Рентгеновские обсерватории

Խ. ԱԲՈՎՅԱՆԻ ԱՆՎԱՆ ՀԱՅԿԱԿԱՆ ՊԵՏԱԿԱՆ ՄԱՆԿԱՎԱՐԺԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

ՌԵՖԵՐԱՏ

Ø  ՖԱԿՈՒԼՏԵՏ__ Մաթեմատիկայի, ֆիզիկայի և ինֆորմատիկայի

Ø  ԲԱԺԻՆ__ ֆիզիկա

Ø  ԿՈՒՐՍ__ I մագիստրաուրա

Ø  ԱՌԱՐԿԱ__ Տիեզերական աստղադիտակներ

Ø  ԹԵՄԱ__ Ռենտգենյան աստղադիտարանների

Ø  ԴԱՍԱԽՈՍ__ Սերգեյ Ներսիսյան

Ø  ՈՒՍԱՆՈՂՈՒՀԻ__ Մարգարիտա Դանիելյան

ԵՐԵՎԱՆ 2016 թ.

Ներածություն

Աստղագիտությունն ուսումնասիրում է մոլորակները, աստղերը և գալակտիկաները, որոնցից կազմված է Տիեզերքը: Աստղագետներն աշխատում են բացատրել այն ամենը, ինչ կարելի է տեսնել գիշերային երկնքում: Նրանք որոշում են նաև, օրինակ, աստղերի տարիքը և դրանց հեռավորությունը Երկրից:

Ժամանակակից աստղագետներն աստղային երկինքը դիտարկում են խոշոր աստղադիտարաններում տեղակայված գիտության վերջին նվաճումներով սարքավորված աստղադիտակներով:

Սկզբնական շրջանում ռենտգենյան աստղագիտությունը տիեզերքում հայտնաբերում էի միջուկային պայթյունները, իսկ այժմ օգնում է բացահայտել տիեզերքի գաղտնիքները:

Մինչև 20-րդ դարի սկիզբը աստղագետների կողմից հետազոտված և գրանցված երկնային մարմինների ճառագայթումը նկարագրում էր ջերմային ճառագայթմամբ, և լուրջ հիմքեր չկային ենթադրելու տիեզերքում գոյություն ունեցող զգալի քանակությամբ ռենտգենյան ճառագայթների մասին, որոնք գալիս էին շատ բարձր ջերմաստիճան ունեցող օբյեկտներից:

Առաջին ակնարկը, թե նման ճառագայթներ գոյություն ունեն, հայտնվել է քառասունական թվականների վերջին, երբ գրանցվեցին Արեգակից եկած ռենտգենյան ճառագայթները:

Ռենտգենյան աստղադիտարաններ

Տիեզերքում ռենտգենյան ալետիրույթի ուսումնասիրությունը սկսվել է ԱՄՆ-ու՝ երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ավարտից հետո: Ռենտգենյան ճառագայթները գրանցելու համար օգտագործում էին Հեյգերի հաշիվը, որը տեղադրում էին գերմանական հրթիռների վրա: 1949թ. այդ հրթիռներից մեկը որսաց առաջին ռենտգենյան ճառագայթները, որոնք գալիս էին Արեգակից, իսկ 1962թ հայտնաբերեցին առաջին ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրներն Արեգակնային համակարգից դուրս: Պարզել այդ օբյեկտների ճշգրիտ գտնվելու տեղը՝ դժվար էր. սարքավորումների զգայունությունն այնքան էլ մեծ չէր, սակայն այդ ժամանակ աստղագգետներին ավելի շատ հետաքրքրում էր դրանց գոյության փաստը: Ավելի բարդ սարքավորումներ տեղադրելը շահավետ չէր, քանի որ հրթիռը թռիչքի վերջում սարքավորումների հետ մեկտեղ ոչնչանում էր:

