Исполнилось 4 года со дня запуска космического радиотелескопа «Спектр-Р» проекта наземно-космического интерферометра РадиоАстрон. Научные группы проекта рассказывают о новых результатах исследований близкой галактики 3C84, изучении плазмы в нашей галактике с помощью пульсаров и удивительного «межзвездного интерферометра», новый рекорд в обзоре  галактических мазеров водяного пара.

Наблюдения близкой галактики 3С84

    В процессе работ в рамках Ключевой научной программы РадиоАстрона по изучению близких галактик получено качественное изображение радиоисточника 3С84 в эллиптической галактике NGC 1275, с высочайшим угловым разрешением.

                  Гигантская галактика NGC 1275 находится на расстоянии 75 мегапарсек; угловой размер в 1 миллисекунду дуги соответствует всего 0.3 парсека. Благодаря этому, объект является одним из лучших кандидатов для исследования джета^[1] вблизи сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре галактики, с высочайшим уровнем детализации изображения. Результаты исследования позволят учёным лучше понять процесс формирования струй в галактиках.

    В период 21-22 сентября 2013 г., в течение 22 часов, проводилось картографирование 3C84 на частотах 5 и 22 ГГц, в процессе которого использовался специальный двухчастотный режим космического радиотелескопа.

                  Наземная поддержка осуществлялась системой (решёткой), состоявшей из 25 телескопов, в числе которых были европейская РСДБ^[2]  сеть, совместно с российской Квазар-КВО, российский телескоп Калязин, корейская РСДБ сеть, американские телескопы GBT, VLBA, фазированная VLA. Часть наземной сети проводила наблюдения на частоте 5 ГГц, часть – на 22 ГГц. Телескоп в Эффельсберге (Германия) менял диапазоны. Полученные данные коррелировались в Институте радиоастрономии Общества Макса Планка (Германия).

    Сигнал наземно-космического интерферометра успешно зарегистрирован для интервала проекций баз интерферометра от 0.2 до, примерно, 7 диаметров Земли в обоих диапазонах. На иллюстрации 1 приведена восстановленная карта радиоисточника 3С84, полученная телескопом РадиоАстрон на самой высокой частоте проекта 22 ГГц. 

Иллюстрация 1. Карта близкой галактики 3С84, полученная в полной интенсивности на частоте 22 ГГц на наземно-космическом интерферометре РадиоАстрон с экстремальным разрешением. Диаграмма направленности интерферометра показана в левом нижнем углу с размерами 150х70 mas. Пик излучения находится на уровне 1 Ян/луч. Видимое изображение с Севера на Юг (сверху вниз) занимает в проекции размер в 1.2 парсека.

    На карте центральная область 3С84 представляет сложную структуру на масштабах субмилисекунд дуги. Выделяется яркое пятно сверху (Север) – это ядро галактики, а также яркая деталь снизу (Юг) – она движется с субсветовой скоростью по искривлённой траектории.

    Карта демонстрирует субструктуру этих областей с уникальной детализацией. Впервые ясно проявился контр-джет (выброс на Север) на масштабах суб-парсеков. Джет и контр-джет разрешены поперёк.

    Угловое разрешение карты составляет примерно 50 микросекунд дуги или 500 радиусов Шварцшильда. Можно видеть уярчение к краям для джета и контр-джета, что представляет собой уникальный и крайне важный результат для понимания природы такого выброса.

    На Юге, в конце джета, выделяется пятно, его компактность указывает на высочайшую яркость, что совершенно неожиданно для суб-релятивистского объекта, наблюдаемого под большим углом к выбросу.

Зондирование межзвёздной плазмы радиоимпульсами пульсаров

    Изучение пульсаров с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами позволяет не только получать новую информацию о самих пульсарах, но и использовать их как инструмент для изучения структуры межзвёздной среды, заполняющей пространство между земными наблюдателями и исследуемыми пульсарами.

    Пульсар В1933+16 наблюдался РадиоАстроном 1 августа 2013 г. одновременно в двух диапазонах длин волн. На частоте 92 см наблюдения проводились с использованием системы апертурного синтеза в Вестборке (WSRT, Нидерланды) и 25-метровой антенны американской решётки телескопов VLBA в Санта-Крус. На частоте 18 см работала 300-метровая антенна в Аресибо, 32-метровая антенна в Торуни и 32-метровый телескоп российской системы КВАЗАР в Светлом. Это был первый научный эксперимент, в котором участвовал в качестве станции приёма информации 45-метровый телескоп обсерватории НРАО в Грин Бэнке (США).

    Пульсар В1933+16 находится в спиральном рукаве созвездия Стрельца на удалении около 4 килопарсек. Луч зрения на пульсар проходит вдоль этого спирального рукава, что создаёт условия для изучения сложной структуры неоднородностей плазмы на луче. Прежде всего, был измерен диаметр кружка рассеяния, определявшийся по поведению амплитуды интерференционного отклика при прогрессивном удалении космического радиотелескопа от Земли на длине волны 92 см.

    Такие измерения стали традиционными для наземно-космического интерферометра РадиоАстрон. Иллюстрация 2 демонстрирует эту методику.

Иллюстрация 2. Зависимость амплитуды интерференционного отклика наземно-космического интерферометра от величины проекции базы между радиотелескопом в Вестерборке (Нидерланды) и космическим радиотелескопом «Спектр-Р». Пунктирная линия, проведённая через измеренные значения, соответствует круглому диску рассеяния с диаметром 17 тысячных долей угловой секунды

    Диаметр кружка рассеяния изменяется прямо пропорционально квадрату длины волны наблюдений; на волне длиной 92 см он получился равным 17 тысячным долям угловой секунды (mas). На волне 18 см ожидаемое значение составляет всего 0,7 mas. Такая величина может быть измерена на максимальных базах интерферометра РадиоАстрон, но в ходе наблюдений 1 августа 2013 г. соответствующие базы не были реализованы.

    Рассеяние радиоволн на неоднородностях межзвёздной плазмы вызывает интерференцию лучей, что приводит к появлению так называемого «межзвёздного интерферометра» с эффективной базой, равной расстоянию между крайними рассеянными лучами. Оно составляет несколько астрономических единиц. На иллюстрации 3 приведена интерферограмма (диаграмма запаздывание-частота интерференции), полученная для данного пульсара в проведённом сеансе на самом большом радиотелескопе в Аресибо (Пуэрто-Рико, США).

