Два десятилетия обсерватория NASA имени Нила Герелса Swift откликалась на сигналы из высокоэнергетической Вселенной. Теперь её научная миссия подходит к концу — как раз тогда, когда её возможности могли бы быть особенно ценны. Аппарат неконтролируемо снижается и, вероятно, сгорит в атмосфере Земли в ближайшие дни.
Телескоп запустили в 2004 году, чтобы раскрыть тайны гамма-всплесков. Это самые мощные из известных учёным вспышек, но зачастую они угасали прежде, чем прежние телескопы успевали на них навести. Swift получил своё название благодаря способности быстро приступать к наблюдениям после вспышки. Это качество помогло изучить загадочные гамма-всплески и превратило обсерваторию в одну из опор современной астрономии — на гораздо более долгий срок, чем учёные могли предположить.
«Изначально это была двухлетняя миссия, — говорит астрофизик Брэд Сенкo из Центра космических полётов NASA имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. — Скоро начнётся 22-й год. Нам невероятно повезло получить возможность сделать всё, что мы сделали».
За десятилетия аппарат потерял около половины первоначальной высоты орбиты: он постоянно сталкивался с молекулами атмосферы. Эти крошечные столкновения едва заметно замедляли обсерваторию и постепенно приближали её к Земле. В последние годы процесс ускорила повышенная активность Солнца. Теперь аппарат не сможет проработать до 2030-х годов, как надеялись инженеры. В начале июля был запущен аппарат, заказанный NASA, чтобы поднять Swift на более безопасную орбиту. Однако к концу августа технические неполадки сделали попытку поднятия невозможной.
Swift обречён, а замены его уникальным возможностям пока нет.
Наблюдения гамма-всплесков
Когда учёные задумали миссию Swift, гамма-всплески привлекали их огромной мощностью и неуловимостью. Астрономы стремились понять, как они возникают.
Swift оснастили тремя приборами. Телескоп гамма-всплесков позволял обнаруживать гамма-излучение почти с половины видимого неба и определять, откуда оно исходит. Затем манёвренный аппарат мог быстро развернуться и направить на нужный участок не только этот телескоп, но и два других прибора: один для наблюдений в рентгеновском диапазоне, второй — в видимом и ультрафиолетовом. Ни до Swift, ни после него не было обсерватории с таким сочетанием возможностей.
«Это по-настоящему уникальный телескоп, — говорит астрофизик Вэнь-Фэй Фонг из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, не входящая в научную группу миссии. — Он позволяет наблюдать Вселенную в разных диапазонах в рамках одной обсерватории. Само по себе это редкость, но к тому же любой из приборов можно быстро навести на нужный участок».
Достижения Swift показывают, насколько удачным оказалось это сочетание. «Почти сразу после запуска Swift начал делать открытия», — говорит астрофизик Линн Комински из Университета штата Сонома в Ронерт-Парке, штат Калифорния. Это не преувеличение: одно из первых рекордных наблюдений, проведённое всего через месяц после запуска, показало, что звёздные остатки с мощными магнитными полями переживают вспышки, оставляющие характерный гамма-сигнал.
В этой анимации художник изображает мощный гамма-всплеск, произошедший в декабре 2004 года, через месяц после запуска Swift. Наблюдения телескопа помогли учёным установить, что причиной всплеска стала нейтронная звезда с чрезвычайно сильным магнитным полем.
До этого наблюдения учёные делили гамма-всплески на две категории. Длинные могли продолжаться несколько минут; считалось, что они возникают при взрывах звёзд, сопровождающихся появлением сверхновых. Короткие гамма-всплески длились менее двух секунд, и учёные полагали, что их источник — сливающиеся нейтронные звёзды. Это сверхплотные остатки звёзд, достаточно массивных для взрыва, но недостаточно массивных для образования чёрной дыры.
Swift подтвердил эту общую картину, но одновременно усложнил её: телескоп обнаружил всплески, которые не укладывались в такое разделение. «Чем больше данных получаешь, тем больше возникает вопросов», — говорит Комински. Среди других примечательных наблюдений Swift — самый яркий гамма-всплеск за всю историю наблюдений, получивший прозвище BOAT, фотоны с самой высокой энергией, зарегистрированные при таком всплеске, а также несколько кандидатов на звание самого далёкого гамма-всплеска.
Примечательно, что данные Swift сразу становились общедоступными, хотя учёные миссии ещё продолжали разбираться в результатах наблюдений. «Тогда это было в новинку», — говорит Фонг и отмечает, что пример миссии побудил другие обсерватории последовать её примеру.
Не только гамма-всплески
Узнав о работе Swift, другие астрономы поняли, что обсерватория может быть полезна и для их исследований. Со временем они стали просить предоставить манёвренный телескоп для изучения самых разных объектов, меняющихся на небе.
«Дайте учёным инструмент для одной задачи — и они найдут ему и другие применения», — говорит астрофизик Фил Эванс из Лестерского университета в Англии. В последние годы Swift наблюдал от пяти до десяти «объектов по запросу» в большинство дней — сотни, а иногда и тысячи за год.
Особенно важными стали совместные наблюдения с обсерваториями, которые искали нейтрино и гравитационные волны. Нейтрино — почти не взаимодействующие с веществом частицы, движущиеся почти со скоростью света. Гравитационные волны — колебания пространства-времени, возникающие при движении массивных объектов. В 2017 году Swift участвовал в двух открытиях, произошедших одно за другим: необычном взрыве, вызванном слиянием двух нейтронных звёзд, и первом нейтрино, источник которого удалось установить.
С тех пор все попытки обнаружить свет, связанный с сигналом нейтрино или гравитационных волн, не принесли результата. «Тогда мы получили два таких сигнала почти подряд, а после этого — ничего, — говорит Эванс. — Это раздражает, но в то же время интересно».
Последние наблюдения
Некоторые задачи Swift смогут взять на себя действующие и будущие обсерватории, но не все. Даже за шесть месяцев в этом году, когда Swift приостановил работу перед попыткой поднять его орбиту, учёные ощутили его отсутствие, говорит астрофизик Джудит Расусин из Центра космических полётов NASA имени Годдарда. В первые годы работы Swift она занималась этой миссией, а затем переключилась на космический гамма-телескоп NASA Fermi, запущенный в 2008 году. У него другие сильные стороны. «Нам будет его не хватать, — говорит Расусин о Swift. — Мы лишимся возможности наблюдать не только обычные события, которых бывают тысячи, но и действительно редкие и необычные — зачастую именно они дают нам больше всего знаний».
Перед завершением миссии команда постаралась получить от Swift как можно больше научных данных. Когда от попытки поднять орбиту отказались, приборы снова включили для заключительного этапа наблюдений. В него вошли технические измерения, которые должны помочь обеспечить использование уже собранных данных, а также косвенные наблюдения за атмосферой Земли на высотах, которые многие аппараты не выдерживают. В последние недели Swift успел понаблюдать и за кометой.
Разумеется, телескоп продолжал следить и за гамма-всплесками. Один особенно интересный всплеск произошёл в конце сентября: его источник находился очень далеко, а энергия была необычайно высокой.
«Это немного похоже на последний яркий выход Swift, — говорит Расусин об этом событии. — Мы будем изучать этот всплеск ещё долго, и я очень рада, что успели получить данные Swift».