Рентгеновский санскрит

«Чандра» на орбите Земли. Иллюстрация: D. Berry & M. Weiss / CXC / NASA

Рентгеновская обсерватория «Чандра» празднует 15 лет жизни на орбите Земли

Александр Телишев

23 июля, 2014 13:07

15 мин

Самый тяжелый телескоп из космической тройки «Великих обсерваторий» НАСА 23 июля празднует свое пятнадцатилетие. В честь этого события НАСА опубликовало на своем сайте четыре красивые фотографии сверхновых в рентгеновском диапазоне, найденных телескопом в последние дни, и гигантский коллаж из тысяч популярных снимков с «Чандры». НАСА планирует, что главное рентгеновское око Земли проведет на орбите как минимум еще десять лет.

«Все инструменты и компоненты "Чандры" работают сегодня на удивление хорошо. Наша инженерная команда в компании "Нортроп-Грумман" недавно провела детальный анализ их состояния и пришла к выводу, что у телескопа есть по крайне мере еще одно десятилетие, если не больше, жизни на орбите. Поэтому мы с нетерпением ожидаем новую груду красивых снимков с "Чандры" и блистательных научных открытий», — рассказал Гарви Тананбаум из Центра рентгеновской астрономии «Чандра» в Кембридже (США) во время веб-конференции в Google+, организованной НАСА в честь пятнадцатилетия телескопа. С момента вывода на орбиту орбитальной обсерватории в 1999 году до апреля текущего года он бессменно руководил научной и инженерной командой, отвечавшей за ее работу.

В отличие от «Хаббла» и других космических телескопов НАСА, у «Чандры» нет прямых наследников. Продление его работы на орбите Земли позволит астрофизикам продолжить исследования глубин Вселенной и поиск ответов на главные вопросы астрофизики: что происходит в окрестностях черных дыр, что представляет собой загадочная темная энергия и что случилось во время Большого взрыва.

«"Чандра" изменил то, как мы проводим астрономические исследования. Он продемонстрировал нам, что точные наблюдения за источниками рентгеновского излучения критически необходимы для понимания того, что происходит во Вселенной. Нам повезло, что у нас было пятнадцати лет работы с "Чандрой" для того, чтобы мы начали лучше понимать внутреннее устройство звезд, галактик, черных дыр, природу темной энергии и то, как формируются кирпичики жизни», — отмечает руководитель отдела астрофизических исследований НАСА в Вашингтоне Пол Герц.

Сборка «Чандры», 1997 год. Фото: NGST

Отмечая уникальную роль телескопа в современной астрофизике и в фотографировании Вселенной, НАСА отпраздновало его юбилей при помощи свежей серии снимков, на каждом из которых запечатлен процесс взрыва сверхновой и расширения облака ее останков. «Русская планета» вместе с участниками веб-конференции в Google+ вспоминает историю создания и главные научные открытия этого телескопа.

Новорожденная «Луна»

Планы по постройке рентгеновской «великой обсерватории», как и в случае с тремя другими большими проектами НАСА, зародились еще в середине 70 годов прошлого века. Первые опытно-конструкторские работы начались в Центре космических полетов имени Маршалла в 1978 году, однако сборка самого космического аппарата, получившее кодовое имя AXAF, началась лишь в конце 80-х годов.

Это было связано прежде всего с тем, что у «Чандры», в отличие от «Хаббла» и «Спитцера», не было наземных предшественников, на конструкцию которых могли бы опираться инженеры и ученые НАСА и компании TRW (которой владеет «Нортроп-Грумман» сегодня), участвовавшей в создании телескопа. Дело в том, что рентгеновские лучи от космических источников не могут пройти через атмосферу Земли, так как их фотоны быстро поглощаются молекулами газов в воздухе.

По этой причине астрономы практически не задумывались об изучении нашей Галактики и Вселенной в рентгеновском диапазоне. Ситуация изменилась в 1962 году, когда команда ученых, занимавшаяся изучением поверхности Луны и исходящего от нее излучения при помощи метеорологической ракеты, случайно обнаружила сверхяркий источник рентгена в созвездии Скорпиона. Открытие «жизни» в рентгеновском диапазоне за пределами Солнечной системы вызвало бурный интерес со стороны астрономов и НАСА, и Центр космических полетов имени Маршалла начал сразу несколько программ по изучению подобных объектов.

