Учёные «очистили» рентгеновское небо: сигнал Солнечной системы впервые отделили от дальнего космоса

Ученые из Института внеземной физики Общества Макса Планка (MPE) совершили прорыв в рентгеновской астрономии: им удалось успешно отделить фоновое рентгеновское излучение самой Солнечной системы от излучения, приходящего из глубокого космоса. Ранее эти два сигнала практически сливались, что серьезно затрудняло анализ диффузного мягкого рентгеновского неба в диапазоне энергий ниже 1 кэВ.

Природа помех: эффект SWCX

Основным источником «загрязнения» данных является процесс перезарядки солнечного ветра (SWCX). Это явление происходит, когда высокоэнергетические ионы солнечного ветра (в основном углерод и кислород) сталкиваются с нейтральными атомами в верхних слоях земной атмосферы и «захватывают» их электроны. В ходе этой реакции испускается рентгеновское излучение. Этот паразитный фон накладывался на все астрономические наблюдения, искажая результаты изучения отдаленных объектов.

Долгое время из-за этого «шума» возникали трудности при исследовании «Местного горячего пузыря» (Local Hot Bubble) — области нагретой плазмы, окружающей нашу систему, а также при анализе окраин далеких скоплений галактик, где мягкое рентгеновское свечение является важным маркером космологических процессов.

Как телескоп eROSITA решил проблему

Ключом к успеху стали данные космического телескопа SRG/eROSITA. В отличие от обсерваторий, находящихся на орбите Земли, этот аппарат расположен в точке Лагранжа L2 — на расстоянии 1,5 миллиона километров от нашей планеты. Это позволило дистанцироваться от локальных источников излучения, искажавших данные.

Вид, детально демонстрирующий последующее отделение фонового излучения SWCX от космического рентгеновского неба в западном полушарии Галактики. Источник: K. Dennerl (MPE)

Эволюция рентгеновского фона

Команда под руководством Конрада Деннерла проанализировала четыре обзора неба, сделанных eROSITA в период с 2019 по 2021 год. Исследователи сопоставили данные, полученные на разных стадиях солнечного цикла — от минимума до активной фазы. В результате удалось не только выделить «гелиосферную компоненту», но и проследить, как она меняется во времени:

• В период минимума: излучение слабое и сконцентрировано у экваториальных широт.
• В период роста активности: сигнал усиливается и распространяется в сторону полюсов.
• Полярная дыра: ученые подтвердили существование области пониженного излучения вблизи минимума, которая постепенно нивелируется по мере роста активности Солнца.

Гелиевый фокусирующий конус

В ходе работы исследователи обнаружили неожиданную локальную область усиленного излучения около орбиты Земли. Объяснение нашлось в межзвездном потоке атомов гелия. Гравитация Солнца искривляет траектории этих частиц, создавая так называемый «гелиевый фокусирующий конус» — явление, теоретически предсказанное еще в 1970-х годах.

Данное исследование меняет подход к аналитике в мягком рентгеновском диапазоне. Бывший «шум» теперь стал ценным инструментом, позволяющим изучать солнечный ветер и его взаимодействие с межзвездной средой. Теперь, когда рентгеновское небо «очищено», астрофизики смогут более точно интерпретировать данные о строении Вселенной.