Ութ տարվա ընթացքում հնարավոր եղավ հայտնաբերել ռենտգենյան ճառագայթման քառասուն աղբյուր: Իրավիճակը կտրուկ փոխվեց, երբ արձակվեցին այնպիսի արբանյակներ, որոնք կարող էին երկար ժամանակ գտնվել տիեզերքում և ավելի մեծ ճշտությամբ աշխատել:

Հետաքրքիր տվյալներ ստացան <<Սալյուտ-4>> ուղեծրային կայանից, բացի այդ ռենտգենյան տպիչները կարողացան ուսումնասիրել մեծ էներգիական ալետիրույթ ունեցող աղբյուրներից եկած ճառագայթները:

Առաջին ուղեծրային ռենտգենյան աստղադիտակը <<ՈԻԽՈՒՌ>>-ն էր, որը տիեզերք է ուղարկվել 1970թ. (նկ. 1):

նկ 1 <<ՈՒԽՈՒՌ>> աստղադիտակը

Այն նախատեսված էր ամբողջ երկնքում ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրները հայտնաբերելու համար: <<ՈՒԽՈՒՌ>>-ի տիեզերական դիտոմները թույլ տվեցին գրանցել հազար անգամ փոքր ինտենսիվություն ունեցող ճառագայթներ: Հայտնաբերվել են տարբեր բնույթի ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրներ: Օրինակ՝ գրանցվել է Հերկուլես X-1 կրկնակի աստղից եկած կարճալիք ճառագայթները: Բացի այդ, այն գրանցել է գալակտիկաների կույտերից եկող ճառագայթները: Այն հայտնաբերել է նաև անհայտ մի օբյեկտ՝ Կարապ X-1, որը, ինչպես հետագայում պարզվեց, կապված է մեծ զանգվածով օբյեկտի հետ և չէր կարող լինել նեյտրոնային աստղ: Դրա համար էլ այն համարեցին սև խոռոչի առաջին թեկնածու: Հետագայում <<ՈՒԽՈՒՌ>>-ի հայտնաբերած օբյեկտները ուսումնասիրվեցին ավելի կատարելագործված աստղադիտակներով և ստացվեցին նորանոր տվյալներ: Այն տիեզերքում աշխատեց երեք տարի, ուղեծրից հեռացվեց 1973թ. մարտի 18-ին:

1978թ. տիեզերք ուղարկվեց նոր ռենտգենյան աստղադիտարան՝ <<Էյնշտեյն>>-ը (նկ. 2): Նրանում տեղադրված էր ռենտգենյան առաջին աստղադիտակը, 60 սմ տրամագծով՝ թեք հակմամբ հայելով:

նկ. 2 <<Էյնշտեյն>> աստղադիտարան

Մինչև <<Էյնշտեյն>>-ը աստղագետները երկնքի ռենտգենյան տիրույթին նայում էին <<անզեն աչքով>>, դրա համար էլ ռենտգենյան աստղագիտության մեջ այն հեղաշրջում կատարեց: <<Էյնշտեյնի>> խնդիրը ոչ միայն նոր ռենտգենյան օբյեկտների հայտնաբերումն էր, այլ նաև ողջ երկնքի հետազոտումը: Նրան հաջողվեց գրանցել այնպիսի մարմիններ, որոնց պայծառությունը միլիոն անգամ փոքր է SCO  X-1-ի պայծառությունից: Որոշվեց ավելի քան 7000 ռենտգենյան ճառագայթում արձակող օբյեկտների ճշգրիտ կոորդինատները: Հետազոտությունները ցույց տվեցին, որ յուրաքանչյուր աստղ, շնորհիվ ջերմ գազային լուսապսակի, համարվում է ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուր: Ռենտգենյան  երկինքը լցված է քվազարներըվ, ակտիվ գալակտիկաներով և գալակտիկաների կույտերով: Աստղադիտակը ուղեծրում աշխատեց 3 տարի և այնտեղից հեռացվեց 1982թ. մարտի 25-ին:

