Перші зображення, зроблені передовою місією, були представлені на 7-му семінарі консорціуму Einstein Probe у Пекіні. Вони демонструють весь потенціал зонда та показують, що його оптика, яка імітує очі омара, готова контролювати рентгенівське небо. Космічний рентгенівський телескоп отримав світлини кількох відомих небесних об’єктів, щоб дати науковцям натяк на те, на що здатна місія.

Космічний апарат Einstein Probe (зонд «Айнштайн») Китайської академії наук (Chinese Academy of Sciences, CAS), запущений 9 січня 2024 року, приєднався до телескопів XMM-Newton Європейського космічного агентства (European Space Agency, ESA) та XRISM Японського агентства аерокосмічних досліджень (Japan Aerospace Exploration Agency) в їхній роботі з відкриття Всесвіту в рентгенівському світлі. Ця місія є результатом співпраці під керівництвом CAS з ESA, Інститутом позаземної фізики Макса Планка (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, MPE) в Німеччині та Національним центром космічних досліджень (National Centre for Space Studies, CNES) у Франції.

За кілька місяців після старту оперативна група місії виконала потрібні тести для підтвердження функціональності космічного апарата та калібрування наукових приладів. Під час цього вирішального етапу зонд «Айнштайн» збирав наукові дані з різних джерел рентгенівського випромінювання.

Перші знімки демонструють надзвичайні можливості двох наукових інструментів зонда. Ширококутний рентгенівський телескоп (Wide-field X-ray Telescope, WXT) може на одному знімку зафіксувати панораму площею майже однієї одинадцятої частини небесної, натомість більш чутливий телескоп для докладніших рентгенівських спостережень (Follow-up X-ray Telescope, FXT) дає змогу робити знімки крупним планом і точно визначити швидкоплинні події, зареєстровані WXT.

«Я радий побачити перші результати спостережень зонда Ейнштейна, які демонструють здатність місії вивчати широкі простори рентгенівського неба та швидко відкривати нові небесні джерела», — сказав професор Керол Манделл (Carole Mundell), науковий директор ESA. «Ці перші дані дають нам спокусливе уявлення про високоенергетичний динамічний Всесвіт, який незабаром стане доступним для наших наукових спільнот. Вітаємо колективи науковців та інженерів CAS, MPE, CNES і ESA з досягненням цієї важливої віхи».

Здатність місії оперативно виявляти нові джерела рентгенівського випромінювання та відстежувати, як вони змінюються з часом, має фундаментальне значення для покращення розуміння найенергетичніших процесів у космосі. Потужне рентгенівське випромінювання пронизує Всесвіт, коли стикаються нейтронні зорі, вибухають наднові, а чорні діри поглинають матерію чи коли вона зазнає викидів через нищівні магнітні поля, які огортають ці об’єкти.

Очі омара спостерігають за Всесвітом

Панорамне зображення Молочного Шляху в рентгенівському світлі, зроблене в рамках кампанії калібрування та тестування зонда «Айнштайн» в космосі. Під час цього тестового спостереження, яке тривало понад 11 годин, зонд виявив різні небесні об'єкти, що генерують рентгенівське випромінювання. Кожен об’єкт зображено у вигляді фіолетового хреста завдяки принципу роботи нової оптики «око омара» космічного апарата. Рентгенівські спостереження показані поверх оптичного зображення Молочного Шляху, створеного наземними телескопами Європейської південної обсерваторії.

Ширококутний рентгенівський телескоп (Wide-field X-ray Telescope, WXT) зонда «Айнштайн» складається з дванадцяти модулів, які охоплюють понад 3600 квадратних градусів небесної сфери. Зонд може отримати повне зображення нічного неба за три оберти навколо Землі. Спостерігаючи за небом, місія помічатиме рентгенівські промені від потужних подій, таких як наднові зорі, падіння речовини в чорні діри або навіть зіткнення нейтронних зір. Телескоп для докладніших рентгенівських спостережень (Follow-up X-ray Telescope, FXT) може згодом отримати знімки цих об’єктів більшого масштабу й надати докладнішу інформацію про них.

На зображенні видно дещо яскравішу смугу, як порівняти з темним тлом, що пролягає зліва направо. На неї накладено темнішу хмароподібну структуру. На цій картині виділяються приблизно двадцять фіолетових хрестів. Вони мають форму знака плюс і яскраву крапку посередині. Один із хрестів значно яскравіший за інші та розташований у верхній частині зображення. Поверх тла та спостережних хрестів розташована сітка квадратів. Фото з сайту www.esa.int.

Приймач WXT Einstein Probe складається з дванадцяти модулів, що містять нову технологію ока лобстера, яка була випробувана в польоті в 2022 році демонстратором технологій LEIA (Lobster Eye Imager for Astronomy). Дванадцять модулів забезпечують поле зору понад 3600 квадратних градусів, що дає змогу зонду «Айнштайн» оглянути все нічне небо лише за три орбіти.

Це зображення ілюструє вимірювальний механізм Ширококутного рентгенівського телескопа зонда «Айнштайн». Рентгенівські промені, що надходять із Всесвіту, потрапляють у телескоп і проходять квадратними трубками до приймача випромінювання CMOS, де вони створюють зображення у формі «плюс».

Деякі рентгенівські промені не взаємодіють зі стінками квадратних трубок і можуть потрапити на приймач у будь-якому місці. Однак більшість рентгенівських променів відбиватимуться на стінках. Рентгенівські промені, які відбиваються лише від верхньої або нижньої стінки, спричинять появу горизонтальної смуги на приймачі. Так само рентгенівські промені, які відбиваються лише від лівої чи правої стінки, спричинять вертикальну смугу. Нарешті, рентгенівські промені, які відбиваються від двох стінок, тобто зазнають подвійного відбиття, потрапляють у середину зображення, спричиняючи інтенсивний сигнал. Фото з сайту www.esa.int.