Иллюстрация 3. Вторичный спектр, полученный для пульсара В1933+16 по данным, зарегистрированным на радиотелескопе в Аресибо, на длине волны 18 см. Уярчения, имеющие форму параболических дуг, вызваны интерференцией рассеянных лучей на двух тонких экранах, расположенных на расстояниях 0.27 и 0.73 полного расстояния от наблюдателя до пульсара. Пунктирные белые линии показывают теоретические аппроксимирующие функции

    На диаграмме видны некоторые структуры, отражающие интерференцию рассеянных лучей. Эти структуры имеют форму параболических дуг, причём каждая дуга соответствует некоторому тонкому рассеивающему экрану, а кривизна каждой дуги однозначно связана с положением такого экрана на луче зрения. Светлые тонкие параболы – это результат аппроксимации для двух дуг, а соответствующие эффективные экраны должны находиться от наблюдателя на расстояниях в 0.25 и 0.73 от величины расстояния до самого пульсара. Если сопоставить эти величины с наблюдаемыми неоднородностями межзвёздного вещества в данном направлении, можно уточнить и само расстояние до пульсара.

Наблюдение мазера в области звёздообразования W49 N

    27 апреля 2015 г. были проведены новые наблюдения одного из наиболее удалённых источников мазерного излучения в линии водяного пара в галактике – области звёздообразования W49 N, находящейся на расстоянии около 36 тысяч световых лет в спиральном рукаве созвездия Персея. Совместно с космическим радиотелескопом в эксперименте принимали участие несколько наземных радиотелескопов.

    Сигнал на наземно-космической базе был обнаружен с двумя наиболее чувствительными наземными антеннами из группы принявших участие в наблюдениях: 100-метровым телескопом в Эффельсберге (Германия) и 43-метровым телескопом в Йебесе (Испания). Проекция базы интерферометра во время наблюдений достигала ~9.7 длины диаметра Земли, угловое разрешение составляло ~23 микросекунды дуги – величина, рекордная для наблюдений мазеров водяного пара.

    Проведённые наблюдения позволят получить оценки яркостных температур и размеров наиболее компактных деталей мазерных источников.

    Руководитель научной программы РадиоАстрон, д.ф-м.н. Юрий Юрьевич Ковалёв (АКЦ ФИАН) комментирует:

    «Мы поздравляем с четырёхлетней годовщиной запуска и благодарим наших партнеров в России и других странах за плодотворное сотрудничество. Открытая научная программа проекта продолжается, несколько недель назад начался новый цикл AO3. Надеемся, он принесет нам новые неожиданные результаты. Например, на сентябрь 2015 года намечены наблюдения центра нашей Галактики вместе с крупнейшими телескопами США и Австралии на самой короткой длине волны интерферометра».

Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и НПО им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством, при участии ряда научных организаций России и других стран.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

________________________________

[1]       Джеты (струи) – узконаправленные выбросы частиц, отходящие от генерирующего их космического объекта, обычно, в двух противоположных направлениях. К тексту

[2]       РСДБ – радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами. К тексту

С помощью наземно-космического интерферометра проекта «РадиоАстрон» международной командой ученых впервые зарегистрировано излучение мазеров воды от внегалактического объекта – аккреционного диска в галактике Мессье 106, а также в нескольких областях образования звезд в нашей галактике. Восстановлено изображение водяного мазера в области звездообразования W3 IRS5 с экстремальным разрешением около 7 диаметров Солнца. 

Первые наблюдения внегалактического мазера

    Радиоинтерферометр со сверхдлинными базами – инструмент для наблюдений космических объектов в радиодиапазоне с целью получения высокого углового разрешения. Он может состоять из двух или более антенн, разнесенных на большое расстояние. Возможность инструмента изучать компактные космические объекты с высокой детализацией определяется расстоянием между составляющими его антеннами и называется угловым разрешением. Космический телескоп Спектр-Р проекта «РадиоАстрон» позволяет увеличить максимальное расстояние между антеннами почти до размера лунной орбиты. Разрешение такого интерферометра может превышать возможности наземных инструментов в 25-30 раз.

    Международная группа ученых, работающая над исследованием космических мазеров (природных «лазеров» в радиолиниях молекул водяного пара и гидроксила) в проекте «РадиоАстрон», сообщила об успешных наблюдениях с помощью наземно-космического интерферометра мазерного излучения водяного пара от галактики NGC 4258 (Мессье 106), находящейся на расстоянии примерно 24 млн. световых лет в направлении созвездия Гончих Псов. В этой галактике, являющейся типичным представителем целого класса  объектов, мазерное излучение наблюдается в виде многочисленных компактных пятен, находящихся в газовом аккреционном диске вокруг сверхмассивной черной дыры в центре. Из-за большой светимости, превышающей в миллионы раз светимость мазеров в областях звездообразования и оболочках звезд нашей галактики этим объектам присвоили термин «мегамазеры».

    Источником энергии для накачки таких мазеров может быть рентгеновское излучение центральной части галактики. Существование множества наблюдаемых компонент объясняется неустойчивостями и турбулентностью в аккреционном диске. Поскольку они связаны с веществом диска, то по располо¬жению и движению этих деталей можно изучать структуру и кинематику диска и, что особенно важно, определять расстояние до галактики.

    В ходе эксперимента сигнал был зарегистрирован на базах между космическим радиотелескопом и 2 наземными станциями (100-метровый радиотелескоп в Грин-Бэнке, США и 32-метровый телескоп в Торуне, Польша). Проекция базы интерферометра в этих наблюдениях достигала размеров, равных примерно двум диаметрам Земли, что соответствует угловому разрешению около 110 микросекунд дуги.

