Телескоп ART-XC имени М.Н. Павлинского космической обсерватории «Спектр-РГ» и космическая обсерватория Integral следят за рентгеновской новой Swift J1727.8-1613 — самым ярким объектом летнего рентгеновского неба 2023 года.
Маломассивные рентгеновские двойные — очень переменчивые, точнее переменные, объекты. Большинство таких двойных систем находятся в «молчании» — в них нет активной аккреции (перетекания) вещества обычной звезды на ее компактную соседку — черную дыру или нейтронную звезду. Точнее, перетекание происходит, но вещество не падает на компактный объект, а накапливается в диске вокруг него. Но когда в диске вещества становится слишком много, оно начинает «стекать» в черную дыру (или «выпадать» на поверхность нейтронной звезды) — происходит так называемая «аккреционная вспышка» и на небе появляется «рентгеновская новая».
Аккреционный диск, разогреваемый протекающим через него веществом, начинает ярко светиться во всем диапазоне длин волн, от инфракрасного до рентгеновского, затмевая звезду-донор, в окрестности черной дыры рождается жесткое рентгеновское излучение, а релятивистские оттоки вещества из центральных частей диска генерируют радиоизлучение. Таким образом, вспышки рентгеновских новых оказывается возможным наблюдать почти всем арсеналом современных астрономических телескопов, что позволяет получить максимально подробную и цветную картинку происходящего.
Раз в несколько лет на небе вспыхивает рентгеновская новая, которая на несколько недель и даже месяцев становится ярчайшим объектом неба в этом диапазоне энергий. В конце августа 2023 года как раз и появилась еще одна такая система, — Swift J1727.8-1613. Она была найдена сначала в данных оптических телескопов, а спустя несколько дней «разгорелась» в рентгеновском диапазоне. Яркость рентгеновских источников, а точнее — энергетический поток от них астрофизики иногда измеряют в единицах Краб, используя Крабовидную туманность как эталонный источник. Летне-осенняя рентгеновская новая буквально за два дня достигла яркости в 7 Краб (это результат внушительный, но не рекордный — отдельные вспышки, например, от подобной системы V404 Cyg превышали 50 Краб!).
По удачному стечению обстоятельств, самые ранние стадии рентгеновской вспышки Swift J1727.8-1613, начавшейся 24 августа, были зарегистрированы обсерваторией Integral Европейского космического агентства во время плановых наблюдений области Галактического центра по заявке российских ученых. Буквально спустя пару дней, на пути к своему максимуму, Swift J1727.8-1613 был «пойман» телескопом ART-XC имени М.Н. Павлинского обсерватории «Спектр-РГ». Организация и проведение столь оперативных наблюдений стали возможными благодаря совместной работе специалистов Научно-производственного объединения имени С.А. Лавочкина и Института космических исследований Российской академии наук.
Наблюдения таких ярких источников, — а ART-XC наблюдал тогда, когда поток от Swift J1727.8-1613 был около 6,5 Краб, — нетривиальная техническая задача. Однако, как оказывается, детекторы телескопа ART-XC, предназначенные, строго говоря, для наблюдений гораздо более слабых объектов, прекрасно с ней справились. Всего за несколько часов наблюдений удалось собрать примерно 30 миллионов фотонов от источника. Еще три миллиона более жестких (то есть с большей энергией) фотонов набрал телескоп IBIS обсерватории Integral за двое суток.
«Информации для анализа оказалось необычно много — в обзоре всего неба мы чаще всего имеем дело со слабыми источниками, от которых ART-XC удается зарегистрировать всего несколько десятков фотонов», — поясняет научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН Илья Мереминский.
Быстрый анализ данных телескопа ART-XC показал, что поток от источника меняется с (квази)периодом в 2,5 секунды. Это не настоящие когерентные пульсации, как от рентгеновских пульсаров, а квазипериодические осцилляции (КПО) — хорошо изученный, но пока не полностью понятый феномен, часто наблюдающийся в рентгеновских новых. Другие телескопы, наблюдавшие до и после ART-XC, также увидели КПО, но на других частотах, — оказалось, что со временем частота КПО растет.«Дело тут, по-видимому, в геометрии течения вещества вблизи черной дыры — начиная с некоторого радиуса аккреционный диск разрушается и замещается горячим течением, в котором и рождается эта переменность, частота которой зависит от размера этой области, — поясняет Илья Мереминский. — По мере развития вспышки аккреционный диск достигает все меньших и меньших радиусов, пока наконец не заполняет все пространство вплоть до последней устойчивой орбиты. Так что данные наблюдений этого объекта телескопом ART-XC позволят в дальнейшем чуть лучше понять, как устроена геометрия аккреционного потока вблизи черной дыры».
Наблюдения продолжаются, а первые результаты наблюдений Swift J1727.8-1613 телескопом ART-XC и обсерваторией Integral опубликованы в виде астрономической телеграммы.
Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в Научно-производственном объединении имени С.А. Лавочкина (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 года ракетой-носителем «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03 с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC имени М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3—8 кэВ) и жестком (4—20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Научный руководитель орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» — академик Рашид Сюняев.
Орбитальная обсерватория Integral (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory, «Международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей») была запущена 17 октября 2002 года ракетой-носителем «Протон-К» с разгонным блоком ДМ-2 с космодрома Байконур и работает в рентгеновском и гамма-диапазонах электромагнитного излучения 15 кэВ—10 МэВ. Проект реализован Европейским космическим агентством с участием России и NASA. Российские учёные имеют право на 25% наблюдательного времени обсерватории. Научный руководитель с российской стороны — академик Рашид Сюняев.