Российские ученые подтвердили: элементами, необходимыми для строительства планет, пространство снабжают вселенские катастрофы

Данные, которые добыла орбитальная обсерватория ИНТЕГРАЛ в 2003-2011 годах позволили сделать вывод: тяжелые элементы -тяжелее углерода и кислорода - действительно образуются во Вселенной только при взрывах сверхновых. Происходит такое на финальной стадии существования звезд, когда их ядра коллапсируют под собственным весом, взрываются и разбрасывают во все стороны внешнюю оболочку, насыщая тем самым пространство синтезированные за истекшую жизнь элементы. Сверхновые, обогатившие межзвездную среду кремнием, кальцием, железом и другими элементами, сделали возможным образование планет земного типа и зарождение жизни.

Ученые из Института космических исследований Российской академии наука (ИКИ РАН) вместе с коллегами из европейского центра космических исследований и технологий европейского космического агентства (ЕКА) наблюдали за процессами, происходящими в Большом Магеллановом Облаке. И с помощью орбитальной обсерваторией ИНТЕГРАЛ зарегистрировали жесткое рентгеновское излучение от остатка сверхновой SN1987А в линиях радиоактивного распада титана-44. Иными словами, впервые удалось получить прямое доказательство образования титана в момент взрыва сверхновой. Специалисты даже определили, что этого металла образовалось 6 на десять в 26-й степени килограммов. Это примерно 100 земных масс.

Если учесть, что в земной коре титана содержится примерно 0,5 процента, то его количества, синтезированного при взрыве сверхновой SN1987А, хватило бы для строительства 20 тысяч таких планет, как наша.

КСТАТИ

У Обсерватория ИНТЕГРАЛ - юбилей: 10 лет на орбите

Сквозь пыль пространства и времени

Международная астрофизическая обсерватория ИНТЕГРАЛ была 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. Выведение обсерватории на высокоэллиптическую орбиту, предложенную и рассчитанную российскими учеными, было выполнено с точностями много лучше (более чем на порядок) гарантированных величин, что позволило значительно сократить расход топлива при формировании окончательной орбиты и, как следствие, увеличить время жизни обсерватории с 5 лет до 21 года. По расчётам, запаса топлива на борту спутника должно хватить до 2023 года.

Обсерватория ИНТЕГРАЛ - крупнейший совместный проект космических агентств Европы (ЕКА), России (Роскосмос) и США (НАСА). Благодаря ей взору исследователей открылась Вселенная рентгеновского и гамма-диапазонов электромагнитного излучения.

Фотоны жесткого рентгеновского диапазона (более 15 килоэлектрон-вольт или кэВ) обладают большой проникающей способностью, то есть способны пройти сквозь довольно большую толщу вещества. Это имеет как минусы: такие фотоны трудно сфокусировать, — так и свои плюсы: астрофизические объекты, скрытые от нас оболочкой пыли и газа или межзвездным веществом в плоскости Галактики, становятся видимыми в жестких рентгеновских лучах.

Черные дыры под наблюдением

Название ИНТЕГРАЛ — сокращение от «Международная Астрофизическая Лаборатория Гамма-Лучей» (INTErnational Gamma Ray Astrophysical Laboratory — INTEGRAL).

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 (объекты с большой массой и очень малыми размерами: нейтронные звезды, черные дыры, белые карлики), аннигиляция антивещества, свечение межзвездной среды под действием космических лучей высоких энергий и другие «бурные» процессы нашей Вселенной. Земная атмосфера представляет собой непреодолимое препятствие на пути рентгеновских и гамма-фотонов, поэтому астрофизические исследования непосредственно в этом диапазоне энергий проводятся с бортов космических аппаратов.

Обсерватория ИНТЕГРАЛ - один из самых передовых инструментов для исследования Вселенной в жестких рентгеновских и гамма-лучах. При ее создании был использован опыт, полученный с помощью рентгеновских телескопов модуля КВАНТ орбитальной станции МИР и космической обсерватории ГРАНАТ, созданных в России в широкой международной кооперации.