У перші місяці перебування в космосі WXT почав пильно стежити за рентгенівським небом. Зображення виявлених енергетичних об’єктів мають вигляд підсвіченого знака «плюс» через особливість роботи оптики приладу, яку називають «око лобстера». 19 лютого було виявлено перше швидкоплинне джерело рентгенівського випромінювання — астрономічний об’єкт, який не світить безперервно, а з’являється і знову гасне. Цей потенційний гамма-спалах тривав 100 секунд. Зонд «Айнштайн» виявив ще 14 тимчасових джерел рентгенівського випромінювання, а також зафіксував рентгенівські промені від 127 зір, що спалахнули.

Під час місії результати спостережень ширококутного телескопа будуть використовувати кілька наземних і космічних телескопів для виконання подальших спостережень у кількох діапазонах довжин хвиль. Докладні рентгенівські спостереження також можна виконати за допомогою телескопа FXT, встановленого на облавку зонда.

Швидкі подальші спостереження

Інструмент FXT Einstein Probe має набір із двох рентгенівських телескопів для детального вивчення об’єктів і подій, що випромінюють рентгенівські промені. Протягом останніх місяців FXT довів себе як надійний інструмент для спостереження за різними джерелами рентгенівського випромінювання. На перших зображеннях видно залишок наднової, еліптичну галактику, кулясте скупчення та туманність. Примітно, що 20 березня 2024 р. FXT вже виконав докладне спостереження рентгенівської події, яку спершу помітив WXT.

«Вражає те, що, хоча інструменти ще не були повністю відкалібровані, ми вже могли виконати критичне за перебігом часу спостереження за допомогою інструменту FXT швидкого рентгенівського перехідного процесу, який вперше виявив WXT», — пояснив доктор Ерік Кулкерс (Erik Kuulkers), науковець проєкту Einstein Probe від ESA. «Це показує, на що буде здатний зонд Ейнштейна під час свого дослідження».

Омега Кентавра — найбільше зоряне скупчення в Молочному Шляху, його маса в мільйон разів перевищує масу Сонця. Протягом перших місяців перебування зонда «Айнштейн» в космосі спостереження за добре відомим скупченням допомогли перевірити та відкалібрувати якість зображень від його телескопів.

Подвійні системи, що містять звичайну зорю та чорну діру чи нейтронну зорю, генерують рентгенівське випромінювання, коли речовина зорі падає на її масивнішого компаньйона. Багато таких систем містяться в Омега Кентавра, завдяки чому воно яскраво світить у рентгенівських променях. Телескоп для докладніших рентгенівських спостережень Einstein Probe спостерігав структуру та ділянку ядра кулястого скупчення.

Зображення квадратне, але повернуте на 45 градусів на чорному тлі тому має вигляд ромба із сотнями блакитних вогнів. Кілька світлих цяток більші, пурпурного кольору в центрі та розташовані біля країв зображення. У центрі є менші світлі точки, розташовані близько одна до одної. Вони створюють яскравіший центр зображення. Фото з сайту www.esa.int.

Що далі?

У найближчі місяці науковці, які працюють із зондом «Айнштайн», продовжать калібрування на орбіті, перш ніж приблизно в середині червня розпочнуть звичайні наукові спостереження. Під час трирічної місії зонд буде обертатися навколо Землі на висоті 600 км і дивитися на небо в пошуках швидкоплинних рентгенівських явищ. За допомогою телескопа FXT місія буде глибше спостерігати виявлені події та інші відомі цікаві об’єкти.

Зображення Puppis A (Корма A) в рентгенівському світлі, зроблене в рамках кампанії тестування та калібрування зонда «Айнштайн». Корма A — це залишок вибуху наднової, що стався 4000 років тому. Яскрава цятка в центрі зображення є залишком зорі. Хмароподібна структура, що її оточує, походить від гарячої речовини, яка утворюється та викидається під час наднової. Це зображення зробив рентгенівський телескоп (FXT) зонда «Айнштейн». Разом із цим зображенням FXT також надав спектр джерела, який показує розподіл енергії його випромінювання. Це дає змогу науковцям з’ясувати, які елементи присутні в цьому залишку наднової. Фото з сайту www.esa.int.

Можливості зонда «Айнштайн» суттєво доповнюють поглиблені дослідження окремих космічних джерел, які виконують рентгенівські телескопи XMM-Newton і XRISM. Його огляд неба має основне значення для підготовки до рентгенівських спостережень майбутньою місією ESA NewAthena, яку наразі планують і яка стане найбільшою рентгенівською обсерваторією, коли-небудь побудованою.

Зонд «Айнштейн» — це міжнародна спільна місія під керівництвом Академії наук Китаю з Європейським космічним агентством, Інститутом позаземної фізики Макса Планка і Національним центром космічних досліджень Франції. ESA та MPE надали основні компоненти FXT. ESA також надало підтримку для тестування та калібрування детекторів рентгенівського випромінювання та оптики WXT. Наземні станції ESA використовуватимуться для завантаження даних, тоді як CNES надає наземну мережу прийому VHF (very high frequency — дуже високої частоти) для швидкої передачі наукових даних у режимі реального часу. В обмін на свій внесок ESA отримає доступ до 10% наукових даних зонда «Айнштейн».

За інф. з сайту www.esa.int