«Чандра» был вторым проектом Центра — его идеологическим и технологическим предшественником был экспериментальный телескоп «Эйнштейн», отправленный на орбиту Земли практически параллельно с началом конструкторских работ по проекту AXAF. Он был первым полноценным рентгеновским телескопом на орбите Земли и за год работы успел получить и передать свыше пяти тысяч снимков и пакетов научных данных, собранных во время наблюдений за сверхновыми, ядрами галактик и другими яркими объектами в рентгеновской части спектра.

Субраманьян Чандрасекар, 1986 год. Фото: AP

Успех «Эйнштейна» ободрил НАСА и инженеров TRW, которые приступили к работе над научными инструментами и компонентами телескопа во второй половине 80-х годов прошлого века. Как и в случае с другими «великими обсерваториями», работа шла с отставанием от графика и заметным превышением бюджета. Чтобы спасти проект и вывести «Чандру» на орбиту в назначенный срок, Центр Маршалла значительно упростил конструкцию телескопа — уменьшил число зеркал с двенадцати до восьми и прекратил разработку двух из шести научных инструментов. Этот шаг заметно снизил чувствительность и разрешение «Чандры», которые даже после упрощений были в 50 раз лучше, чем у других орбитальных телескопов.

В апреле 1998 года, когда сборка телескопа была завершена, НАСА объявило о начале конкурса по выбору официального имени для AXAF. В итоге новая флагманская обсерватория была названа «Чандрой» в честь американо-индийского астронома Субраманьяна Чандрасекара, одного из пионеров астрофизики высоких энергий. В переводе с санскрита эта часть его имени означает «Луна», что символическим образом подчеркивает связь космической обсерватории с рождением рентгеновской астрономии в 1962 году.

Изначально НАСА планировало запустить «Чандру» на орбиту в декабре 1998 года, однако старт был отложен до июля 1999 года из-за нелетной погоды и других непреодолимых препятствий. Запуск на борту шатла «Колумбия» прошел гладко, и космический телескоп весом в 22 тонны отправился в свободное плавание 23 июля 1999 года. Сегодня «Чандра» вращается вокруг Земли по крайне сложной и сильно вытянутой орбите, чья самая дальняя точка расположена на расстоянии в 130 тысяч километров, трети дистанции между Землей и Луной. Это позволяет телескопу обходить радиационные пояса Земли и находиться вне пределов «тени» нашей планеты, мешающей наблюдениям в рентгеновском диапазоне.

«Перед запуском "Чандры" мы часто задавали себе вопрос, какие научные результаты мы планируем получить при помощи этой обсерватории. Если говорить коротко, то ее целями стали наблюдения за черными дырами, темной материей, взрывающимися звездами и сталкивающимися галактиками», — поясняет Тананбаум.

Рентгеновские тайны Вселенной

Несмотря на то что «Чандра» не привлекает столь большого внимания прессы, как «Хаббл», на долю этой обсерватории приходится как минимум такое же число знаковых и фундаментальных открытий и великолепных фотографий. Два самых важных из них — подтверждение существования темной энергии и оценка массы и расположения комков темной материи в окружающей нас Вселенной.

Галактический кластер 1E 0657-56, фотография, сделанная телескопом «Чандра». Фото: NASA

Доказательство того, что таинственная темная энергия, чье существование объясняет феномен ускоренного расширения Вселенной, действительно существует, было получено в ходе многолетних наблюдений за изменениями в структуре скоплений галактик, удаленных от нас на миллиарды световых лет. Результаты этого исследования были опубликованы в 2008 году на официальном сайте телескопа. Аномально медленный рост их массы подтвердил: темная энергия вызывает расширение Вселенной, что и замедляет рост галактик из-за «разлета» материи.

