Радиоастрон показал выдающиеся результаты

Российский радиотелескоп выдал неожиданные результаты сразу двум международным группам астрономов, изучающим далекие галактики и пульсары, опроверг теорию поведения межзвездной среды в нашей галактике.  Теперь ученые вынуждены переосмыслить те решения, которые принимали еще полтора года назад, до появления на орбите космической обсерватории. «Радиоастрон» пришел, увидел, поразил — перефразирует Цезаря руководитель ранней научной программы проекта Юрий Ковалев:

"В основе теории межзвездной среды были заложены результаты астрономических измерений, которые до сегодняшнего дня состоят только в наблюдениях космических объектов с планеты Земля.

Мы впервые на длинных волнах 92 и 18 см с помощью наземно-космического интерферометра смогли провести эксперименты и получили новую научную информацию, которой раньше не было. Оказалось, что она не вписывается, не может объясняться этой теорией».

Чисто теоретически представлялось, что радиоволны, идущие к нам от далеких объектов Вселенной, искривляются межзвездной плазмой, и даже чувствительный «Радиоастрон» с разрешением 7 микросекунд не сможет сфокусировать изображение. Считалось, максимум, на что он способен, — увидеть «друзей космических» размытые черты. Что уж говорить о столь слабых источниках как пульсары — маленькие мертвые звезды размером с Садовое кольцо, — теперь все-таки говорит о них заведующий отделом астрокосмического центра Физического института имени Лебедева РАН Михаил Попов:

«Сама нейтронная звезда — всего 10 километров в диаметре, ее можно разместить в пределах кольцевой дороги Москвы, а весит она больше Солнца. Ее очень сильное магнитное поле производит полярные сияния, только более грандиозные, чем на Земле.

Эти сияния генерируют радиоволны. Объем, из которого эти радиоволны исходят, составляет меньше километра. Такой объект — самый компактный в космосе. Поэтому мы были уверены, что они представляют собой точку, никакого их изображения нет и быть не может никогда».

Однако «Радиоастрон» своей дальнозоркостью поразил даже своих создателей. Вместе с сетью наземных радиотелескопов он образовал единый измерительный прибор — интерферометр. Его мощность в тысячи раз превышает работающий в оптическом диапазоне американский «Хаббл». С таким разрешением и удалось разглядеть то, что теоретики не видели даже в своих самых смелых предположениях. На практике ученые неожиданно получили положительные результаты, продолжает Михаил Попов:

«Следуя этой теории, мы пульсар с таких расстояний видеть не должны, он превратится в лепешку. Мы думали, что изучим структуру этой лепешечки, а оказалось, что все не так. Вместо ожидавшегося равномерного кружка рассеяния, почти не различимого с нашей чувствительностью, мы увидели яркие звездочки, которые живут какое-то время, а потом исчезают, и на их месте появляются другие. Мы удивлены: думали, что будет блин, а вышли какие-то горошины».

В общем, блин не получился. Но не получился и ком. Теперь наука — на горошинах, а это значит, что ей не усидеть на месте. После этого открытия изучение пульсаров обретает смысл, за них возьмутся предметно. Тем более, что они позволяют, исправив теорию распространения радиоволн в межзвездной среде, предсказать поведение других космических объектов и добраться до центра нашей галактики. А это уже выход на совсем другой уровень сенсационности, делится секретом Юрий Ковалев:

«Открою маленькую тайну. Может быть, имея лучшее понимание, как работает межзвездная среда, нам удастся с помощью определенных хитрых методов подойти и к черной дыре в центре нашей Галактики».

Разрешения «Радиоастрона» должно хватить ему для того, чтобы увидеть горизонт событий этой черной дыры. А это уже претензия на самое яркое открытие в современной астрономии. Так что способность отечественного радиотелескопа может позволить ему разглядеть Нобелевскую премию. Правда, для начала все же он попытается измерить пульсары Вселенной.

Давайте узнаем подробнее об этом проекте.

Программа Радиоастрон, разработанная Астрокосмическим центром (АКЦ) Физического института им. П.Н.Лебедева Российской академии наук совместно с другими институтами РАН и организациями Федерального космического агентства (Роскосмос), расширилась в глобальное международное сотрудничество. Ученые нескольких стран создали часть бортовых научных приборов, специальные телеметрические станции и центры обработки, составили научную программу и подготовили участие в проекте Радиоастрон крупнейших наземных радиотелескопов. При этом Россия создала спутник, антенну космического радиотелескопа и часть бортовых приборов. Космический аппарат и конструкция космического радиотелескопа разработаны в НПО им. С.А.Лавочкина.

