вторник, 5 августа 2014 г.

Каким будет следующий крупный рентгеновский телескоп?

НАУКА И ТЕХНИКА

В конце июня Европейское космическое агентство объявило о выборе космического рентгеновского телескопа Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA) в качестве следующего крупного проекта для реализации в области наблюдательной астрофизики. Мы попросили прокомментировать это событие эксперта в области астрономии, доктора физико-математических наук Анатолия Засова.

Мы вступаем в такую эпоху, когда развитым странам становится по силам (как правило, вскладчину) создание космических телескопов рекордно больших масштабов. Создателями больших космических инструментов являются в основном НАСА (США) и Европейское космическое агентство (ЕКА) западноевропейских стран. Между ними существует своего рода научная конкуренция, хотя каждый космический телескоп уникален и имеет свои особенности.

Космические лучи сверхвысоких энергий

Физик Сергей Троицкий о сверхвысоких энергиях, регистрации частиц и загадке их происхождения
Осенью прошлого года, рассмотрев около 30 проектов на ближайшую пару десятилетий с научной и финансовой точки зрения, специалисты ЕКА отобрали один «суперпроект», который будет реализован первым — большой рентгеновский телескоп, получивший условное название «Афина» (Athena). Рентгеновское излучение не проходит сквозь земную атмосферу, тем не менее небо в рентгеновском диапазоне изучается космическими инструментами уже несколько десятилетий. Рентгеновских источников различной, в том числе пока не разгаданной природы в космосе оказалось очень много. Они связаны либо с очень горячим (миллионы градусов) газом, либо с нетепловыми источниками, обусловленными частицами высоких энергий. Некоторые источники находятся внутри нашей галактики и связаны, например, с горячими газовыми дисками вокруг нейтронных звезд и черных дыр в тесных двойных звездных системах, некоторые — на расстояниях в миллиарды световых лет: это горячий межгалактический газ и области вблизи сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик.

Возможности рентгеновских телескопов возрастают от запуска к запуску. Два больших телескопа, запущенных еще в 1999 году, – «Чандра» (НАСА) и «ХММ-Ньютон» (ЕКА) — совершили буквально прорыв в области рентгеновской астрономии благодаря рекордной чувствительности и высокому пространственному разрешению. На 2017 год назначен запуск российской обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма» (один из двух его телескопов германского производства), на которую мы возлагаем большие надежды. Но проект «Афина» по своим возможностям должен превзойти все существующие инструменты, прежде всего по чувствительности, хотя ожидать его запуска придется довольно долго — он состоится не ранее 2028 года.

Здесь основная сложность состоит в создании такой оптической системы, которая позволила бы реализовать большую эффективную площадь собирающей поверхности (для обычного телескопа это просто площадь объектива) и высокое угловое разрешение. Проблема в том, что не существует таких зеркал, даже с покрытием из тяжелых металлов, которые отражали бы рентгеновские лучи так, как отражают свет зеркала оптических телескопов: слишком высокую энергию имеют рентгеновские кванты. Поэтому схема рентгеновских телескопов довольно сложная. Если в оптическом диапазоне энергия квантов составляет 1–3 электронвольта (эВ), то рентгеновский диапазон начинается с энергий порядка нескольких сотен эВ. Для отражения таких лучей от поверхностей придуманы системы концентрических слоев зеркал сложной формы, на которые лучи падают под очень маленькими углами.

В случае проекта «Афина» зеркала будут изготовлены оригинальным способом, с использованием новой полупроводниковой технологии, а по площади собирающей поверхности телескоп во много раз превзойдет любой из изготовленных ранее рентгеновских инструментов. Планируется, помимо получения резких изображений, еще анализ рентгеновских спектров источников.

На какие задачи нацелен инструмент? Здесь я бы указал на два основных направления. Во-первых, это изучение горячего межгалактического газа в многочисленных скоплениях галактик. Важно понять его пространственную структуру, массу, характер движений, химический состав, характер взаимодействия с галактиками. До сих пор остается необъясненной линия излучения в рентгеновском спектре в диапазоне около 3.6 КэВ. Есть предположение, что она может быть обусловлена распадом частиц гипотетической темной материи. Во-вторых, это изучение областей вблизи сверхмассивных черных дыр в галактиках и квазарах, что очень важно для того, чтобы понять, как эти объекты растут и становятся активными. Но надо иметь в виду, что значительное увеличение точности и чувствительности инструментов всегда приводит к открытию каких-то новых типов объектов, новых эффектов, неизвестных заранее. Можно только пожелать, чтоб на этот проект были выделены необходимые средства.

Анатолий Засов
доктор физико-математических наук, профессор кафедры астрофизики и звездной астрономии физического факультета МГУ, заведующий отделом Внегалактической астрономии ГАИШ МГУ, член редколлегии журнала «Физика в школе», специалист по изучению внегалактической астрономии

Комментариев нет:

Отправить комментарий