    Главный научный сотрудник УрФУ А.М. Соболев прокомментировал:

    «Успешная регистрация внегалактического мазера в рамках проекта «РадиоАстрон» показала принципиальную возможность проведения исследований таких объектов методом космической интерферометрии, который позволяет многократно улучшить угловое разрешение. Кроме технических сложностей, существует ряд естественных физических причин, по которым такие наблюдения могли быть невозможны. К ним относятся чрезвычайно высокая направленность мазерного излучения, рассеяние излучения в самом объекте и на пути к нему. Высокое угловое разрешение необходимо, в частности, для точного определения положений космических мазеров и исследования движений газа в околоядерных дисках других галактик. Эти данные чрезвычайно важны для измерения расстояний до внегалактических объектов и изучения структуры Вселенной.»

Заведующий лабораторией АКЦ ФИАН, Алексей Алакоз добавил:

    «То, что нам удалось увидеть мазерное излучение от NGC 4258 – это очень большой успех, ведь из-за далекого расстояния до объекта, а это около 24 миллионов световых лет, наблюдаемый поток оказывается достаточно слабым и для его регистрации требуется очень хорошая работа всех составляющих интерферометра. Тем не менее, нами был получен интерференционный отклик с очень хорошим отношением сигнал/шум, что открывает принципиально новые возможности по изучению внегалактических мазеров с большим угловым разрешением».

Рисунок 1. Кросс-корреляционные спектры мазерного излучения NGC4258,
полученные между 10-метровым космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) и наземными телескопами:
100-м радиотелескопом в Грин-Бэнке (вверху) и 32-м радиотелескопом в Торуне (внизу).
По осям отложены: амплитуда коррелированного сигнала в относительных единицах и лучевая скорость спектральной детали в км/с относительно местного стандарта покоя в км/с. В верхней части каждого рисунка показана фаза в градусах в зависимости от скорости спектральной детали. В области, где интерферометрический сигнал от мазерных компонент отсутствует или теряется в шумах, фаза изменяется хаотически между соседними каналами

Мазеры в областях звездообразования Orion KL, W49 N, W3(H₂O)

    Другая важная часть научной программы проекта «РадиоАстрон» посвящена изучению космических мазеров в окрестностях молодых звезд, формирующихся внутри облаков межзвездного газа в нашей галактике. Они не столь мощны, как мегамазеры, но намного ближе и, следовательно, значительно ярче. Поэтому наблюдать их проще. Научной группе удалось обнаружить излучение еще от нескольких таких областей.

    В ходе исследований был обнаружен сигнал от очень компактного водяного мазера, связанного с ближайшей к нам областью образования массивных звезд Orion KL, которая расположена на расстоянии около 1370 световых лет от Солнца и является частью комплекса молекулярных облаков в созвездии Ориона. В этом объекте протекают активные процессы звездообразования, сопровождающиеся мощным мазерным излучением в линии водяного пара.

    Наблюдаемая компактная мазерная деталь вероятнеее всего связана со струйным истечением из аккрецирующего молодого звездного объекта. Оценки показывают, что яркостная температура излучения мазера может превышать 10¹⁵К.

    Коррелированный сигнал был получен в двух экспериментах между  космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) и наземным 40-метровым радиотелескопом в Йебесе (Испания), 32-метровым радиотелескопом в Торуне (Польша) и 26-метровым радиотелескопом под Йоханнесбургом (ЮАР). Проекция базы интерферометра во время наблюдений достигала до 3,5 диаметров Земли, что соответствует угловому разрешению  около 63 микросекунд дуги. На расстоянии до Orion KL это соответствует линейному размеру примерно в 3 диаметра Солнца.

    18 апреля 2014 были проведены успешные наблюдения одного из наиболее удаленных источников мазерного излучения в Галактике – области звездообразования W49 N, находящейся в спиральном рукаве Персея на расстоянии около 36 тыс. световых лет. Совместно с космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) в эксперименте принимал участие 100-метровый телескоп в Эффельсберге (Германия). Проекция базы интерферометра во время наблюдений достигала трёх диаметров Земли, угловое разрешение составляло около 73 микросекунд дуги. Эта регистрация имеет большую важность, так как она показала, что наличие межзвездного рассеяния не исключает возможности существования сверхкомпактных структур в изображениях мазерных источников, находящихся в плоскости Галактики на больших расстояниях от Земли.

    Научная группа продолжает работать над улучшением процедуры анализа, в результате обработки данных был обнаружен интерферометрический отклик, в данных, полученных в 2012 г., при наблюдении комплекса ярких водяных мазеров W3 (H₂O). Сигнал был зарегистрирован на проекциях базы до 3,8 диаметров Земли между космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) и наземными антеннами в Эффельсберге и Йебесе, размеры радиоинтерферометрических лепестков составляли примерно 58 микросекунд дуги. Эти наблюдения позволят получить оценки яркостных температур и размеров мазерных источников.

Картографирование водяных мазеров

    Рабочей группой получены результаты картографирования водяных мазеров в области звездообразования W3 IRS5 на наземно-космическом интерферометре «РадиоАстрон». Наблюдения проводились 17 октября 2013 г. Совместно с космическим телескопом Спектр-Р в эксперименте принимали участие Европейская РСДБ сеть (EVN), а также российские радиотелескопы системы Квазар-КВО. Значимый интерференционный сигнал был получен при масштабе проекции базы около 6 диаметров Земли, что позволило достичь рекордного для наблюдений мазеров углового разрешения в 36 микросекунд дуги.

    Изображение самой яркой компоненты мазера в W3 IRS5 и ее положение представлено на рисунке 2. Изображение мазерного пятна имеет протяженную структуру (серые контуры) с очень компактной деталью (черные контуры) около центра, видимой на наземно-космических базах.

Рисунок 2. Область образования звезд W3 IRS5.

Слева: контурное изображение самого яркого из зарегистрированных мазерных пятен в линии H₂O.
Распределения яркости, полученные только на наземных базах и только на наземно-космических базах, показаны серыми и черными контурами, соответственно.

Справа: карта распределения мазерных деталей полученная на японском интерферометре VERA.
Коричневые и черные контуры показывают распределение яркости излучения в континууме на 7 мм и 13 мм, соответственно. Положение самой яркой из компактных деталей, обнаруженной на «РадиоАстроне», показано стрелкой

    Алексей Алакоз уточнил:

    «Нашей группой проведен совместный анализ данных "РадиоАстрон" и японского интерферометра VERA, что позволило определить форму и положение компактных деталей мазера, наблюдавшихся на наземно-космических базах. Это дает новые данные о структуре и физических характеристиках мазеров в этой области звездообразования и позволяет уточнить механизм накачки».

    Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством совместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-Информ»

Астрофизики, работающие в международном проекте «Радиоастрон», впервые смогли разглядеть структуры, связанные с процессами в сверхмассивной черной дыре в центре нашей Галактики.                                                                  

    Сверхмассивные черные дыры (точнее их ближайшие окрестности) являются сверхмощными источниками электромагнитного излучения. Согласно современным представлениям, в центре нашей Галактики, как и в центрах других массивных галактик, находится сверхмассивная черная дыра, которая поглощает межзвездную пыль и газ, попутно разогревая их до миллионов градусов. «Наша» черная дыра массой около 4,5 миллионов масс Солнца закрыта от Солнечной системы плотными облаками пыли и газа, поэтому о ее существовании можно догадаться только благодаря наблюдаемому рассеянному излучению. С помощью радиотелескопов можно увидеть то место, где она находится, в виде мутного пятна в созвездии Стрельца. Пятно получило название «радиоисточник Sgr A*». Никаких деталей в этом пятне ни в инфракрасном, ни в рентгеновском, ни в радио- диапазонах пока разглядеть не удавалось.

Так выглядит черная дыра в центре нашей Галактики в художественном изображении (Chandra X-ray Observatory)

    Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами – совместно работающие радиотелескопы, размещенные в разных концах Земли – могут давать изображение с очень большим разрешением. Такое разрешение мог бы дать воображаемый телескоп с диаметром антенны, равным расстоянию между этими телескопами. Орбитальный радиотелескоп «РадиоАстрон» образует совместно с наземными радиотелескопами радиоинтерферометр с уникально длинной базой, что позволяет получать изображения астрофизических объектов с исключительно высоким разрешением.

    Ученые Астрокосмического центра ФИАН Ю.Ю. Ковалев и В.А. Согласнов, совместно с зарубежными коллегами Карлом Гвинном из университета Калифорнии (США) и Майклом Джонсоном из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (США), вместе работающие в международном проекте «Радиоастрон», на основе результатов изучения пульсаров предсказали, что на длине волны 1,3 см наземно-космический радиоинтерферометр «Радиоастрон» может увидеть неоднородности в пятне «радиоисточника Sgr A*» – там, где их не видят одиночные наземные радиотелескопы. Учёные подсчитали, что в среде, окружающей черную дыру, неоднородности размером всего в 300 километров могут создавать на газопылевом «экране» пятнышки размером около 1 миллионной доли угловой секунды. Такие детали доступны для наблюдения в проекте «Радиоастрон».

Видимое радиоизображение центра нашей Галактики (Sgr A*) на длине волны 1,3 см

    В настоящее время ученые провели первый сеанс из серии запланированных наблюдений,  соединив в один наблюдательный комплекс систему апертурного синтеза VLBA и 100-метровую антенну в Гринбэнке (США). Их предположения оправдались: интерферометр увидел предсказанные суб-структуры. Авторы работы, опубликованной недавно в журнале Astrophysical Journal, отмечают, что эти необычные пятнышки в изображении нельзя «списать» только на неоднородности газа между черной дырой и нами – это «испорченное пылью» изображение ближайших окрестностей черной дыры.

    Заведующий лабораторией АКЦ ФИАН, руководитель научной программы «РадиоАстрон» д.ф.-м.н. Ю.Ю. Ковалев комментирует:

    «Это  большой успех и удовольствие – сделать предсказание нового эффекта и получить его подтверждение. Открытие суб-структуры в изображении центра нашей Галактики явилось результатом совместных усилий международной группы ученых – специалистов по пульсарам, межзвездной среде, центрам галактик. Это открывает новое окно возможностей для изучения непосредственных окрестностей черных дыр, скрытых от нас экранами пыли и газа.»

    Российские ученые считают, что сеанс работы интерферометра «Радиоастрон», запланированный на март 2015 года, позволит восстановить изображение центра Галактики с еще большей детализацией.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

На заседании Государственной комиссии Роскосмоса, рассмотревшем итоги 3-летней эксплуатации космического комплекса «Спектр-Р» (Радиоастрон), были отмечены выдающиеся достижения участников программы в исследованиях дальнего космоса. Учёт технического состояния бортовых систем позволил продлить полётную программу.

    В Федеральном космическом агентстве состоялось заседание Государственной комиссии по проведению летных испытаний космических комплексов социально-экономического, научного и коммерческого назначения на тему «О результатах летных испытаний космического комплекса «Спектр-Р» (Радиоастрон).

    На заседании с вступительным словом выступил заместитель руководителя Роскосмоса – первый заместитель Государственной комиссии Михаил Николаевич Хайлов. Данные всех участников проекта – представителей предприятий ракетно-космической промышленности и научных организаций – весьма положительны. С учетом технического состояния бортовых систем космического аппарата и наземных средств, а также  положительных результатов летных испытаний, Государственная комиссия приняла решение продолжить использование космического комплекса «Спектр-Р» за пределами назначенного срока активного существования для выполнения работ по Программе научных исследований.

    В рамках научной программы проекта «Радиоастрон» изучались три группы космических объектов: квазары — ядра далеких галактик, пульсары — нейтронные («мертвые») звезды нашей галактики, мазеры — области образования звезд и планет в нашей галактике. Всего на сегодняшний день было успешно изучено более 100 космических объектов. Наземное плечо интерферометра обеспечивали более 30 радиотелескопов России, Украины, Австралии, Великобритании, Германии, Индии, Испании, Италии, Нидерландов, Польши, Швеции, Финляндии, Китая, ЮАР, США, Японии и др.

    В ходе исследований были получены следующие важнейшие новые научные и технические результаты:
•    реализован самый большой исследовательский инструмент за всю историю человечества размером от Земли до Луны;
•    с помощью проекта «Радиоастрон» удалось побить все мировые рекорды по угловому разрешению, реализовав самый «зоркий глаз» за всю историю научных экспериментов на нашей планете. Сигналы от многих ультра-далеких космических объектов уверенно зарегистрированы на базе интерферометра до 350 тысяч километров;
•    достигнуто рекордное угловое разрешение в 14 миллионных долей секунды дуги;
•    получены первые результаты по исследованию поляризации с ультра-высоким разрешением.

    Наблюдения квазаров, находящихся на расстоянии миллиарды световых лет от Земли, позволили получить изображения выбросов горячего вещества из них, измерить ширину сопла выбросов вблизи центральной сверхмассивной черной дыры и восстановить тонкую структуру магнитного поля. Сопла струй оказались значительно горячее, чем считалось ранее. Это привело к качественному изменению понимания природы излучения релятивистских выбросов, производимых квазарами.

    Также оказались успешными результаты наблюдений пульсаров. Считалось, что высокому разрешению будут препятствовать именно эффекты рассеивания излучения в Галактике по пути от пульсара к Земле. В результате научные группы проекта «Радиоастрон» открыли компактную суб-структуру дисков рассеивания в пульсарах. Более того, их последующие исследования уже на наземной РСДБ сети обнаружили суб-структуру  и для центра нашей Галактики SgrA*. Данное открытие позволит ученым получить как характеристики рассевающей турбулентной плазмы, так и самого объекта исследований.

    В рамках научной программы по исследованию космических мазеров с помощью наземно-космического интерферометра «Радиоастрон» были обнаружены компактные источники мазерного излучения молекул гидроксила (на частоте 1665 МГц) и воды (22235 МГц) в нескольких областях звездообразования в нашей Галактике.

    Наблюдения с таким высоким разрешением проводились впервые в истории и позволили ученым изучать физику тонкой структуры областей звездообразования, кинематику и динамику протозвезд.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

 22 июля 2011 г. произошло важнейшее событие в жизни новой международной астрофизической Обсерватории Спектр-Р: успешно раскрыто основное зеркало зонтикообразной конструкции радиотелескопа диаметром 10 метров. Обсерватория была запущена 18 июля с космодрома Байконур ракетой-носителем Зенит-2. С запуском обсерватории, согласно проекту, начнёт свою работу наземно-космический радиоинтерферометр «Радиоастрон», функции которого будут осуществляться по синхронизированной схеме Земля-Космос, совместно с наземными обсерваториями на разных континентах Земли. Таким образом, будет образована гигантская по протяжённости интерферометрическая система, позволяющая получать изображения космических объектов одновременно с разных точек, разнесённых на сотни тысяч километров. Такая система позволяет добиться разрешающей способности в 30 раз большей, чем дают подобные системы, находящиеся на Земле. Использование такого интерферометра позволит получать изображения небесных объектов с беспрецедентной детализацией, т.е. примерно в 20 млн. раз лучше, чем видит человеческий глаз или в 1000 раз лучше космического телескопа им. Хаббла.

Согласно информации, полученной из Роскосмоса и НПО им. С. А. Лавочкина, 22 июля 2011 г. осуществлено успешное раскрытие антенны космического радиотелескопа «Радиоастрон», выведенного на околоземную орбиту 18 июля 2011 года. Это важнейшее событие знаменует собой начало жизни новой космической астрофизической радио-обсерватории.
Космический радиотелескоп «Радиоастрон» представляет собой параболическую антенну диаметром 10 метров с аппаратным комплексом, который будет обеспечивать его непрерывную работу в космосе в течение всего срока службы. Срок активного существования «Радиоастрона»: 5 лет. Главная научная цель миссии: исследование астрономических объектов, включая сверхмассивные черные дыры и их окрестности, квазары, пульсары и мазеры, с рекордным угловым разрешением.
Космический аппарат «Спектр-Р» на космодроме Байконур перед накаткой головного обтекателя (фото НПО им. С.А. Лавочкина)

Всё оборудование радиотелескопа в комплексе представляет собой компактную орбитальную обсерваторию, которая обращается вокруг Земли по эллиптической орбите с заявленными максимальным удалением (апогеем) 350 тыс. км и минимальным удаление (перигеем) – 50 тыс. км. В реальных условиях эти параметры орбиты будут «плавающими». Полный виток по этой орбите «Радиоастрон» будет делать за период от 7 до 10 земных суток. Поскольку этот виток на максимальном удалении приближается к орбите Луны, то расчёты проводились с учётом гравитационного влияния нашего естественного спутника.
Комментируя событие, один из участников проекта, старший научный сотрудник Астрокосмического центра ФИАН, кандидат физико-математических наук Юрий Ковалёв, в частности, сказал: "Радиоастрон — проект международный. Часть оборудования на борту, включая некоторые усилители излучения и рубидиевый стандарт частоты, изготовлены нашими партнерами из США, Австралии, Индии, Швейцарии. Первые интерферометрические наблюдения уже запланированы с наземными радиотелескопами из России (система 32-метровых телескопов «Квазар» ИПА РАН), Италии (Медичина и Ното), Германии (100-метровое зеркало в Эффельсберге), США (100-метровый GBT в Грин Бэнк и 300-метровое зеркало в Аресибо)."
В проекте «Радиоастрон» использован вариант астрофизического спутника – модуля СПЕКТР на платформе «Навигатор» разработки НПО им. С. А. Лавочкина. Спутник выводился на орбиту с помощью двухступенчатой ракеты Зенит и разгонного блока Фрегат-СБ. На борту спутника размещается полезный научный груз, масса которого составляет около 2500 кг, что включает в себя раскрывающуюся параболическую антенну и электронный комплекс, содержащий приемники, малошумящие усилители, генераторы и синтезаторы частот, блоки управления, преобразователи сигналов, стандарты частоты, высокоинформативную систему передачи научных данных (ВИРК).
Космический аппарат массой 3800 кг включает в себя следующие основные подсистемы:

• • система управления (ориентация, станции слежения, солнечные батареи);
• • система управления радиокомплексом;
• • система электропитания;
• • система терморегулирования;
• • телеметрические антенны;
• • двигатели коррекции орбиты;
• • радиокомплекс передачи научных данных и синхронизации (ВИРК).