Основные преимущества обсерватории ИНТЕГРАЛ:

- большое поле зрения приборов при хорошем угловом разрешении и высокой чувствительности. Это сочетание позволяет проводить обзоры больших участков неба и при этом различать отдельные источники в таких густонаселенных областях неба, как плоскость Галактики и ее центр;

- широкий энергетический диапазон, простирающийся от энергий в несколько кэВ до нескольких мегаэлектрон-вольт. Это позволяет получать информацию, как о тепловых, так и нетепловых процессах, происходящих в релятивистских компактных источниках, а значит, понимать их физику;

- рекордное энергетическое разрешение приборов на энергиях выше 20 кэВ. Благодаря этому ИНТЕГРАЛ является (и останется на долгие годы) самой лучшей обсерваторией для исследования эмиссионных линий, возникающих в результате распада радиоактивных элементов в нашей и ближайших к нам галактиках. Наблюдение этих линий — важнейший способ изучения состава и эволюции вещества во Вселенной.

Все что интересно и загадочно

Участие России в проекте ИНТЕГРАЛ инициировал академик РАН Рашид Сюняев - главный научный сотрудник ИКИ РАН. Он стал научным руководителем проекта от нашей страны.

Российские ученые имеют исключительное право на использование 25 процентов наблюдательного времени обсерватории.
Академик Рашид Сюняев. Научный руководитель проекта "ИТЕГРАЛ". Награжден медалью Франклина по физике за 2012 год за "фундаментальный вклад в понимание ранней Вселенной и свойств черных дыр"

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, в случае одобрения заявки, получить данные для их последующей 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 Институте космических исследований РАН при поддержке Российской академии наук и Российского фонда фундаментальных исследований. Общий объем научных данных обсерватории составляет несколько десятков терабайт. Данные продолжают поступать в режиме реального времени со скоростью около 2 гигабайт в сутки.

Российские ученые внесли решающий вклад в получение и публикацию большинства важнейших результатов обсерватории: за 10 лет вышло более 130 статей в ведущих российских и зарубежных журналах («Письма в Астрономический журнал», Nature, Astrophysical Journal, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Astronomy & Astrophysics и т.д.), опубликовано несколько десятков астрономических телеграмм и циркуляров, защищено 9 диссертаций. Работы российских ученых, основанные на данных обсерватории ИНТЕГРАЛ, уже собрали более 2200 ссылок в научных журналах всего мира, что свидетельствует о том, что эти работы и полученные в них результаты широко признаны и используются учеными во всем мире в их работе.

НАША СПРАВКА

Что еще позволил сделать ИНТЕГРАЛ

Построены карты всего неба с рекордной чувствительностью в области галактической плоскости и выделенных внегалактических полей. Анализ полученных карт позволил открыть более трехсот новых жестких рентгеновских источников, что более чем в два раза увеличило число известных объектов на небе.

Обнаружены новые типы галактических рентгеновских источников — нейтронных звезд в коконах пыли и газа, и вспыхивающих нейтронных звезд в двойных системах со сверхгигантами.

Объяснена природа диффузного свечения галактики в жестком рентгеновском диапазоне — решена проблема так называемого рентгеновского «хребта» Галактики (Galactic ridge); при помощи наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ было показано, что это излучение в диапазоне энергий 17–80 кэВ создается большим количеством аккрецирующих, то есть перетягивающих на себя материю звезды-компаньона, белых карликов в двойных звёздных системах.

С большой точностью измерены энергии ядерных линий на энергиях 511 (линия аннигиляции позитронов) и 1809 кэВ (линия распада радиоактивного алюминия-26,) и построены карты интенсивности излучения в этих линиях.

Доказано, что сверхмассивная черная дыра в ядре нашей Галактики была активна в совсем недавнем прошлом — около 300 лет назад.

Составлена представительная выборка активных сверхмассивных черных дыр в ядрах близких галактик, обнаружено, что они неравномерно распределены по объему в ближней Вселенной, тем самым отражая распределение материи в целом.

С большой точностью измерено космическое фоновое излучение в жестком рентгеновском диапазоне.

Открыт новый класс слабых гамма-всплесков.

Открыты нетепловые механизмы излучения у нейтронных звезд со сверхсильными магнитными полями (магнитаров) и черных дыр.

Владимир Лаговский