Цель миссии «Радиоастрон»

Главная научная цель миссии — исследование астрономических объектов различных типов с беспрецедентным разрешением до миллионных долей угловой секунды. Разрешение, достигнутое с помощью Радиоастрона, позволит, в принципе, изучать такие явления и проблемы как:

- центральная машина активных галактических ядер (АГЯ) около сверхмассивных черных дыр, обеспечивающая механизм ускорения космических лучей — форма, размеры, скорость и ускорение излучающей области ядра, спектр и поляризация излучения деталей и их переменность;

- космологическая модель, темная материя и энергия по зависимости перечисленных выше параметров АГЯ от красного смещения, а также по наблюдению их через гравитационные линзы;

- строение и динамика областей звездообразования в нашей Галактике и АГЯ по мазерному и мегамазерному излучению;

- нейтронные (кварковые) звезды и черные дыры в нашей Галактике — структура по РСДБ наблюдениям и по измерениям флуктуации функции видности, собственные движения и параллаксы;

- структура и распределение межзвездной и межпланетной плазмы по флуктуациям функции видности пульсаров;

- построение высокоточной астрономической координатной системы;

- построение высокоточной модели гравитационного поля Земли.

Орбитальная астрофизическая обсерватория «Спектр-Р» образует совместно с земными радиотелескопами радиоинтерферометр со сверхбольшой базой и предназначена для проведения фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Цель международного проекта Радиоастрон состоит в том, чтобы создать совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов единую систему наземно-космического интерферометра для получения изображений, координат и угловых перемещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.

Орбита спутника Радиоастрон имеет радиус апогея до 350 тысяч километров. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1.35 см.

Кликабельно 2000 рх

Основные характеристики КА «Спектр-Р»

• Масса КА — 3800 кг, в т.ч. масса модуля полезной нагрузки — 2500 кг
• Мощность СЭС — 2400 Вт, при этом доля полезной нагрузки — 1200Вт
• Точность наведения КА — 32 угл.сек
• Ориентация КА — трехосная, прецизионная. Ошибка стабилизации — 2,5 угл.сек
• Срок активного существования — 5 лет
• Максимальная скорость разворотов >0,1 град/с
• Скорость дрейфа при стабилизации 0,36 угл.сек /с
• Точность знания ориентации 0,02 градуса

Разрешение интерферометра прямо пропорционально времени наблюдения и длине базы интерферометра. При наблюдении с Земли база интерферометра ограничена диаметром Земли, а время наблюдения измеряется часами и ограничивается вращением планеты и выходом одного из телескопов из поля зрения.

Схема эксперимента

В проекте «Радиоастрон» применение радиотелескопа на высокоэллиптической орбите позволяет получить интерферометр у которого время наблюдения соизмеримо с периодом обращения, а длина базы интерферометра — с диаметром орбиты. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 33 микросекунд и даже до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см.
В качестве наземного плеча интерферометра могут использоваться радиотелескопы Медвежьи Озёра, Калязин, Аресибо, Бонн, Евпатория, Мадрид и другие.

Для сопровождения миссии готовятся наземные станции слежения ВИРК: в России — Пущино (АКЦ ФИАН) и две станции за рубежом.

Станции слежения обеспечивают выполнение следующих функций:

- приём цифрового потока научных и служебных данных;

- синхронизацию работы бортовой научной аппаратуры космического аппарата от наземного водородного стандарта чистоты (путем передачи на борт КА сигнала частотой 7,2075 ГГц и приема обратного сигнала на частоте 8,400 ГГц);

- для баллистической поддержки по определению положения космического аппарата на орбите.

С середины ноября 2011 года до конца января 2012 года проводятся испытания в интерферометрическом режиме — так называемый поиск «лепестков» — совместно с наземными телескопами России, Европы, США и Японии, после чего в феврале 2012 года должна была начаться ранняя научная программа. Но реальность оказалось совершенно неожиданно лучше планов.

Во-первых, 27 сентября был получен «первый свет» (см.: ТрВ-Наука № 89, 11.10.2011) — телескоп провел тестовые наблюдения сверхновой Кассиопея A в диапазонах 92 и 18 см. Чуть позже к ним добавились оставшиеся два диапазона 6 и 1,3 см. В ходе этих тестов измерена эффективная площадь космического телескопа и оценены поправки наведения. Последние оказались на удивление малыми: для длин волн 92, 18 и 6 см с точностью до ошибок равны нулю, на 1,35 см в середине декабря была введена поправка на 2,5 угловой минуты. Слежение за небесными объектами космическим радиотелескопом также происходит с высочайшей стабильностью по наведению.