Полная мощность питания систем космического аппарата составляет 2400 Вт, из которых 1150 Вт используется для питания научных приборов.

АНИ «ФИАН-информ»

18 июля 2011 года с космодрома Байконур стартовала ракета "Зенит-2СБ" с разгонным блоком "Фрегат-2СБ", несущая на борту астрофизический спутник-модуль СПЕКТР с установленными на нём радиотелескопом «Радиоастрон» с параболической антенной и аппаратным комплексом. Программа работы «Радиоастрона» предусматривает проведение исследований гравитационного поля Земли, сверхмассивных чёрных дыр в центрах далёких и близких галактик, черных дыр звёздных масс в нашей галактике, нейтронных и кварковых звёзд, областей звездообразования в нашей и других галактиках, облаков межзвёздной плазмы, мазеров, пульсаров, квазаров - всего до тысячи объектов. Запланированы также измерения с целью уточнения фундаментальных астрометрических постоянных и констант движения Солнечной системы.

Работа проводится Астрокосмическим центром ФИАН - одним из ведущих мировых научных центров под руководством академика РАН Н.С.Кардашева, совместно с Пущинской радиоастрономической обсерваторией (ПРАО АКЦ ФИАН).
Космический радиотелескоп «Радиоастрон» оснащён параболической антенной диаметром 10 м и предназначен для работы на высокоэллиптической орбите с апогеем 350 тыс. км (близкой к орбите Луны) и перигеем – 50 тыс. км. Период обращения по этой орбите равен примерно 7 - 10 земным суткам.
Вместе с несколькими наземными радиотелескопами «Радиоастрон» образует интерферометрическую систему, позволяющую получать изображения космических объектов с 30-кратно большей разрешающей способностью, чем дают подобные наземные системы.
Проект «Радиоастрон» реализуется на основе широкой кооперации с зарубежными научными центрами. Все наземные радиотелескопы, задействованные в интерферометрической системе, будут принимать сигналы от исследуемых космических объектов одновременно с «Радиоастроном». Информация «Радиоастрона» будет поступать на приемные станции, расположенные в подмосковном Пущино, и регистрироваться всеми крупнейшими радиотелескопами мира.

Работа наземного и космического радиотелескопов в режиме интерфрометра.

На основе полученных данных исследователями будет построена система небесных координат нового поколения, проведено уточнение взаимного соответствия международной небесной и динамической систем координат, определены координаты наземных радиотелескопов относительно центра массы Земли.
На основе полученных данных будет произведено построение гравитационного потенциала Земли на больших радиусах и построена новая планетарная модель. Будут проведены измерения «эффектов ОТО» (эффектов, предсказанных Общей теорией относительности А.Эйнштейна), разработаны новые методы высокоточного определения орбит космических аппаратов и их эволюции.
Большой интерес представляют измерения движения и структур радиоизлучения пульсаров – нейтронных и «странных» звёзд, а также магнетаров. Будут изучены структуры и динамика выбросов квазаров и микроквазаров, а также мазеров и мегамазеров.
В части работ по исследованию природы источников энергии в ядрах активных галактик планируется проведение ряда измерений одновременно на двух частотах и в двух поляризациях с целью изучения спектральных свойств радиоизлучения и структуры магнитного поля в центральных компонентах и выбросах в ядрах галактик. Будут проведены измерения излучений таких объектов как двойные ядра галактик, гравитационные линзы и тёмная материя.
Комментируя события, академик Николай Семёнович Кардашев сказал:

Я твердо убеждён, что нужно развивать как международную кооперацию, так и собственные исследования. С одной стороны, очень трудно сохранять первенство в одиночку, сегодня это любой стране не под силу. С другой стороны, не заниматься собственными разработками тоже нельзя, особенно в создании «базосоздающей» техники. Не заниматься собственными разработками бессмысленно. Технические новинки должны выпускаться и у нас, и чем больше, тем лучше. Тем более, что многие из этих достижений имеют не только научный, но и прикладной характер. Кстати, на «Радиоастроне» впервые в мире мы запускаем водородные стандарты частоты, созданные в России.
(Эксклюзивное интервью академика Н.С. Кардашова будет опубликовано в «Российской газете»).

АНИ «ФИАН-информ»

    Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и НПО им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством, совместно с рядом научно-технических организаций России и других стран.                                                                                     

    Астрокосмический центр ФИАН, совместно с российскими и зарубежными партнерами, успешно реализовал научные эксперименты в рамках всех проектов программы AO-1, которая завершается в июне 2014 года. Первые результаты AO-1 будут представлены научными группами на Генеральной ассамблее COSPAR-2014 в Москве 7 и 8 августа 2014 г.                                                                                                                

 
На рисунке: Черная дыра

    С июля 2014 года участники миссии РадиоАстрон приступают к реализации второго года открытой программы наблюдения AO-2, которая будет продолжаться до июня 2015 года. На конкурс участия в AO-2 принимались заявки двух типов, «ключевая научная программа» (KSP) и «общее наблюдательное время» (GOT). Научная экспертиза поступивших проектов была осуществлена международным научным советом экспертов РадиоАстрон и результаты утверждены руководителем проекта РадиоАстрон академиком Н.С. Кардашевым. В международный совет экспертов РадиоАстрон на период реализации AO-2 входят: Dave Jauncey (CSIRO, Австралия), Tim Pearson (Caltech, США), Михаил Попов (АКЦ ФИАН, Россия), Richard Porcas (председатель, MPIfR, Германия), Elaine Sadler (Университет Сиднея, Австралия) и Mark Reid (Harvard-Smithsonian CfA, США). В результате были отобраны 16 проектов, которые приведены ниже в порядке их поступления на конкурс:

– KSP: «Суб-структура в дисках рассеяния пульсаров», PI: Carl Gwinn (UCSB, США);

– GOT: «Углубляясь во Вселенную на больших красных смещениях», PI: Леонид Гурвиц (JIVE, Нидерланды);

– GOT: «Исследование внутренних областей лацертиды Маркарян 501 с помощью наземно-космического РСДБ», PI: Gabriele Giovannini (IRA INAF, Италия);

– GOT: «Исследование гигантских импульсов пульсара в Крабовидной туманности на РадиоАстрон», PI: Алексей Рудницкий (АКЦ ФИАН, Россия);

