Опубликована самая детальная карта Вселенной

11 июня 2020 года телескоп eROSITA, установленный на борту российско-германской обсерватории «Spektr-RG», завершил свой первый полный обзор неба. Полученные данные позволили создать самую детальную на сегодня рентгеновскую карту Вселенной, которая включает более миллиона объектов.

Космический телескоп eRosita отправил первый снимок всего неба в рентгеновском спектре.

Наш глаз воспринимает лишь крошечную часть всего светового спектра. Мы чувствительны к фотонам в рамках определенной гаммы энергий, от красного до фиолетового. Как бы то ни было, существует множество невидимых нам фотонов, в частности, те, которые обладают меньшей энергией, начиная с инфракрасных. Далее мы спускаемся в сферу мико-, а затем радиоволн (они бывают миллиметровые, сантиметровые, дециметровые, метровые и т. д.). Все эти фотоны изучаются «холодной» материей.

Кроме того, существует целая гамма фотонов, которые обладают большей энергией, чем фиолетовые: ультрафиолет, рентгеновское и гамма-излучение. Как вы, наверняка, догадались, источниками этих лучей становится «горячая» материя. Наше Солнце тоже излучает небольшое количество таких фотонов, но основная часть его активности сосредоточена в видимом спектре (это отнюдь не случайно: наше зрение приспособлена к свету нашей звезды).

Взгляд на вселенную в видимом спектре, безусловно, представляет интерес для астрономов, но это лишь одна сторона чрезвычайно многогранной картины. Это то же самое, что смотреть на полотно импрессиониста в черно-белом цвете.

Хотя у нас на Земле есть доступ к части низкоэнергетических фотонов, посмотреть на вселенную в высокоэнергетическом спектре намного сложнее. Дело в том, что наша атмосфера практически полностью отсеивает такое излучение (кстати, это хорошая новость: оно разрушает сложные молекула, в том числе созданные живыми организмами, такие как ДНК…). Кроме того, такие фотоны встречаются реже. Таким образом, для получения этой ценной информации нужно отправить в космос высокоточные инструменты.

Несравненное качество

Именно это делает российско-немецкий телескоп eRosita на борту российского спутника «Спектр-РГ» (в этой космической обсерватории имеется еще один рентгеновский телескоп, который чувствителен к еще более высокоэнергетическим частицам). Он был запущен ракетой «Протон» с космодрома «Байконур» 13 июля 2019 года и вышел на орбиту на дистанции в 1,5 миллиона километров от Земли (примерно четыре расстояния до Луны).

За полгода eRosita составил первый полный снимок неба, который отличается несравненным качеством и был обнародован на прошлой неделе. Предыдущий был создан немецким телескопом Rosat, который запустили еще в 1990 году. «Впечатляющий результат, — говорит специалист по высоким энергиям Дидье Барре (Didier Barret) из Института астрофизических и планетологических исследований. — Они обнаружили около миллиона источников — это число сравнимо с тем, что было известно нам до этого дня…»

«Сбор данных прошел практически безупречно, — подчеркивает его коллега Николя Клерк (Nicolas Clerc), один из немногих французов в консорциуме eRosita. — Мы сможем использовать 97% сделанных наблюдений. И это только первое из восьми исследований, которые будут проведены за четыре года. С помощью наложения данных мы сможем найти еще более слабые или далекие источники».

На общем снимке подавляющее большинство белых точек — не звезды, а активные галактические ядра. То есть сверхмассивные черные дыры (их масса в миллиарды раз превосходит наше Солнце), которые поглощают вещество. Процесс разрушения газа и пыли настолько агрессивен, что ведет к образованию мощного рентгеновского излучения. «На это приходится около 80% всех источников рентгеновского излучения на карте», — объясняет отвечающий за космологический анализ данных eRosita Йохан Компарат (Johan Comparat) из Института астрофизики Макса Планка.

В этой связи наибольший интерес у специалиста вызывает другой тип объектов: скопления галактик. Эти группы, которые включают в себя от сотен до тысяч галактик, купаются в облаках сильно разреженного, но очень горячего (десятки миллионов градусов) газа. На один литр объема там приходится меньше одного атома (в воздухе 50 000 000 000 000 000 000 000 атомов на литр), но эти атомы так сильно возбуждены, что становятся источниками рентгеновского излучения. «Хотя этот газ сильно разрежен, он доминирует в скоплениях, поскольку его масса в 5-10 раз превышает массу, собственно говоря, галактик», — подчеркивает эксперт.

В общей сложности eRosita удалось выявить 20 000 скоплений в ходе исследования. Ближайшие — это маленькие и размытые белые точки у краев изображения. Тем не менее большинство очень далеки от нас. «Сейчас цель — определить расстояние до них и посмотреть, как их распределение меняется со временем». Ведь чем дальше мы смотрим, тем сильнее назад уходим во времени (свет добирается до нас не мгновенно). В данном случае мы можем взглянуть на 10 миллиардов лет назад (для справки, возраст вселенной оценивается в 13,8 миллиарда лет). «Скопления находятся на пересечениях космических нитей, которые обрисовывают глубинную структуру вселенной, — отмечает специалист. — Рассматривая распределение скоплений, мы можем увидеть, как могла меняться эта структура, что отразится на моделях развития вселенной».

Ненастоящие цвета

Если смотреть ближе к нам, на карте доминируют двойные источники рентгеновского излучения в нашей собственной галактике. Эти пары обычно включают в себя сверхплотное тело, например, черную дыру, которая поглощает соседнюю звезду. Как несложно догадаться, этот процесс сопровождается активным выбросом энергии. К этому относятся в частности синие точки у экватора снимка. И очень большая и яркая белая точка в середине карты. Это Скорпион Х-1, нейтронная звезда, которая поглощает вещество соседнего светила. Она находится в 9 000 световых лет от нас (для сравнения, наша галактика примерно в 100 раз шире) и является самым мощным источником рентгеновского излучения в нашем небе.

Стоит отметить, что цвета на этом изображении не соответствуют действительности. Специалисты отметили красным самое низкоэнергетическое излучение, зеленым — излучение среднего уровня, а синим — наиболее высокоэнергетические источники. Сочетание трех цветов (их интенсивность зависит от числа уловленных фотонов) рисует общую картину в видимом нами спектре. Красноватая вуаль на изображении — это Местный пузырь, облако горячего газа, которое окутывает нашу Солнечную систему и может быть результатом взрыва одной или нескольких сверхмассивных звезд миллионы лет назад.

Желтые пятна по обе стороны экватора — пузыри Ферми. Эти открытые в 2012 году образования, судя по всему, связаны с центром галактики, а также, возможно, сверхмассивной черной дырой Стрелец А. Они могли появиться около 3 миллионов лет назад, когда это космическое чудище было более активным, чем сейчас, и пожирало газ, звезды и пыль. Быть может, данные с eRosita позволят нам больше узнать об этом.