Обсерватория ИНТЕГРАЛ — 15 лет на орбите

16 Окт 2017

17 октября 2017 г. исполняется 15 лет со дня запуска международной астрофизической обсерватории ИНТЕГРАЛ (INTEGRAL, INTErnational Gamma Ray Astrophysical Laboratory — Международная Астрофизическая Лаборатория Гамма-Лучей).

Это крупнейший астрофизический проект Европейского космического агентства (ЕКА), которые реализуется с участием России и США. «Интеграл» был выведен на орбиту с помощью российской ракеты-носителя «Протон» с разгонным блоком ДМ, и российским учёным принадлежит 25 процентов наблюдательного времени обсерватории.

За 15 лет на орбите «Интеграл» совершил 1874 витка, зарегистрировал около 1000 источников в жестких рентгеновских лучах, из которых более 400 были не известны ранее. В диапазоне энергий 17–60 кэВ достигнута рекордная чувствительность, позволяющая регистрировать все объекты в нашей Галактике со светимостью более 2х1035 эрг/c.

Представляем обзор важнейших открытий, сделанных с помощью обсерватории «Интеграл». В их числе — открытие новых видов рентгеновских источников, исследования аннигиляции позитронов в центре нашей Галактики, открытие ядерных линий в остатках вспышек сверхновых SN1987A и SN2014J, которые блестяще подтвердили теории механизмах взрыва сверхновых.

С 2015 года обсерватория участвует в совместной работе с наземными экспериментами LIGO/VIRGO по поиску и отождествлению источников гравитационных волн. В ходе этих работ в августе 2017 года произошло выдающееся научное событие, приведшее к открытию физического явления, которое не наблюдалось ранее. Обсерватория ИНТЕГРАЛ сыграла в этом открытии важнейшую роль.

Об открытии будет объявлено 16 октября 2017 г. на пресс-конференциях, которые одновременно пройдут во многих странах, и в том числе в ИКИ РАН. Здесь будут представлены результаты совместных исследований обсерваторий LIGO/Virgo и обсерватории ИНТЕГРАЛ. Пресс-конференция будет транслироваться в реальном времени на канале YouTube. Начало трансляции в 16:00 мск, начало пресс-конференции в 17:00 мск.

Рентгеновская и гамма-астрономия изучает свойства и поведение вещества в условиях, которые невозможно воссоздать в лабораториях, — при экстремально высоких температурах, под действием сверхсильных гравитационных и магнитных полей. Объекты изучения — взрывы и остатки сверхновых, релятивистские компактные объекты (большой массы и очень малых размеров: нейтронные звезды, черные дыры, белые карлики), аннигиляция антивещества, свечение межзвездной среды под действием космических лучей высоких энергий и другие «бурные» процессы во Вселенной.

Основные результаты, полученные российскими исследователями с использованием данных обсерватории «Интеграл»

1. Открыты новые популяции галактических рентгеновских источников:

  • вспыхивающие нейтронные звезды в двойных системах со сверхгигантами, меняющие свою яркость в сотни и тысячи раз на масштабах десятков минут–часов,
  • сильнопоглощенные источники — нейтронные звезды, которые находятся в коконах пыли и газа, образуемых мощными ветрами звезд-компаньонов.

2. Обнаружено «эхо» прошлой активности сверхмассивной черной дыры в центре Галактики: впервые было зарегистрировано жесткое рентгеновское излучение от молекулярного облака Sgr B2. Показано, что это излучение сформировано в результате отражения сигнала, испущенного сверхмассивной черной дырой в центре нашей Галактики несколько сотен лет назад, когда она была в миллион раз ярче, чем сейчас.

3. Открыты линии радиоактивного титана 44Ti в остатке вспышки Сверхновой 1987A. Это первое доказательство образования титана в момент взрыва Сверхновой 1987A — ближайшей к нам за последние 400 лет. 

4. Впервые обнаружено гамма-излучение от распада радиоактивного изотопа кобальта-56 после вспышки сверхновой SN2014J. Эти данные блестяще подтвердили теоретическую концепцию того, что сверхновые типа Ia — это гигантские термоядерные взрывы белых карликов, сверхплотных остатков звезд.

5. С высочайшей точностью измерены положение и ширина аннигиляционной линии на энергии 511 кэВ и исследовано распределение гамма-излучения балджа и диска нашей Галактики в ядерных линиях. Показано, что в центральной зоне Галактики каждую секунду аннигилирует около 1043 позитронов. При этом в процессе аннигиляции испускаются не только гамма-кванты в линии 511 кэВ, но и формируется излучения в континууме на энергиях меньших 511 кэВ.