1992թ. օգոստոսին ՆԱՍՍԱ-ի կողմից հայտարարվեց նոր ռենտգենյան աստղադիտարանի ծրագիր, որի անվանումը որոշեցին բաց մրցույթում: Մրցույթին մասնակցում էին ավելի քան 61 երկիր, և արդյունքում որոշեցին աստղադիտակը անվանել <<Չանդրա>>՝ ի պատիվ 20-րդ դարի մեծ աստղաֆիզիկոս Սուբրահմանյա Չանդրասեկհարի: Աստղադիտակը տիեզերք ուղարկվեց անվանակոչությունից 7 ամիս անց: Փետրվարի 4-ին <<Գելեկսիսի>> C-5 հսկա ռազմական ինքնաթիռով Լոս-Անջելեսից այն տեղափոխվեց Կանավերալ, իսկ հուկիսիս 23-ին ուղարկվեց տիեզերք (նկ. 3):

նկ.3 <<Չանդրա>> աստղադիտարանը

Աստղադիտարանի երկարությունը 13,8 մ է: Այն բաղկացած է թեք հակմամբ հայելիների 2 համակարգից՝ 4 պարաբոլական հայելիներից, որոնք դրված են իրար վրա, և 4 հիպերբոլական հայելիներից՝ նույնպիսի դասավորությամբ:

<<Չանդրան>> կազմված է երեք հիմնական մասերից՝ ռենտգենյան աստղադիտակից, գիտական սարքավորումներից և տիեզերական ապարներից:

Մեծ ուշադրություն է դարձվում ջերմային վերահսկման համակարգին: Այն կարգավորում է ամբողջ աստղադիտարանի ջերմաստիճանը՝ հատկապես ռենտգենյան հայելիների մոտ, քանի որ ջերմաստիճանի փոքր փոփոխությունը կարող է հանգեցնել հայելու կենտրոնի խախտմանը, ինչն էլ վատթարացնումէ պատկերը: Հետազոտության ծրագիրը հավաքագրում է տեղեկություններ, որոնք պարբերաբար փոխանցվում են Երկիր:

Այն ժամանակ, երբ մեկնարկեց <<Չանդրան>>, տիեզերքում աշխատում կամ իրենց աշխատանքն էին ավարտել տասնյակ տիեզերական աստղադիտարանների: Սակայն նոր աստղադիտակը միանգամից ապացոցեց, որ նա ի վիճակի է առնվազն հիսում անգամ ավելի արդյունավետ գոործել իր նախորդներից: Նրանում տեղադրված առաջնակարգ տեսախցիկները հնարավորություն են տալիս ստանալ բարձր որակի պատկերներ՝ մինչև 0,5՛՛:

Հարց է առաջանում՝ ինչո՞ւ է անհրաժեշտ ռենտգենյանաստղագիտությունը: Ե՛վ մեր գալակտիկայում, և՛ նրանից դուրս կան բազմաթիվ ջերմ օբյեկտներ, որոնք ճառագայթում են ռենտգենյան տիրույթում: Այդպիսի օբյեկտներից են ռենտգենյան բաբախիչները, արագ կազմավորվող նեյտրոնային աստղերը՝ ուժեղ մագնիսական դաշտերով, որոնք օպտիկական աստղի հետ կազմում են կրկնակի համակարգ: Այդ գազը, դոնոր աստղից անցնելով նեյտրոնային աստղին, տաքանում է միլիոնավոր աստիճաններով և ճառագայթում է ռենտգենյան ճառագայթներ՝ համաձայն Վինի շեղման օրենքի՝ : Երբ սև խոռոչի մեջ ակրեցիայի հետևանքով նյութ է ընկնում, առաջանում է հզոր ռենտգենյան ճառագայթում: Ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուր կարող են հանդիսանալ միջգալակտիկական ջերմ գազը, ցանկացած տիպի աստղ, նույնիսկ մոլորակներ: Պարզ է, որ առանց ռենտգենյան տիրույթում հետազոտություններ կատարելու, տիեզերքի մասին գիտելիքները կլինեն ոչ լիարժեք:

