель про­ек­та ИНТЕГРАЛ Рашид Сюня­ев и дирек­тор ИКИ РАН Аль­берт Гале­ев обра­ти­лись к пре­зи­ден­ту Ака­де­мии наук Юрию Оси­по­ву, тот зво­нил в Кремль, в Моск­ву при­е­хал сам Роже Боне, и маши­на закру­ти­лась. Бла­го­да­ря общим уси­ли­ям в сен­тяб­ре 1999 года вышло поста­нов­ле­ние пра­ви­тель­ства РФ о запус­ке ИНТЕГРАЛА. Тай­ная вече­ря в гости­ни­це Schweizerhof ока­за­лась реша­ю­щей. Хочет­ся вспом­нить доб­рым сло­вом Роже Боне, боль­шо­го дру­га нашей стра­ны, акти­ви­ста сотруд­ни­че­ства с Рос­си­ей, бла­го­да­ря кото­ро­му этот труд­ный пере­вал был прой­ден.

Опыт про­ек­та ИНТЕГРАЛ ока­зал­ся очень важ­ным. Кол­ле­ги из Евро­пы ста­ли нам дове­рять. С тех пор рос­сий­ские уче­ные участ­во­ва­ли в дру­гих про­ек­тах ESA. Аппа­ра­ты Mars Express, Cluster (про­ект по изу­че­нию зем­ной маг­ни­то­сфе­ры), Venus Express, ExoMars-2016 были успеш­но выве­де­ны в кос­мос наши­ми раке­та­ми «Союз-Фре­гат» на ком­мер­че­ских усло­ви­ях. Так что сотруд­ни­че­ство в ито­ге ока­за­лось выгод­ным не толь­ко для уче­ных, но и для нашей ракет­ной про­мыш­лен­но­сти. Вско­ре отпра­вит­ся в кос­мос стан­ция ExoMars-2020. А в насто­я­щее вре­мя мы актив­но обсуж­да­ем с ESA общую про­грам­му даль­ней­ше­го изу­че­ния Луны.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *