«Радиоастрон» раскрывает лепестки

О проекте «Радиоастрон» ТрВ-Наука пишет регулярно, и это неудивительно — первый успешный российский астрофизический проект за долгие годы стал главным источником хороших новостей о космической науке. В № 93 от 6 декабря 2011 года мы сообщали о том, что группа «Радиоастрона» начала поиск интерференционных «лепестков» — пиков корреляции сигнала от космического радиотелескопа на наземно-космических базах. 8 декабря последовало радостное сообщение: первый «лепесток» на длине волны 18 см найден, значит, наземно-космический интерферометр «Радиоастрон» успешно действует! К новому году положительные корреляции между космическим и наземными телескопами были найдены уже на длине волны 6 см. О ближайших научных планах телескопа рассказал Юрий Ковалёв, сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

Доклад Юрия Ковалёва открывал конференцию «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра — 2011», которая проходила в середине декабря 2011 года в Институте космических исследований РАН. Свой рассказ он начал с благодарности в адрес Научно-производственного объединения им. С. А. Лавочкина — головной организации по аппарату «Спектр-Р» (проект «Радиоастрон»). К этому времени с момента старта уже прошло пять месяцев, первые четыре из которых были посвящены «техническим» вещам: юстировке, определению параметров орбиты, инженерным тестам.

За время проверок и калибровок выявилась одна техническая неполадка, к счастью, не ставшая фатальной. Первый из двух бортовых водородных стандартов частоты не смог выйти на штатный режим работы. Сейчас на телескопе успешно работает второй стандарт. Его стабильная работа жизненно необходима для наблюдений в режиме интерферометра, которые являются центральными в программе «Радиоастрона».

Обсерватория «Радиоастрон». Период обращения — 10 дней. Перигей — 10—50 тыс. км. Апогей — 330—360 тыс. км. Наклонение орбиты — 51,6°. Диапазоны длин волн — 92 см, 18 см, 6 см, 1,35 см. Станции слежения и сбора научной информации — 22-метровая антенна в Пущино, станции управления — 64-метровые антенны в Уссурийске и Медвежьих озерах.

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 интер-ферометрического сеанса, прошедшего 15 ноября 2011 года.

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 интер-ферометрических 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.

В конце 2011 года руководителю проекта «Радиоастрон» Николаю Семёновичу Кардашеву была присуждена Золотая медаль грота Ребера 2012 года за значительный новаторский вклад в радиоастрономию. Трот Ребер, столетний юбилей которого празднуется 22 декабря 2011 года, считается первым радиоастрономом — ученым, самостоятельно построившим первый радиотелескоп в привычной нам теперь форме «тарелки» на заднем дворе своего дома и с его помощью проводившим первые научные исследования космического радиоизлучения. Медаль Грота Ребера была учреждена правлением Фонда Грота Ребера в честь его достижений. А на борту космической станции «Радиоастрон» установлена мемориальная пластина, переданная Фондом Грота Ребера.

Поиск «лепестков» был важен еще и потому, что только после проверки корреляции сигналов на Земле и в космосе можно установить, насколько стабильно работает водородный стандарт частоты, о котором говорилось выше. «Чем на более короткие длины волн мы идем, тем большее разрешение мы получаем; мы продолжаем проверять, как работает наш интерферометр, и всё более серьезные требования предъявляются к стабильности водородного стандарта частоты», — пояснил Юрий Ковалёв. Дополнительной проверкой успешной синхронизации времени стали результаты наблюдений 15 ноября пульсара в Крабовидной туманности. Пульсарной группой АКЦ была предложена идея использовать гигантские импульсы пульсаров, наблюдать их одновременно и на Земле, и в космосе и с помощью них совмещать космическую и наземную шкалы времени. Оказалось, что с помощью гигантских импульсов можно совмещать шкалу времени с точностью лучше микросекунды.

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 нужно. 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.

Ранняя научная программа, которая уже стартовала в самом конце января, организуется коллективами ученых из организаций и стран, сделавших вклад в развитие проекта «Радиоастрон». Ее составляют и предлагают международные рабочие группы по трем ключевым направлениям: физика струй в активных ядрах галактик, мазеры, пульсары и межзвездная среда. Список наземных станций, которые планируется использовать в ранней научной программе, включает, кроме уже названных, крупнейшие радиотелескопы GBT и Arecibo (США), Westerbork (Нидерланды), Medicina, Noto (Италия), Yebes (Испания), Usuda (Япония), EVN (Европейская РСДБ-сеть), LBA (Австралийская РСДБ-сеть) и др. Со многими из них уже достигнуты договоренности или получены одобрения заявок на наблюдения.

Юрий Ковалёв рассказал и о некоторых проблемах, которые, к счастью, не должны значительно повлиять на работу и результаты. Кроме уже упоминавшегося отказа одного стандарта частоты, по предварительным оценкам реальная чувствительность «Радиоастрона» на длинах волн 6 и 1,35 см оказывается меньше (предварительно: в 1,5-2 раза), чем измерявшейся в наземных тестах. На 92 и 18 см чувствительность близка к той, что измерялась на Земле или даже немного лучше. Это, впрочем, не станет серьезным препятствием для функционирования радиоинтерферометра, так как в интерфероме-трическом режиме на чувствительность всего интерферометра влияет корень из величины чувствительности каждого телескопа.

После окончания ранней научной программы (скорее всего — в конце 2012 года) начнутся исследования по ключевым научным программам и инициативным проектам, которые станут уже открытыми для заявителей со всего мира. Конкурс заявок на наблюдательные задачи будет объявлен в 2012 году.

Ольга Закутняя

Иллюстрации: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF, АКЦ ФИАН, НПО им. С. А. Лавочкина