Земля поработала закопчённым стеклом

Астрофизики сделали новый шаг к подсчету количества черных дыр во Вселенной. Международная группа ученых под руководством российских астрофизиков Евгения Чуразова и Рашида Сюняева (Институт космических исследований РАН, Институт астрофизики общества Макса Планка, Германия) с помощью орбитальной обсерватории ИНТЕГРАЛ измерила фоновое рентгеновское излучение. Как предполагается, оно появляется в результате активности миллионов сверхдалёких (а потому неразличимых) чёрных дыр.

Сотрудники института рассказали «Газете.Ru», в чём состояла необычность последней серии наблюдений.

Дело в том, что приборы обсерватории смотрели не в космос, как обычно, а на Землю.

По мере того, как земной диск проходил через поле зрения приборов, менялась интенсивность потока рентгеновских фотонов, падающего на детекторы обсерватории. По этим данным был восстановлен спектр рентгеновского излучения Вселенной в диапазоне от 5 до 100 килоэлектрон-вольт (кэВ, жесткий рентгеновский диапазон). Результаты исследований опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Фоновое рентгеновское излучение Вселенной, согласно существующим представлениям, в основном, рождается в результате активности множества черных дыр, находящихся в центрах галактик. И если измерить спектр фонового рентгеновского и гамма-излучения, а также спектр отдельного активного ядра галактики (АЯГ), то теоретически можно рассчитать, сколько черных дыр прячется во Вселенной.

Правда, до недавнего времени измерения по всему спектру провести не удавалось. На низких энергиях (ниже 5 кэВ) разглядеть АЯГ можно непосредственно благодаря хорошей чувствительности и разрешающей способности зеркальных рентгеновских обсерваторий (например, европейской XMM-Newton или американской Chandra). Но уже при переходе к энергиям от 5 до 10 кэВ принцип зеркала становится неэффективным, так как более высокоэнергичные фотоны не отражаются от зеркал телескопов, а проходят насквозь.

Поэтому для наблюдений в высокоэнергичном диапазоне, который выше по шкале, используются телескопы с кодирующей маской. Общий принцип их работы состоит в том, что над детекторами фотонов устанавливается пластина с прорезанными в определенном порядке отверстиями (маска). Поток фотонов, проходящий через маску, отбрасывает на детектор «тень», по которой затем можно восстановить расположение источников и измерить их потоки. Однако для измерения излучения рентгеновского фона Вселенной такой метод тоже не подходит, так как фоновое излучение одинаково во всех направлениях на небе и потому никакой специальной «тени» на детекторе не создает.

Чтобы почувствовать сигнал фона Вселенной, необходимо каким-то образом закрыть часть поля зрения прибора. Использовать Землю в качестве своеобразного щита, который перекроет часть фонового излучения Вселенной, и предложили российские астрофизики.

С технической точки зрения задача оказалась довольно сложной, рассказали «Газете.Ru» сотрудники ИКИ РАН. Стандартные условия наблюдений для ИНТЕГРАЛа требуют, чтобы лимб (край диска) Земли находился на расстоянии как минимум 15 градусов от оптической оси инструментов обсерватории. Иначе Земля начинает закрывать звёзды, по которым производится калибровка координат и оси наблюдения аппарата. Но в новом эксперименте диск Земли почти полностью закрывал поле зрения звездного датчика. Поэтому его пришлось отключить, так что несколько часов обсерватория двигалась по орбите вслепую.

Другая трудность состояла в том, чтобы учесть помехи, которые могли смазать картину: излучение ярких точечных источников, а также рентгеновское излучение атмосферы Земли в результате ее бомбардировки высокоэнергичными частицами космических лучей и Млечного Пути. Дело в том, что во время эксперимента ИНТЕГРАЛа за Землей находилась часть диска Галактики, который, как известно, довольно сильно излучает в рентгеновском диапазоне.

Как говорят в ИКИ РАН, обе сложности удалось преодолеть, и они в итоге получили спектр фонового излучения в диапазоне от 5 до 100 кэВ с пиком на энергии в 29 кэВ. Особенно важно то, что наблюдения велись одновременно в очень широком энергетическом диапазоне (рабочий диапазон «Интеграла» – от 5 кэВ до 10 МэВ), так что для получения финального результата не пришлось комбинировать результаты, полученные разными обсерваториями в разное время.

Задача дальнейших исследований – построить модель распределения АЯГ во Вселенной по количеству, массе и расстоянию от Земли.

Да и форму спектра космического излучения уточнить надо. По словам Евгения Чуразова, для получения новых данных они повторят эксперимент во второй половине 2007 года, но уже в более благоприятных условиях. К тому времени луч наблюдений уйдёт с галактического диска в глубокую Вселенную, что позволит расширить энергетический диапазон наблюдений.