На борту космического корабля «Прогресс МС-28», успешно пристыковавшегося 17 августа к модулю «Звезда», в числе прочих грузов находится  научная аппаратура для измерения космического рентгеновского фона с высокой точностью.

На самой заре рентгеновской астрономии, в 1960-х годах, был открыт космический рентгеновский фон (КРФ) — излучение, которое получается в результате сложения излучений большого количества дискретных рентегеновских источников. В основном это активные ядра галактик — миллионы аккрецирующих сверхмассивных чёрных дыр в их центрах. Детальное изучение космического рентгеновского фона задержалось на десятилетия из-за малой чувствительности наблюдательной техники. Многие из излучающих объектов слишком далеки, чтобы их можно было наблюдать как отдельные источники. Но можно вести «интегральные» измерения фона, комбинировать их с подсчётами отдельных классов источников в различных глубоких обзорах неба и таким образом изучить эволюцию роста сверхмассивных чёрных дыр за время существования Вселенной.

Старт ракеты-носителя «Союз 2.1а» с космическим кораблем «Прогресс МС-28» с космодрома Байконур 15 августа 2024 года. На борту космического корабля в числе прочих грузов, — научная аппаратура космического эксперимента «Монитор всего неба». Фото: Татьяна

Устройство рентгеновского монитора СПИН-Х1-МВН эксперимента «Монитор всего неба». Фотография: ИКИ РАН.

Один из четырех детекторных модулей рентгеновского монитора СПИН-Х1-МВН эксперимента «Монитор всего неба». Фотография: ИКИ РАН

Рентгеновский монитор СПИН-Х1-МВН эксперимента «Монитор всего неба». Система перекрытия апертуры. Фотография: ИКИ РАН

Максимум спектра космического рентгеновского фона приходится на энергии 20–40 кэВ. Большинство предыдущих измерений рентгеновского фона были выполнены в меньшем диапазоне энергий 1–10 кэВ, и лишь немногие рентгеновские телескопы исследовали фон на энергиях 10–100 кэВ. Наиболее важные наблюдения проведены на спутниках серии «Космос», а также зарубежных обсерваториях HEAO-1, Integral и Swift. Однако полученные в этих экспериментах значения различаются на 10 –15%, что имеет большое значение для моделирования эволюции сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной.

В эксперименте «Монитор всего неба» Института космических исследований РАН будут впервые выполнены измерения поверхностной яркости космического рентгеновского фона в дипазоне 6 – 70 кэВ с точностью до 1%. Идею эксперимента несколько лет назад выдвинул Михаил Ревнивцев (1974–2016), сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН. Она состоит в том, чтобы использовать особенности орбиты МКС для обзора всего неба. На поверхности станции установят рентгеновский телескоп – рентгеновский монитор СПИН-Х1-МВН, разработанный в Институте космических исследования РАН. Двигаясь по орбите вместе со станцией, его луч зрения будет постепенно «заметать» почти всю поверхность небесной сферы, так что за 72 дня телескоп получит почти полную карту неба (84%). Всего предполагается выполнить 15 таких обзоров.

Монитор СПИН-Х1-МВН включает четыре модуля полупроводниковых рентгеновских детекторов. Над детекторами установлены коллиматоры – трёхслойные оболочки цилиндрической формы из специально подобранных материалов, которые ограничивают поле зрения инструмента и уменьшают влияние фона заряженных частиц. Вращающейся экран, расположенный над отверстиями монитора и совершающий один оборот за 60 сек, по очереди перекрывает поля зрения двух из четырёх модулей детекторов. В итоге в каждый момент времени два модуля будут «видеть» небо, а два — нет.

Почему так важна конструкция монитора? Дело в том, что для рентгеновских детекторов большую проблему представляют высокоэнергичные заряженные частицы, которые постоянно бомбардируют элементы конструкции. Рождённые при этом вторичные частицы также попадают в детекторы и создают помехи. Этот паразитный сигнал, так называемый «инструментальный фон», надо надёжно отделить от полезного сигнала. С помощью разработанной конструкции исследователи смогут точно узнать, какую часть от наблюдаемого из космоса сигнала составляют «шумы» от элементов конструкции, и по их разнице определить уровень полезного сигнала, то есть значение рентгеновского фона.

Ожидается, что за три года проведения эксперимента наберётся достаточная статистика для измерения величины поверхностной яркости космического рентгеновского фона с точностью до 1%. Тем самым исследователи смогут не только существенно продвинуться в понимании того, как эволюционировали сверхмассивные чёрные дыры во Вселенной, но и обнаружить вариации фона, связанные с концентрацией материи в близких скоплениях и сверхскоплениях галактик. Наконец, данные о яркости отдельных объектов (например, известного пульсара в Крабовидной туманности), точность которых, как ожидается, окажется лучше 3–5%, будут использоваться для калибровки других приборов.

Монитор СПИН-Х1-МВН планируется установить на внешней поверхности служебного модуля «Звезда» во время выхода в открытый космос, запланированный на декабрь 2024 года. Регулярные наблюдения неба начнутся после калибровок.

По информации пресс-службы ИКИ РАН.