<<Չանդրան>> ստացել է բազմաթիվ հետաքրքիր արդյունքներ, որոնցից անգամ դժվար է ընտրել ամենակարևորները: Այն գալակտիկաների միջուկներում հայտնաբերվել է բազմաթիվ սև խոռոչներ, և դրանով ապացուցել, որ նման օբյեկտները տարածված են ողջ տիեզերքում: Իհարկե, դրանք հնարավոր է դիտել նաև օպտիկական դիտակներով, բայց <<Չանդրան>> երկու-որոք անգամ ավելի արագ է հայտնաբերում: Այն առաջինն է նկարահանել սովորական աստղի քայքայումը, որը հայտնվել էր սև խոռոչի մոտ: Իսկ 2004թ հայտնաբերել է հզոր ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուր, որն իրենից ներկայացնում է Արեգակի զանգվածից մի քանի անգամ մեծ զանգված ունեցող սև խոռոչ: Ստացված տվյալների համակարգումից պարզվեց, որ տիեզերքում կան 300000000-ից ոչ պակաս սև խոռոչներ: 2002թ. այն առաջին անգամ հայտնաբերեց երկու սև խոռոչ նույն գալակտիկայում: 2005թ. հայտնաբերել է շատ հետաքրքիր նեյտրոնային աստղ: Կան հիմքեր ենթադրելու, որ այն իրենից ներկայացնում է գերնորի մնացորդ, որը Արեգակից ծանր է մոտ 40 անգամ: Մինչև այդ ենթադրել էին, որ մեծ զանգվածով աստղի պայթյունից հետո առաջանում է սև խոռոչ, բայց եթե նորահայտ աստղի զանգվածը ճիշտ է հաշվարկված, ապա մնում է ենթադրել, որ որոշ հսկա աստղերի պայթյունից առաջանում է համեմատաբար թեթև միջուկ, որը չի համարվում սև խոռոչ:

նկ.4 Քվազարների պայթման սխեման

<<Չանդրան>> հայտնաբերվել է հզոր ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրներ երկու քվազարների մոտ՝ 4C37.43 և 3C249.1: Այս աղբյուրները տասնյակ հազարավոր լուսատարի (լտ) հեռու են գալակտիկայի կենտրոնում դտնվող սև խոռոչներից: Քվազարների պայթունի ժամանակ առաջանում է այսպես կոչված <<սուպեր քամի>> (նկ. 4):

Ամերիկյան ռենտգենյան աստղադիտարանը՝ <<Չանդրան>>, տիեզերք էր ուղարկվել 1999թ.  և ենթադրվում էր, որ այն ուղեծրում կաշխատի 5 տարի: Սակայն ՆԱՍՍԱ-ն որոշեց երկարացնել աստղադիտարանի աշխատանքը 10 տարով՝ մինչև 2010թ. հուլիսի 31-ը:

ROSAT-ը գերմանական տիեզերական ռենտգենյան աստղադիտարան է, անվանել են ի պատիվ Ռենտգենի: Տիեզերքէ ուղարկվել 1990թ. հուլիսի 1-ին՝ Դելտա-2 հրթիռի օգնությամբ (նկ. 5): Գերմանիայի, ԱՄՆ-ի և Անգլիայի համատեղ նախագիծ է: ԱՍտղադիտարանում կան պատկերներն հստակ արտահայտող գերմանական արտադրության դիտակներ, իսկ առանցքային հարթությունում գտնվում են մեծ զգայունությամբ գերմանական հաշվիչներ և ամերիկյան սարքավորումներ, որոնք ստանում են հստակ պատկերներ:

