Учёные «очистили» рентгеновское небо: сигнал Солнечной системы впервые отделили от дальнего космоса
Команда учёных из Института внеземной физики Общества Макса Планка (MPE) впервые смогла отделить рентгеновское свечение, возникающее в пределах Солнечной системы, от излучения дальнего космоса, которое ранее выглядело почти идентично. Это позволило получить наиболее точное на сегодняшний день представление о мягком рентгеновском небе в диапазоне энергий ниже 1 кэВ.
Речь идёт о SWCX (solar wind charge exchange) — сигнале, возникающем при взаимодействии ионов солнечного ветра с нейтральными атомами. Как объясняют исследователи, высокоэнергетические ионы, такие как углерод и кислород, захватывают электроны у нейтральных атомов в верхних слоях атмосферы Земли, в результате чего испускается рентгеновское излучение. Этот эффект представляет собой «повсеместный фоновый сигнал», который искажает практически все наблюдения диффузного мягкого рентгеновского неба.
Именно этот фактор долгое время мешал изучению ключевых космических объектов. Например, при наблюдении «Местного горячего пузыря» (Local Hot Bubble) — области горячей плазмы вокруг Солнечной системы — данные оказывались смещёнными из-за вклада SWCX. Аналогичные трудности возникали и при исследовании отдалённых областей, включая окраины скоплений галактик, где мягкое рентгеновское излучение играет важную роль для космологических моделей.
Точное определение вклада SWCX является очень важным, однако до сих пор удавалось лишь частично справиться с этой задачей. Решение стало возможным благодаря данным космического телескопа SRG/eROSITA. В отличие от орбитальных и наземных обсерваторий, он расположен в точке Лагранжа L2 на расстоянии около 1,5 миллиона километров от Земли — более чем в 4 раза дальше Луны. Это позволяет избежать влияния локального рентгеновского свечения, которое ранее мешало наблюдениям.
Вид, детально демонстрирующий последующее отделение фонового излучения SWCX от космического рентгеновского неба в западном полушарии Галактики. Источник: K. Dennerl (MPE)Исследователи использовали 4 обзора неба, выполненные eROSITA в период с 2019 по 2021 год. Эти данные охватывают переход от минимума солнечной активности к её росту, что позволило проследить изменения рентгеновского фона во времени. Сравнив наблюдения при разных уровнях активности Солнца, команда под руководством Конрада Деннерла смогла выделить «гелиосферную компоненту» сигнала и отделить её от излучения дальнего космоса.
Это дало возможность реконструировать картину мягкого рентгеновского неба Солнечной системы так, как она выглядела бы для наблюдателя за её пределами. Анализ показал, что рентгеновское излучение заметно эволюционирует в течение солнечного цикла: в период минимума оно слабое и сосредоточено вблизи экваториальных широт, а с ростом активности усиливается и распространяется к полюсам. Новая карта также подтвердила существование «полярной дыры» — области пониженного излучения, наблюдаемой вблизи минимума и постепенно исчезающей по мере роста активности.
Дополнительный анализ выявил и неожиданные особенности. В частности, была обнаружена локальная область усиленного рентгеновского излучения вблизи орбиты Земли, которая не обращается вокруг Солнца. Первоначально это противоречило ожиданиям, однако в итоге объяснение было найдено: источник связан с межзвёздным потоком газа, богатого атомами гелия. Гравитация Солнца искривляет их траектории, формируя концентрированный поток — «гелиевый фокусирующий конус», предсказанный ещё в 1970-е годы.
По мнению авторов, полученные результаты меняют сам подход к мягкой рентгеновской астрономии. То, что раньше считалось мешающим «шумом», теперь становится мощным инструментом диагностики. Разделение сигналов не только позволяет «очистить» наблюдения далёкой Вселенной, но и даёт новую информацию о солнечном ветре, его составе и взаимодействии с межзвёздной средой. Понимание рентгеновского излучения Солнечной системы является ключом к корректной интерпретации наблюдений всего диффузного рентгеновского неба.
© iXBT