– GOT: «Исследование рассеивающего вещества Галактики с помощью РадиоАстрон», PI: Татьяна Смирнова (ПРАО АКЦ ФИАН, Россия);

– GOT: «Субструктура в диске рассеяния SgrA*», Michael Johnson (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, США);

– GOT: «Картографирование микро-структуры мазеров OH и H2O с наивысшим угловым разрешением», PI: Hiroshi Imai (Kagoshima University, Япония);

– GOT: «Орбитальное картографирование джетов в молодых активных галактиках», PI: Matthew Lister (Purdue University, США);

– KSP: «Изучение внутренних областей джетов квазаров и их магнитных полей», PI: Андрей Лобанов (MPIfR, Германия);

– GOT: «Структура и физика компактных струй в активных галактиках», PI: Manel Perucho (Valencia University, Испания);

– «Обзор ядер активных галактик с наивысшим угловым разрешением», PI: Юрий Ковалев (АКЦ ФИАН, Россия)

– GOT: «Поиск новых мазеров воды и гидроксила с пятнами ультра-компактного размера», PI: Андрей Соболев (УрФУ, Россия);

– KSP: «Гравитационное красное смещение водородного стандарта РадиоАстрон», PI: Валентин Руденко (МГУ, Россия);

– GOT: «Исследование эффекта сдвига ядра в блазаре 3C454.3 на наземно-космической РСДБ сети», PI: Кирилл Соколовский (АКЦ ФИАН, Россия);

– GOT: «Мазеры воды и динамика протопланетного диска в объекте IC 1396N», PI: Stan Kurtz (National Mexico University, Мексика);

– GOT: «Тонкая структура ядер в квазарах 3C 273 и 3C 279 со сверхвысоким разрешением», PI: Tuomas Savolainen (Aalto University, Финляндия).

    В представленном списке приоритет 'A' (высший) имеют два проекта, приоритет 'B' - восемь проектов, приоритет 'C' - шесть проектов.

    Следуя рекомендациям совета экспертов миссии РадиоАстрон, планируется также провести первые тестовые наблюдения микроквазаров (PI: Евгения Кравченко, АКЦ ФИАН).

    Лидерами заявок, принятых к реализации, являются шесть представителей России, три – США и по одному из Германии, Италии, Испании, Мексики, Нидерландов, Финляндии, Японии.

   В лице соавторов заявок – около 170 человек – представлены научные коллективы 20 стран мира. Наибольшее число соавторов представляют Россию, далее – соавторы из США, Германии, Австралии, Нидерландов, Испании, Великобритании, Италии и других стран.

    Руководитель научной программы проекта РадиоАстрон, д.ф-м.н. Юрий Ковалев комментирует:

    «Мы рады успешно завершить первый год окрытой научной программы и перейти к реализации второго. Программа будет еще более насыщенной и разнообразной. Миссия РадиоАстрон выражает глубокую благодарность международному совету экспертов, который помог нам отобрать наиболее интересные проекты».

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

По материалам миссии РадиоАстрон

    Космический радиотелескоп Спектр-Р, на базе которого в настоящий момент осуществляется грандиозная исследовательская программа проекта РадиоАстрон, создан Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН совместно с НПО им. С.А. Лавочкина. Запуск радиотелескопа состоялся утром 18 июля 2011 г. с космодрома Байконур с раскрытием 10-метрового радиозеркала пятью днями позже. Запись об этом успехе появилась недавно в книге рекордов Гиннесса.

    «Крупнейший космический радиотелескоп – Спектр-Р, который имеет 10 метров в диаметре и запущен с космодрома Байконур в Казахстане 18 июля 2011 г.» – это строки сертификата о записи в Книге рекордов Гиннеса, о появлении которой пришло сообщение в Астрокосмический центр ФИАН (АКЦ ФИАН).

    По поводу этой новости зав. лабораторией АКЦ ФИАН, руководитель научной программы РадиоАстрон, д. физ.-мат. наук Юрий Ковалёв комментирует:

    «В книге Гиннесса есть немало записей по тематике, связанной с Космосом. Этот конкретный сертификат – про результат научно-технического успеха проекта Спектр-Р 2011 года, который подтвержден результатами полетных испытаний, опубликованными в Астрономическом журнале издательства Наука (Кардашев и др, 2013, Астрон. журн., том 90, стр. 179-222). Научные группы сейчас активно обрабатывают данные РадиоАстрон и готовят научные публикации. В процессе выполнения научной  программы РадиоАстрон поставлено около десятка рекордов и в свободное от науки время можно будет развлечься подачей заявок на регистрациюих в Книге рекордов».

    Выполняемая научная программа включает в себя изучение далеких галактик и квазаров, сверхмассивных черных дыр, гравитационных линз, пульсаров и областей звездообразования в нашей галактике, экстремально-вспыхивающих объектов Вселенной, проверки предсказаний общей теории относительности Эйнштейна.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

Космический аппарат Спектр-Р с 10-метровым радиотелескопом на борту, выполняющий научную программу по исследованию дальнего Космоса, начал свой полёт в июле 2011 года, и в ноябре 2013 года совершил свой сотый виток вокруг Земли. Это – успех не только российской науки, но и учёных многих стран, принимающих участие в продолжающихся научных программах проекта РадиоАстрон.

    Сегодня уже можно подводить первые итоги работы РадиоАстрон. Всего, за прошедший период, с помощью Спектра-Р в режиме наземно-космического интерферометра, были проведены наблюдения более 100 квазаров и радиогалактик, около 20 пульсаров (нейтронных звёзд) и 15 космических мазеров (в районах образования звёзд и планетных систем).

    В рамках проекта РадиоАстрон впервые в научной практике реализована (при успешном детектировании излучения ультракомпактных областей космических объектов) схема  интерферометра с проекциями баз длиной:

• 20 диаметров Земли (при исследовании пульсаров на длине волны 92 см);

• 16 диаметров Земли (при исследовании квазаров на длине волны 18 см);

• 19 диаметров Земли (при исследовании квазаров на длине волны 6.2 см);

• 8 диаметров Земли (при исследовании квазаров на длине волны 1.3 см);  

• 5 диаметров Земли (при исследовании мазеров на длине волны 1.3 см).

