В Японии создали и испытали сверхточный рентгеновский телескоп
Исследовательская группа из Японии разработала компактный рентгеновский телескоп с экстремально высоким разрешением. Его оптика настолько точна, что теоретически позволяет различать объекты размером около 3,5 мм на расстоянии километра. Работа опубликована в Publications of the Astronomical Society of the Pacific и связана с подготовкой к запуску на зондирующей ракете в рамках программы FOXSI.
Главная цель проекта — улучшить наблюдение источников жесткого рентгеновского излучения, возникающего в самых энергичных процессах во Вселенной: солнечных вспышках, аккреционных дисках вокруг черных дыр и взрывах звезд. Такие сигналы нельзя зарегистрировать с Земли, поскольку атмосфера полностью их поглощает, поэтому наблюдения возможны только из космоса.
Почему рентгеновская оптика сложна
Проблема рентгеновских телескопов заключается в физике самих лучей. Они отражаются только при крайне малых углах падения, поэтому зеркало должно иметь нанометровую точность формы. Любое микроскопическое отклонение приводит к потере фокуса и размытию изображения.
Как отметил руководитель проекта Икуйюки Мицуиси из Нагойского университета:
«Зеркало подобно очень точной воронке для рентгеновских лучей. Если какая-либо часть воронки хотя бы немного смещена, рентгеновские лучи промахнутся мимо цели, и изображение размывается».
Дополнительная трудность — вибрации при запуске ракеты. Оптика должна сохранять геометрию даже при экстремальных механических нагрузках.
Как создавали зеркало
Ключевую роль сыграл центр SPring-8 в префектуре Хего, один из крупнейших источников синхротронного излучения. С помощью технологии электроформования здесь изготовили цельное никелевое зеркало диаметром 60 мм и высотой 200 мм без швов и соединений, что уменьшает искажения рентгеновского пучка.
Зеркало состоит из двух отражающих секций — параболической и гиперболической. В связке они обеспечивают двойное отражение и точную фокусировку луча на детекторе.
Проект стал результатом сотрудничества двух направлений: астрономического проектирования в Нагойском университете и разработки прецизионной оптики в SPring-8 и партнерских лабораториях. Это позволило довести систему до уровня, пригодного для космического применения.
Наземные испытания и «искусственные звезды»
Экспериментальная установка для тестирования рентгеновского телескопа включает 900-метровый вакуумированный коридор: рентгеновский луч проходит его и попадает на зеркало, после чего регистрируется детектором. Вакуумные трубки исключают влияние воздуха и повышают точность измерений.
Основная проблема заключалась в проверке качества телескопа до запуска. В астрономии для этого используют звезды, дающие практически параллельные лучи, однако воспроизвести такие условия на Земле крайне сложно.
Решение также было реализовано в SPring-8: там создали систему, имитирующую звезду. Точечный рентгеновский источник размером около 10 микрометров разместили на расстоянии 900 метров от телескопа. На такой дистанции лучи становятся почти параллельными, повторяя условия наблюдения космического объекта.
«Это первая наземная система, способная точно оценивать характеристики высокоразрешающих рентгеновских космических телескопов в диапазоне жестких рентгеновских энергий», — отметил Рюто Фудзи, первый автор работы.
Испытания в космосе и результаты
Телескоп вошел в состав миссии FOXSI-4, запущенной 17 апреля 2024 года с Аляски. В общей сложности на борту находилось семь рентгеновских инструментов. Устройство успешно зарегистрировало солнечную вспышку, подтвердив работоспособность конструкции в реальных условиях.
При анализе данных исследователи выявили ограничивающий фактор дальнейшего повышения разрешения — микроскопические дефекты поверхности зеркала. Это стало важной отправной точкой для следующего поколения оптики.
В перспективе команда планирует адаптировать подобные системы для малых спутников, включая кубсаты размером с обувную коробку. Это может существенно расширить доступ к высокоточной рентгеновской астрономии и удешевить космические наблюдения.
Обсерватория им. Веры Рубин обнаружила 11 000 астероидов за полтора месяца
«Хаббл» падает: легендарный телескоп может сгореть в атмосфере раньше, чем планировалось