6. Проведены уникальные эксперименты наблюдений диска Земли. При этом Земля использовалась как экран, закрывающий от нас излучение далеких источников, находящихся в поле зрения приборов. В результате впервые удалось измерить  спектр космического фона в широком диапазоне энергий от 3 до 150 кэВ с недостижимой ранее точностью.

7. Обнаружено несколько сотен активных ядер галактик, в которых центральная сверхмассивная черная дыра скрыта от наблюдателя толстым слоем пыли и холодного газа. Точное знание количества и доли таких объектов во Вселенной имеет ключевое значение для понимания физических механизмов и истории их роста, а также взаимосвязи с эволюцией галактик.

8. С 2015 года обсерватория ИНТЕГРАЛ участвует в совместной работе с гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO и VIRGO по поиску и отождествлению источников гравитационных волн, что привело к открытию физического явления, которое не наблюдалось никогда раньше. Об этом открытии будет объявлено в 17:00 16.10.2017.

Всего с использованием результатов наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ за 15 лет вышло более 300 публикаций российских ученых в ведущих научных журналах, собравших более 5000 ссылок, защищено 12 кандидатских и 6 докторских диссертаций.

Плакат "ИНТЕГРАЛ: 15 лет на орбите" (.jpg, 506 кб)

Российское участие в «Интеграле»

Участие России в проекте ИНТЕГРАЛ было инициировано академиком РАН Р.А. Сюняевым, поддержано Российской академией наук и закреплено Соглашением между Росавиакосмосом и ЕКА, введенным в действие распоряжением Правительства РФ. В результате участия Российской Федерации в проекте ИНТЕГРАЛ российские ученые имеют исключительное право на использование 25 % наблюдательного времени обсерватории. Научный руководитель проекта от России — академик Рашид Алиевич Сюняев, руководитель лаборатории отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.
Обсерватория «Интеграл» была успешно выведена на высокоапогейную орбиту 17 октября 2002 года в 4 часа 41 минуту по Гринвичу с космодрома Байконур. В качестве средства выведения была использована российская ракета-носитель «Протон» Государственного космического научно-производственного центра им. М.В. Хруничева с разгонным блоком ДМ Ракетно-космической корпорации «Энергия» им. С.П. Королёва.

Участие российских специалистов в успехе проекта не ограничилось только предоставлением ракеты-носителя. Обсерватория была выведена на промежуточную высокоэллиптическую орбиту, которую предложил и рассчитал старший научный сотрудник ИКИ РАН Натан Андреевич Эйсмонт. Время существования аппарата на ней, при соблюдении требований по радиации, оказалось гораздо больше требуемых 5,5 лет и составило более 30 лет. При этом информацию, которая поступает в темпе проводимых измерений, можно принимать практически на протяжении полных интервалов измерений на каждом витке.

Обсерватория была выведена на промежуточную орбиту с точностями намного лучше гарантированных величин. Благодаря этому двигатели самого космического аппарата расходовали значительно меньше топлива на формирование окончательной орбиты. С учетом оптимизации процедур управления ориентацией аппарата, операционное время жизни обсерватории увеличилось с 5 лет до 24–26 лет. По сегодняшним расчетам, запаса топлива на борту спутника должно хватить до 2028 года, а управляемый сход аппарата с орбиты запланирован на 2029 год. Со временем происходит деградация эффективности солнечных батарей спутника, однако темп деградации невелик и их характеристик с запасом хватит для успешной работы всей аппаратуры обсерватории до конца миссии. Все приборы обсерватории работают в штатном режиме.

Для обсерватории ИНТЕГРАЛ впервые в России был реализован принцип национальной обсерватории. Это значит, что любой ученый из любого российского научного института или университета может подать заявку на проведение наблюдений любого объекта и, если заявка одобрена Российским и Европейским комитетами по распределению наблюдательного времени, — получить данные для их обработки и анализа.

Все научные данные, полученные в рамках российской квоты наблюдательного времени, становятся доступными для российских ученых через Российский центр научных данных (РЦНД) обсерватории ИНТЕГРАЛ, организованный в ИКИ РАН при поддержке Российской академии наук и Российского фонда фундаментальных исследований.

В настоящее время в Научной рабочей группе обсерватории ИНТЕГРАЛ Россию представляют академик Р.А. Сюняев, д.ф.-м.н С.А. Гребенев и профессор РАН А.А. Лутовинов, сотрудники отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.

- О.З.

Дополнительная информация: 
  1. Слайд-шоу «Интеграл: 15 лет на орбите» на сайте отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН
  2. Страница проекта ИНТЕГРАЛ на портале Европейского космического агентства