Эти первые наблюдения проводились в другой, по сравнению с интерферометрической, моде — в так называемом радиометрическом режиме полной мощности. При этом не использовался водородный стандарт частоты, не было необходимости быстро оцифровывать сигнал и не было передачи большого объема научной информации на Землю. Последовавшие в октябре и ноябре 2011 года наблюдения нескольких мазеров и пульсара PSR 0329+54 проводились уже в интерферометрической моде, но без участия наземных телескопов — работало только «космическое плечо». И вот настало время поиска первых «лепестков» вместе с наземными телескопами (о «лепестках» подробно см.: «ТрВ-Наука» № 93, 06.12.2011).

Первый интерференционный отклик обнаружен на длине волны 18 см в рамках первого наземно-космического интерферометрического сеанса, прошедшего 15 ноября 2011 года.

M87 — одна из ближайших галактик с яркой релятивистской струей — Дева А, которая находится на расстоянии 60 млн световых лет от Земли. Масса черной дыры в центре — около 6 млрд масс Солнца, а шварцшильдовский радиус — 8 мкс дуги. Изображение: Bill Saxton с сайта www.nrao.edu

Коррелированный сигнал получен при наблюдениях квазара 0212+735, расположенного в нескольких миллиардах световых лет от Земли. Квазар был специально отобран группой поиска «лепестков» «Радиоастрона» для интерферометрических испытаний на основе предварительной информации о яркости объекта, полученной на системе VLBA Национальной радиоастрономической обсерватории США.

В наблюдениях участвовали несколько наземных РСДБ-установок. В их числе — телескопы российской системы «Квазар» Института прикладной астрономии РАН (32 м), 100-метровый «Эффельсберг» (Германия). Приятным сюрпризом стало успешное участие украинской 70-метровой антенны под Евпаторией (Крым, Национальный центр управления и испытаний космических средств). После долгого перерыва она начала работать как РСДБ-станция всего несколько месяцев назад, после того, как соответствующую аппаратуру поставил АКЦ ФИАН. «Лепестки» были найдены со всеми участвовавшими в эксперименте телескопами. А это означает, что космический радиоинтерферометр «Радиоастрон» заработал.

За этим последовали успешные наблюдения первых интерференционных лепестков на длине волны 6 см от объекта BL Lacertae 1 декабря 2011 года. Это активная галактика с ярким компактным ядром, интересная уже с точки зрения науки. Дополнительный интерес к ней объяснялся еще и тем, что в декабре 2011 года у BL Lacertae произошла самая мощная вспышка радиоизлучения за последние годы. Ее наблюдения продолжились 10–14 декабря от средних до самых дальних проекций базы интерферометра на 18 и 6 см, тем самым положив начало первым научным наблюдениям «Радиоастрона», — на полтора месяца ранее запланированного срока.

«Почему мы начали так рано? Получилось, что мы нашли положительную корреляцию на длинах волн 18 и 6 см сразу с первой попытки. Честно говоря, мы этого не ожидали, — признается Юрий Ковалёв, — просто потому что нельзя быть такими оптимистами. В результате большое количество запланированных блоков наблюдений оказались уже не нужны. Поэтому мы совместно с наземными обсерваториями в достаточно сжатом режиме переработали нашу программу и в течение последних нескольких дней наблюдаем интересную галактику BL Lacertae. 1 октября мы провели предполетный обзор на РСДБ системе апертурного синтеза VLBA в США и проверили, что в данный момент времени видимое начало этой релятивистской струи является очень ярким и очень компактным, идеальным первым объектом исследования для «Радиоастрона». Если всё сложится хорошо, то мы получим возможность увидеть с высочайшим угловым разрешением, что происходит в ядре этой интересной быстропеременной активной галактики».

Одна из главных тем ранней научной программы — активные ядра галактик и физика излучающих релятивистских струй. Во-первых, с помощью «Радиоастрона» появляется возможность оценить яркостную температуру синхротронно излучающих струй в активных галактиках (с Земли часто удается оценить только ее нижний предел, тогда как точное значение остается неизвестным). Если «Радиоастрону» удастся зарегистрировать экстремально высокую величину яркостной температуры, то, возможно, потребуется пересмотр современной принятой модели излучения струй в квазарах. Вторая задача — исследование внутренней структуры струй для проверки разных моделей. Наконец, «Радиоастрон» способен наблюдать центральные области близких галактик, то есть собственно исследовать сверхмассивные черные дыры, в случае, если эта область не скрыта от наблюдателя из-за синхротронного самопоглощения или рассеяния излучения.

ВОТ ТУТ  можете посмотреть  графические результаты  некоторых измерений. А вот яркие фото + фотошоп — это непревзойдённый конёк NASA :)

Вспомните, что из себя представляет Европейская южная обсерватория, а так же взгляните на Самый большой радиотелескоп в мире. Ну а просто для души посмотрите на Швейцарский «Сфинкс»

Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=18093