նկ. 5 ROSAT

Աստղադիտարանի խնդիրը բաժանված էր երեք փուլի

1.       Երկամսյա դիտումներ, որի մեջ մտնում են աստղադիտակի տատանումների և ուղեծրի ստուգումը:

2.       Վեցամսյա հետազոտություններ, որի մեջ մտնում էր ամբողջ երկնքի ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրների և երկու ուլտրամանուշակագույն տիրույթների նկարահանումը:

3.       Վերջին փուլը տևել է մինչև ծրագրի ավարտը և նվիրված էր հստակ դիտումներին:

Ստացված տվյալներով կազմվել է կատալոգ, որում կան ավելի քան 150000 ռենտգենյան ճառագայթման օբյեկտներ:

Սկզբնական ծրագիրը նախատեսված էր 18 ամսվա համար, սակայն աստղադիտակը աշխատեց մինչև 1999թ. փետրվարի 12-ը:

2002թ. հեկտեմբերի 17-ին տիեզերք է ուղարկվել միջազգային աստղադիտարան <<Ինտեգրալ>>-ը, որի սարքավորումները հնարավորություն են տալիս ուսումնասիրել տիեզերքը կոշտ ռենտգենյան և գամմա ճառագայթումների տիրույթում:

Աստղադիտարանի հիմնական դիտակները նախատեսված են տիեզերական մարմինների ուսումնասիրությունը կոշտ ռենտգենյան և գամմա ճառագայթումների 15 կԷՎ-10 ՄԷՎ տիրույթներում: Աստղադիտարանը հմարավորություն ընձեռեց ուսումնասիրել օբյեկտներ, որոնք նախկինում եղել են <<թաքնված>>, նույնիսկ՝ կրկնակի <<թաքնված>>:

Բացի այն, որ նման էներգիայով ֆոտոնները անտեսանելի են մարդու աչքի համար, տիեզերքում կան գազափոշային ամպերի մեջ թաքնված ճառագայթման աղբյուրներ, որոնք ամբողջությամբ կլանում են ճառագայթած ցածր էներգիայով ֆոտոնները: Այդ պատճառով էլ օպտիկական, ուլտրամանուշակագույն, անգամ փափուկ ռենտգենյան տիրույթում աշխատող դիտակները չէին կարող տեսնել այդ օբյեկտները: Մեծ էներգիայով օժտված ֆոտոնները ազատորեն անցնում են գազի և փոշու միջով և բացահայտում նոր մանրամասներ տիեզերքի մասին:

Տեսնել <<թաքնված տիեզերքը>> հեշտ չէ: Ռենտգենյան և գամմա ֆոտոնների էներգիան շատ մեծ է, այդ պատճառով էլ դիտումներ կատարելու համար օգտագործել սովորական հայելային դիտակներ գրեթե անհնար է: Որպեսզի գամմա ֆոտոնները անդրադարձվեն հայելու մակերեսից, և ոչ թե կլանվեն, անհրաժեշտ է, որ անկման անկյունը լինի անհամեմատ փոքր: Մեծ էներգիայով ֆոտոնների ուսումնասիրության համար կիրառվում է ուրիշ մեթոդ՝ կոդավորում կամ ստվերային դիմակներ: Դրանց անվանում են նաև դիտակներ կոդավորող համակարգ:

նկ. 6 Դիտակ կոդավորող համակարգ

Դրանք աշխատում են հետևյալ սկզբունքով. ֆոտոնների զգայուն դետեկտորի վրա տեղադրում են անթափանց (օրինակ, վոլֆրամե) սկավառակ, որի վրա՝ որոշակի հերթականությամբ արված են անցքեր: Դա դիմակն է: Երբ աստղադիտակի վրա ընկնում է ֆոտոնների փունջը, դիմակը ստվեր է առաջացնում և դետերտորի վրա առաջանում է յուրօրինակ պատկեր՝ մութ և լուսավոր տիրույթներով: Ըստ այդ պատկերի էլ կարող ենք վերականգնել երկնքի պատկերը համապատասխան էներգիական տիրույթում (նկ. 6):

