Вчені показали, як виглядає небо в рентгенівському світлі

У науковій фантастиці є старий троп про те, що хтось раптово отримує рентгенівський зір і може дивитися крізь тверді предмети. Це виявляється фізичною неможливістю з нашими очними яблуками Mark I. Однак астрономи знайшли спосіб обійти цей виклик, який дозволяє нам вивчати Всесвіт за допомогою рентгенівського зору.

Це називається рентгенівська астрономія, і вона існує вже 60 років. Вона виявляє деякі з найбільш енергійних і бурхливих подій та об’єктів у космосі. До них відносяться яскраві квазари, вибухи наднових, потоки гарячого газу між галактиками і гарячі молоді зірки.

Нещодавно астрономи з консорціуму eROSITA в Інституті позаземної фізики імені Макса Планка оголосили про останню скарбницю рентгенівських даних, отриманих в результаті дослідження eROSITA. Вона охоплює половину рентгенівського неба і містить інформацію про 900 000 різних джерел рентгенівського випромінювання.

Це більше, ніж було виявлено за всю історію рентгенівської астрономії, включно з відкриттями, зробленими за допомогою Чандри та інших орбітальних обсерваторій.

Про eROSITA

eROSITA – це телескоп м’якого рентгенівського випромінювання на борту супутника Spectrum-RG. Його перше дослідження всього неба під назвою eRASS1 відбувалося протягом 7 місяців, починаючи з 12 грудня 2019 року.

У найчутливішому режимі телескоп виявив 170 мільйонів рентгенівських фотонів. Це дозволило камерам виміряти їхню енергію та час прибуття.

Команда астрономів на чолі з головним дослідником Андреа Мерлоні склала перший каталог даних. Вони також опублікували понад 50 нових наукових робіт, заснованих на своїх висновках.

Після завершення цього першого дослідження інструмент здійснив ще три сканування всього неба в період з червня 2020 року по лютий 2022 року. Ці величезні скарби рентгенівських даних будуть опубліковані незабаром. Відео нижче пояснює більше про місію.

Скарбниця джерел рентгенівського випромінювання eROSITA
Рентгенівська астрономія зосереджується на гарячих та енергійних об’єктах і явищах у Всесвіті. Це ядра галактик (де ховаються надмасивні чорні діри), вибухи наднових, новонароджені зірки та інші місця, де матерія нагрівається до високих температур.

Цей попередній набір даних eRASS1 визначає близько 710 000 надмасивних чорних дір, 180 000 рентгенівських зірок у Чумацькому Шляху і 12 000 скупчень галактик. Він також охоплює невелику кількість інших екзотичних джерел, таких як рентгенівські подвійні зорі, залишки наднових, пульсари та інші об’єкти.

“Це приголомшливі цифри для рентгенівської астрономії, – каже Андреа Мерлоні, головний дослідник eROSITA і перший автор каталогу eROSITA. “За 6 місяців ми виявили більше джерел, ніж великі флагманські місії XMM-Newton і Chandra за майже 25 років роботи”.

Перший реліз даних eROSITA – це багатий, “багатошаровий” погляд на небо в декількох енергіях рентгенівського випромінювання. Кожен енергетичний рівень розповідає астрономам щось про об’єкти і події, що випромінюють рентгенівське випромінювання. І для кожного набору зображень і даних консорціум надає більше інформації.

Існують списки класів джерел, положень на небі, енергій і точного часу прибуття фотонів до інструменту.

“Ми доклали величезних зусиль, щоб випустити високоякісні дані і програмне забезпечення, – додала Міріам Рамос-Седжа, яка очолює операційну команду eROSITA. “Ми сподіваємося, що це розширить базу вчених по всьому світу, які працюють з даними високих енергій, і допоможе розширити межі рентгенівської астрономії”.

Зосередження на конкретних рентгенівських об’єктах

Наукові цілі eROSITA полягають у використанні рентгенівських променів для виявлення гарячого міжгалактичного середовища від 50 до 100 000 скупчень і груп галактик. Він також вивчає гарячий газ у нитках між ними. Ці нитки світяться в рентгенівських променях.

Інструмент також має завдання виявляти чорні діри, що зростають, приховані в галактиках. Нарешті, він вивчає фізику галактичних джерел рентгенівського випромінювання (які включають зірки до головної послідовності, залишки наднових і рентгенівські подвійні).

Принаймні одна з робіт, опублікованих разом з новими даними дослідження, використовує рентгенівські дані для обмеження космологічних моделей, що використовують скупчення галактик. На одному з опублікованих зображень ми бачимо нещодавно відкриту нитку матеріалу.

Вона простягається між частиною скупчення галактик Abell 3667 і сусіднім скупченням Abell 3651. Це може допомогти астрономам визначити, скільки речовини існує в так званому “теплому-гарячому міжгалактичному середовищі”. Це дає уявлення про формування великомасштабних структур (таких як скупчення галактик) у Всесвіті.

Близьке скупчення галактик Діви також з’являється в огляді eRASS1 і дає можливість вивчати великомасштабні ниткоподібні структури. Зокрема, астрономи хочуть зрозуміти фізичні ефекти, що діють на околицях цих масивних скупчень галактик.

Використовуючи дані нового дослідження, а також інші знімки всього неба, наукова команда дослідила структуру околиць скупчення. Це включало високоенергетичні викиди навколо галактик і груп всередині скупчення. Вони також вивчили так зване “рентгенівське розширення” довжиною 320 кілопарсек біля галактики M49.

Минула робота та майбутнє eROSITA

З моменту запуску в червні 2019 року eROSITA зробив величезний стрибок у рентгенівській астрономії. Він почав працювати в жовтні того ж року, забезпечуючи рентгенівське бачення космосу з високою роздільною здатністю. Скануючи небо, він помітив зміни у далекому квазарі під назвою SMSS J114447.77-430859.3.

Ці зміни дають деякі підказки щодо зростання чорної діри в серці квазара. Він спостерігав зміни у варіаціях яскравості в серці квазара, що вказує на те, що чорна діра поглинає частину матеріалу, який потрапляє на її горизонт подій. Інший матеріал вилітає у вигляді потужних вітрів.

Інструмент також виявив новоутворену чорну діру в ранньому Всесвіті і простежив існування гарячого газу навколо нашої власної галактики Чумацький Шлях. Прилад вперше засвітився 22 жовтня 2019 року. Наразі він перебуває у безпечному режимі, і технічні фахівці оцінюють його стан.