    В докладах научной группы АКЦ ФИАН многие из полученных результатов фигурируют со словом «впервые». Так, например, впервые для работы в космосе реализованы жесткая зеркальная антенна диаметром 10 м.  Впервые на борту космической станции вот уже более двух лет функционирует активный водородный стандарт частоты российского производства. Впервые в космических наблюдениях реализован наземно-космический интерферометр, работающий на длинах волн 92 см и 1,3 см. При использовании интерферометрической схемы наблюдений, достигнуто рекордное в истории человечества угловое разрешение 27 мксек дуги.

    В настоящий момент, аппарат Спектр-Р продолжает успешно работать в рамках Ключевой программы научных исследований, стартовавшей летом  2013 г. По большинству программ этого этапа уже получены первые научные данные и проводится анализ. Среди них следует особо отметить впервые в истории полученный наземно-космическим интерферометром отклик активной галактики на очень длинной волне 92 см (см. рисунок).

    Это достижение открывает новые возможности в исследованиях как зоны синхротронного самопоглощения в ядрах активных галактик,  равно как и в использовании этих данных при изучении параметров межзвездной плазмы в нашей Галактике – Млечный путь.

 

    С сентября 2013 года в эксплуатацию вступила вторая станция слежения в Грин Бэнк, (США). Её ввод значительно увеличил доступное наблюдательное время и улучшил точность восстановления информации об орбите аппарата Спектр-Р. Работа обеих станций слежения в Пущино и Грин Бэнк, используемых в схеме интерферометра, успешно продолжается.

    От группы оперативного сопровождения РадиоАстрон поступила информация о том, что программный коррелятор JIVE (SFXC) успешно получил лепестки во всех тестовых записях, на всех диапазонах длин волн и опробованных модах корреляции. Подробности − в информационном сообщении Европейской  РСДБ  сети (EVN Newsletter) 36.  Согласно планам,  часть совместных наблюдений РадиоАстрон и Европейской РСДБ сети с 2013 г. будут прокоррелированы на SFXC.

    Руководитель научной программы РадиоАстрон, д.ф.-м.н. Ю. Ю. Ковалев (АКЦ ФИАН) сообщил, что объявление конкурса заявок на наблюдения по программе РадиоАстрон в рамках второго открытого периода AO-2 (с июля 2014 по июнь 2015 гг.) запланировано на начало декабря 2013 года.  Заявки будут ожидаться к 27 января 2014 г. Будут приниматься заявки на участие как в открытой Ключевой научной программе, так и в рамках  Общего наблюдательного времени.

    Поступила также информация о том, что 40-ая научная ассамблея COSPAR пройдет в Москве, в начале августа 2014 года. В рамках ассамблеи, один из симпозиумов, под номером E1.10, будет посвящен обсуждению научных результатов миссии РадиоАстрон. Подробности организации симпозиума будут доступны с сайта конференции в ближайшее время по ссылкам: https://www.cospar-assembly.org/ и http://cospar2014moscow.com/

По материалам АНИ «ФИАН-информ»

    В рамках программы РадиоАстрон, на 43-метровом радиотелескопе в Национальной Радиоастрономической Обсерватории США в Грин Бэнк, Западная Вирджиния, успешно установлено и протестировано российское оборудование, привезённое группой инженеров Астрокосмического центра Физического института им. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН) для слежения и сбора научной и телеметрической информации космического аппарата «Спектр-Р».

    Группа инженеров и ученых из Астрокосмического центра Физического института им. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН) в начале июля 2013 г. прибыла в деревню Грин Бэнк (штат Западная Вирджиния, США), для установки и испытаний оборудования станции слежения на 43-метровом телескопе Национальной Радиоастрономической Обсерватории США (NRAO). Доставленное оборудование, разработанное и произведенное в России, практически идентично тому, что используется для поддержки программы РадиоАстрон на российской станции слежения РТ-22 в Пущинской Радиоастрономической Обсерватории ФИАН.

На фото: Российские (ФИАН) и американские (NRAO) специалисты на фоне радиотелескопа в Грин Бэнк, переоборудованного в станцию слежения и сбора информации РадиоАстрон

    Результаты испытаний станции слежения РадиоАстрон в Грин Бэнк были прокомментированы как «очень хорошие». 1 августа 2013 г. были успешно записаны научные данные с российского космического радиотелескопа Спектр-Р. Уровень мощности принятого из космоса сигнала даже превзошёл уровень «уверенный приём», частота ошибок (по битам) – низкая.

    В рамках эксперимента, проведённого 1 августа 2013 г., при измерениях скорости космического аппарата Спектр-Р методом Доплера, хорошо согласовались результаты измерений, проведенных последовательно станциями слежения в Грин Бэнк и в Пущино.

    Активные наблюдения в рамках Ключевой научной программы РадиоАстрон, периода AO1, начнутся в конце августа 2013 г. Согласно плану, в сентябре 2013 г. станция слежения в Грин Бэнк будет работать в несколько облегченном режиме, чтобы параллельно с прохождением сеансов произвести автоматизацию режима работы.

    Вывод станции слежения РадиоАстрон в Грин Бэнк на полную загрузку планируется с октября 2013 г.

    Координатор ключевой научной программы РадиоАстрон, д.ф.-м.н. Ю.Ю. Ковалев (АКЦ ФИАН) так прокомментировал это событие: «Эффективность и объем доступного наблюдательного времени РадиоАстрон увеличился примерно в два раза из-за успешного ввода в эксплуатацию второй станции слежения. Также мы ожидаем улучшения точности восстановления орбиты спутника, благодаря дополнительным Доплеровским измерениям скорости аппарата станцией в Грин Бэнк.

    Научная информация РадиоАстрон, полученная 1 августа 2013 г. в результате первого успешного сеанса с поддержкой станцией Грин Бэнк международной научной группой по исследованию пульсаров и межзвездной среды, уже обрабатывается и анализируется нашими коллегами».

    Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством, совместно с рядом научно-технических организаций России и других государств.

По материалам АНИ «ФИАН-Информ»