<<Ինտեգրալի>> հիմնական դիտակները ունեն բավականին մեծ տեսադաշտ 30x30⁰, ինչը հնարավորություն է տալիս միաժամանակ հետևել երկնքի բավականին լայն տիրույթներ (նկ. 7):

նկ. 7 <<Ինտեգրալ>> աստղադիտարանը

Աստղադիտարանի ուսումնասիրության հիմնական օբյեկտներն են սև խոռոչները, նեյտրոնային աստղերը, սպիտակ թզուկները, գալակտիկաների ակտիվ միջուկները, ռադիոակտիվ ճառագայթման գծերը, որոնք առաջանում են գալակտիկաների միջաստղային նյութում և մեր գալակտիկայում պոզիտրոնների անհիգիլացիան:

<<Ինտեգրալի>> ստացած հիմնական արդյունքներից կարելի է առանձնացնել գալակտիկայի կենտրոնի շրջակայքի քարտեզը, որը ստացվել է դիտումների առաջին տարում՝ շատ զգայուն ու կոշտ ռենտգենյան տիրույթում (նկ. 8):

նկ. 8 Գալակտիկայի կենտրոնի շրջակայքի քարտեզը

Ստացվել է նաև այդ տիրույթի անհիգիլացիայի սպեկտորը, հայտնաբերվել են մի շարք կոշտ ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրներ, այսպես կոչված անոմալ ռենտգենյան բաբախիչներից ճառագայթած նոր կոշտ ռենտգենյան բաղադրիչներ: Առաջին անգամ չափվել է գալակտիկայի համաչափության հարթության երկարության <<ողնաշարի>> ճառագայթումը 20 կԷՎ էներգիայից բարձր տիրույթում:

<<Ինտեգրալ>>-ը երկնքում կատարել է կոշտ ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրների հաշվարկ և այդ արդյունքների հիման վրա կազմվել է վիճակագրական բնութագիր՝ գալակտիկայում և նրանից դուրս գտնվող աղբյուրների միջև:

Եզրակացություն

Ռենտգենյան աստղագիտությունը սկսել է իր զարգացումը 1949թ.-ից և տիեզերքում ռենտգենյան ալետիրույթի ուսումնասիրության նպատակով տիեզերք արձակվեցին այնպիսի արբանյակներ, որոնք կարող էին երկար ժամանակ գտնվել տիեզերքում և ավելի մեծ ճշտությամբ աշխատել:

Ռենտգենյան աստղադիտարանի ուսումնասիրության հիմնական օբյեկտներն են սև խոռոչները, նեյտրոնային աստղերը, սպիտակ թզուկները, գալակտիկաների ակտիվ միջուկները, ռադիոակտիվ ճառագայթման գծերը, որոնք առաջանում են գալակտիկաների միջաստղային նյութում և մեր գալակտիկայում պոզիտրոնների անհիգիլացիան:

Ռենտգենյան աստղադիտարանի հիմնական խնդիրներից էր նաև հայտնաբերել կոշտ ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրներ և այդ արդյունքների հիման վրա կազմվել է վիճակագրական բնութագիր՝ գալակտիկայում և նրանից դուրս գտնվող աղբյուրների միջև:

Գրականություն

1. О. ЗАКЫТНЯЯ. Обсерватория <<Интеграл>>,  <<Наука и жизнь>> N 3. 2007. стр.3-8
2. БИСНОВАТЫЙ-КОГАН Г. С. Всплески Космического гамма-излучения: наблюдение и моделирование. <<Земля и Вселенная>> N 6. 2007
3. ГЕРАСЮТИН Ц. А Новое о работе космических обсерваторий. <<Земля и Вселенная>>, N 3. 2005 стр. 3-17
4. ЗАСОВА А. В. Инфракрасное небо. <<Земля и Вселенная>>, N 4. 2008