Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени - от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Первый рентгеновский источник вне Солнечной системы открыт в 1962 г.

Другой тип приборов, которые используются для детектирования рентгеновских фотонов, называется сцинтилляционными детекторами. Рабочим телом в них являются, например, кристаллы йодида натрия (NaI) или йодида цезия (CsI). При попадании рентгеновского фотона в вещество детектора происходит ионизация, энергия образующихся электронов тем или иным способом возбуждает атомы или молекулы (механизм зависит от типа детектора), которые затем переизлучают в оптическом или УФ-диапазоне. Эти вспышки можно зарегистрировать с помощью обычных фотодетекторов.

Рентгеновские детекторы обычно регистрируют отдельные кванты.

Также в научных приборах применяются твердотельные полупроводниковые детекторы на основе германия или теллура и кадмия. Рентгеновские фотоны, попадая в полупроводник, порождают электронно-дырочные пары, которые можно зарегистрировать. Такие детекторы установлены, например, на европейском спутнике INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory, Международная астрофизическая гамма-обсерватория, «Интеграл»), где для достижения хорошего углового разрешения используют кодирующую апертуру. Перед детектором устанавливается маска, состоящая из прозрачных и непрозрачных элементов, а анализ сложной теневой картины позволяет с высокой (для жесткого рентгеновского диапазона) точностью восстановить карту распределения источников в поле зрения.

Угловое разрешение в рентгеновском диапазоне даже с помощью простых приборов заметно выше, чем в гамма-диапазоне. В частности, это позволило в конце 1990-х гг. решить загадку космических гамма-всплесков. Одновременная регистрация события в гамма- и рентгеновских лучах позволила получить достаточно точные координаты, которые были использованы для оптических наблюдений. Благодаря этому была идентифицирована галактика, в которой произошел всплеск, и тем самым подтверждена космологическая природа этого явления.

Зеркальные фокусирующие системы позволяют улучшить чувствительность и угловое разрешение рентгеновских телескопов.

Наконец, существует возможность использования фокусирующей оптики. Ее разработки начиная с 1960-х гг. проводили Риккардо Джиаккони и Бруно Росси (Bruno Rossi). В крупном масштабе она была впервые применена на спутнике HEAO-2 (High Energy Astrophysics Observatory, Высокоэнергетическая астрофизическая обсерватория, или Обсерватория «Эйнштейн»), запущенном в 1978 г. (до этого несколько небольших прототипов для солнечных наблюдений летали на спутниках и на борту орбитальной станции Skylab). Рентгеновские лучи не только плохо преломляются, но и плохо отражаются, поэтому используются зеркала косого падения – набор вложенных друг в друга конусообразных зеркал с металлическим напылением. Лучи, падающие под малым углом к зеркалу (практически параллельно его поверхности), могут отражаться и тем самым фокусироваться. Это позволяет достичь и высокой чувствительности, и высокого углового разрешения.

Начиная с 1970-х гг. рентгеновская астрономия активно развивалась в США и Европе, а также в СССР (России) и Японии, сейчас к исследованиям активно подключаются Индия и Китай. На текущий момент наиболее совершенными рентгеновскими обсерваториями являются американский спутник Chandra и европейский XMM-Newton (оба аппарата запущены в 1999 г.), где в качестве детекторов используются ПЗС-матрицы, работающие в рентгеновском диапазоне. Chandra является рекордсменом по угловому разрешению, а XMM-Newton – по собирающей поверхности.

В настоящее время разрабатываются новые подходы к созданию зеркал для рентгеновских наблюдений, поскольку существующая технология крайне дорогая, а рентгеновские зеркала являются очень тяжелыми: стоимость спутника Chandra превосходит $1,5 млрд, а его масса составляет чуть менее 5 т.

Для использования фокусирующей оптики на более высоких энергиях понадобится система с большим фокусным расстоянием. Предполагается, что будущий космический телескоп будет состоять из двух аппаратов, на одном из которых установлен блок оптики, а на втором – детекторы. Прототипом такой установки является находящийся на орбите спутник NASA NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope ARray, Массив ядерных спектроскопических телескопов), в котором две части соединены раздвижной фермой. Реализация двухаппаратной концепции в случае свободного полета потребует решения ряда сложных технических проблем.

Рентгеновские наблюдения позволяют достаточно быстро покрывать большую площадь неба (если речь не идет о наблюдениях с фокусирующей оптикой), что способствует проведению обзорных наблюдений и поиску транзиентных (вспыхивающих) объектов. К числу недавних важных открытий следует отнести обнаружение приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами и регистрацию рентгеновских вспышек при выходе ударной волны сверхновой из оболочки звезды.