Ученые Института внеземной физики Макса Планка впервые отделили рентгеновское свечение Солнечной системы от космического фона
Команда ученых из Института внеземной физики Общества Макса Планка объявила о важном прорыве в рентгеновской астрономии. Исследователям впервые удалось разделить рентгеновское свечение, возникающее внутри нашей Солнечной системы, и фоновое излучение из глубокого космоса, которое выглядит похожим образом. Это достижение предоставило ученым самый четкий на сегодняшний день обзор мягкого рентгеновского неба с энергией ниже 1 кэВ.
Как пояснили исследователи, свечение Солнечной системы вызвано высокоэнергетическими ионами солнечного ветра, такими как углерод и кислород, которые захватывают нейтральные атомы в верхних слоях атмосферы Земли. Это явление, известное как SWCX-свечение (свечение от обмена зарядами с солнечным ветром), представляет собой «вездесущий фоновый сигнал», который влияет практически на все попытки изучения диффузного мягкого рентгеновского неба.
Из-за него, например, искажались данные ученых, пытавшихся исследовать Местный горячий пузырь — область горячей плазмы вокруг окрестностей Солнца. Этот же эффект мешал изучению мягкого рентгеновского фона на окраинах далеких скоплений галактик, данные о которых исследователи называют ключевыми для космологических моделей. Поэтому точное определение SWCX-свечения имеет критическое значение, однако до сих пор эта задача решалась лишь частично.
Чтобы завершить эту работу, команда во главе с Конрадом Деннерлом использовала данные, собранные космическим телескопом SRG/eROSITA. В отличие от наземных обсерваторий или телескопов на низкой околоземной орбите, SRG/eROSITA находится в точке Лагранжа L2, примерно в 1,5 миллионах километров от Земли. Такое расположение позволяет обсерватории избежать рентгеновского свечения, которое сводило на нет предыдущие попытки наблюдений.
Ученые использовали четыре обзора неба, полученных обсерваторией в период с 2019 по 2021 год, то есть от солнечного минимума до роста солнечной активности. Это позволило команде отследить изменения рентгеновского неба во времени.
Сравнив наблюдения за разные периоды солнечной активности, исследователи смогли выделить гелиосферную составляющую сигнала из фонового излучения глубокого космоса. Этот изолированный локальный сигнал позволил им реконструировать мягкое рентгеновское небо Солнечной системы таким, каким оно выглядело бы при наблюдении из-за ее пределов. Данные показали четкую эволюцию гелиосферного рентгеновского излучения в течение солнечного цикла.
Новая карта продемонстрировала, что во время солнечного минимума эмиссия была слабой и ограниченной низкими широтами, а затем усиливалась и распространялась на более высокие широты по мере роста солнечной активности. Карта также подтвердила наличие полярной «дыры» с пониженным рентгеновским излучением, которая присутствует около солнечного минимума и постепенно закрывается. Исследователь Габриэле Понти, который первым заметил изменяющуюся во времени эмиссию, сравнил этот процесс с тем, как если бы Солнечная система дышала рентгеновскими лучами.
Более детальный анализ данных также выявил неожиданные детали. Ученые обнаружили локализованную область усиленного рентгеновского излучения вблизи земной орбиты, которая не вращается вокруг Солнца. Хотя поначалу это показалось нарушением законов орбитальной механики, исследователи определили, что этот феномен вызван межзвездным «ветром» газа, наполненного атомами гелия, который течет сквозь Солнечную систему. Гравитация Солнца искривляет траектории этих атомов, создавая сконцентрированный поток с подветренной стороны — так называемый конус фокусировки гелия, существование которого было предсказано еще в 1970-х годах.
Обсуждая значение своего открытия, команда института заявила, что их результаты представляют собой смену парадигмы в мягкой рентгеновской астрономии, переопределяя то, что раньше считалось досадной помехой, в мощный диагностический инструмент.
Конрад Деннерл, один из первооткрывателей рентгеновского излучения комет в 1996 году, которое и объяснило природу мягкого рентгеновского свечения, отметил, что отслеживание того, как поток высокоэнергетических частиц, испускаемых Солнцем, изменяет наблюдаемую картину, имеет огромную научную ценность. По его словам, это не только позволяет очистить наблюдения за далекой Вселенной, но и дает беспрецедентное понимание физики Солнца и гелиосферной динамики.
Исследователи также подчеркнули, что их открытие демонстрирует роль телескопа eROSITA в развитии как гелиофизики, так и астрофизики, а также важность учета рентгеновских данных, связанных с процессами в Солнечной системе. Понимание рентгеновского излучения нашей Солнечной системы является ключом к правильной интерпретации наблюдений диффузного рентгеновского неба.
Исследование в журнале Science.