Двумя годами раньше, в 2006 году, «Чандре» удалось обнаружить и изучить свойства «бубликов» из темной материи, окружающих каждую галактику, и «пуповин», соединяющих их друг с другом. Наблюдая за столкновением двух скоплений галактик, рентгеновская обсерватория НАСА смогла подтвердить, что на долю темной материи приходится большая часть массы галактик, а также оценить степень ее влияния на процессы, которые происходят во время «космических ДТП».

Менее громкий, но не менее значимый подвиг «Чандры» — составление первого в истории человечества каталога обычных и сверхмассивных черных дыр, открытых телескопом за пределами нашей Галактики. В него вошло несколько сотен ранее неизвестных квазаров, спрятанных от взора ученых под толстой «шубой» из космической пыли и газа, не пропускающих все формы излучения, кроме рентгена. Результаты первой «переписи населения» среди черных дыр были опубликованы в Astrophysical Journal в январе 2008 года.

Высокое разрешение «Чандры» позволило ему в 2006 году заглянуть буквально в самый центр некоторых сверхмассивных черных дыр и найти свидетельства того, что черные дыры порождают особые звуковые волны в окружающем их диске из пыли и газа, благодаря чему она разогревается до крайне высоких температур. Данное открытие помогло астрофизикам объяснить то, почему тесные скопления галактик почти полностью состоят из горячего газа и почти не содержат в себе холодных облаков, без которых невозможно формирование новых звезд.

Главная рентгеновская обсерватория НАСА совершила и массу других открытий, касающихся черных дыр: в 2002 году она обнаружила первую известную нам пару из двух сверхмассивных дыр в галактике NGC-6240, чье «танго» должно порождать заметные для земных приборов гравитационные волны. За год до этого «Чандра» обратил свой взор на центр нашей Галактики и установил точное местонахождение сверхмассивной черной дыры Sagittarius-A* в ее центре. Чуть позднее, в 2007 году, комбинация мощностей «Чандры» и другого орбитального телескопа НАСА, обсерватории Swift, помогло астрофизикам найти обычные черные дыры с аномально высокой массой, которые некоторые ученые сегодня считают потерянным звеном в эволюции их сверхмассивных собратьев.

След сверхновой, фотография, сделанная телескопом «Чандра». Фото: SAO / CXC / NASA

Поле деятельности «Чандры» не ограничивалось черными дырами и галактиками — за 15 лет работы он успел изучить свыше 500 тысяч рентгеновских источников, весомая часть из которых приходится на сверхновые и непрозрачные для других телескопов «звездные ясли», где рождаются новые светила. Снимки и данные, собранные в этих регионах, помогли астрономам заметно улучшить наши представления о том, как возникают и функционируют пульсары и что происходит на первых этапах жизни новорожденных звезд.

Туманные перспективы

Главной проблемой рентгеновской астрономии на сегодня является то, что у «Чандры» нет явного наследника, который смог бы подхватить его знамя в 2024 году, когда «великая обсерватория» может выйти из строя. Единственной потенциальной заменой «Чандры» на сегодня может быть проект рентгеновского телескопа Athena («Афина». — РП), постройка которого будет осуществляться совместными усилиями НАСА и Европейского космического агентства (ESA). Планы по созданию «Афины» были официально одобрены ESA в июле текущего года, и его запуск должен ориентировочно состояться в 2028 году, когда «Чандра» уже может прекратить свою работу.

Нельзя не упомянуть и совместный российско-германский проект, орбитальную рентгеновскую обсерваторию «Спектр-РГ». Данный аппарат будет решать несколько иные задачи, чем «Чандра» и «Афина», жертвуя разрешением и чувствительностью в пользу поля обзора и широты диапазона энергий. Он будет сфокусирован на изучении черных дыр, далеких галактик и темной энергии. Запуск «Спектра-РГ» должен был состояться еще в 2012 году, однако он неоднократно откладывался из-за задержек в сборке немецкого телескопа e-Rosita, связанных с проблемами в схемотехнике. По словам Виктора Хартова, директора НПО имени Лавочкина, которого цитирует ИТАР-ТАСС, запуск российской космической обсерватории должен состояться в конце марта 2016 года.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе