Режим интерферометра Земля-Космос


Космическая обсерватория Миллиметрон в составе наземно-космического интерферометра позволит достичь рекордно высокого углового разрешения, которое необходимо для изучения очень компактных астрофизических объектов– черных дыр, пульсаров и мазеров.

Ключевые научные задачи обсерватории в этом режиме:

  • силуэты черных дыр

  • радиационно-недостаточные (слабые) аккреционные потоки

  • физика джетов

  • двойные системы с черными дырами звездных масс и микроквазары


Структура и физика пространства около горизонта черных дыр, ускорители космических лучей.

Черные дыры– одно из наиболее интересных предсказаний Общей теории относительности, и попытки доказать или опровергнуть их существование являются одной из главных задач астрономии. Черные дыры являются чрезвычайно компактными образованиями, поэтому для наблюдения непосредственной окрестности черных дыр нужно очень высокое угловое разрешение. Для всех известных сейчас объектов угловой диаметр горизонта черной дыры не более 20 угловых микросекунд. Прогресс в этой области позволяет ожидать, что ответ будет получен в недалеком будущем. Так, наземно-космический интерферометр Радиоастрон с наилучшим разрешением 7.5 микросекунд дуги уже проводит наблюдения сверхмассивной черной дыры в галактике М87. Наземный «Телескоп Горизонта Событий», работающий в миллиметровом диапазоне, возможно, разрешит область размером порядка размеров черной дыры в центре нашей Галактики.

Модельное распределение потока излучения на изображении черной дыры в галактике M87 для различных моделей излучающей области. Источник: V. Fish и др., High-Angular-Resolution and High-Sensitivity Science Enabled by Beamformed ALMA, arXiv astro-ph: 1309.3519

Миллиметрон, работая совместно с наземными телескопами, позволит достичь сверхвысокого углового разрешения, а значит, не просто разрешить область размером с черную дыру, а детально исследовать ее окрестности: гравитационное линзирование диска, структуру магнитного поля. Это позволит выяснить, могут ли существующие там физические условия способствовать ускорению космических лучей сверхвысоких энергий, и разобраться с моделями формирования джета.

Благодаря высокому угловому разрешению, предполагается исследовать не только две наиболее крупные (по угловому размеру) черные дыры в нашей Галактике и в М87, но и не менее 10 других объектов, покрывающих широкий диапазон масс, и аккрецирующих в различных режимах. Помимо сверхмассивных черных дыр будут наблюдаться и черные дыры звездных масс в двойных системах.


Кратковременные события: структура и физика сильных взрывов и их направленность, пульсары с плоскими спектрами.

  • определение асимметрии оболочек сверхновых

  • наблюдения светового цилиндра пульсара

В первые дни после взрыва сверхновой ее остаток является чрезвычайно компактным. Вместе с тем, наблюдение этого остатка в ранние моменты позволит измерить исходную анизотропию и асимметрию взрыва, до того, как взаимодействие с окружающей средой значительно исказит траекторию разлета вещества сверхновой.

Большинство радиопульсаров имеют спектр, быстро спадающий с частотой. Однако, несколько объектов демонстрировали вспышки, в ходе которых пульсации наблюдались и на частотах в десятки ГГц. Обнаружение подобной достаточно мощной вспышки позволит в режиме наземно-космического интерферометра впервые разрешить световой цилиндр пульсара, и даст неоценимую информацию для моделей излучения этих объектов.


Формирование и эволюция галактик, звезд и планетных систем.

  • структура мазеров в миллиметровом диапазоне

Космические мазеры обнаружены в областях звездообразования нашей и других галактик, в звездных атмосферах, протопланетных дисках, остатках сверхновых, и даже аккреционных дисках вокруг сверхмассивных черных дыр. Благодаря мазерному усилению излучения эти объекты имеют высокую яркостную температуру и могут наблюдаться в режиме интерферометра, однако они столь компактны, что многие мазерные пятна не разрешаются наземными интерферометрами, поэтому для изучения их физических параметров необходимо более высокое угловое разрешение.

Наиболее изучены в диапазоне Миллиметрона мазеры воды на частоте около 22 ГГц (длина волны 1.35 см). Наблюдения таких мазеров в аккреционных дисках сверхмассивных черных дыр в других галактиках («мегамазеров») позволяют с наибольшей точностью измерить массу черной дыры, а также с высокой точностью измерить космологическое расстояние до галактики.

Гораздо меньше изучены мазеры на более высоких частотах. Известны водяные мазеры на частотах 183.3 ГГц, 232.7 ГГц, 325.1 ГГц и других, мазеры метанола (на частотах 44ГГц, 95ГГц и других), мазеры оксида кремния и другие. Одновременное наблюдение мазеров в одном и том же объекте на разных частотах позволит гораздо лучше установить физические условия, приводящие к мазерному усилению, а высокое разрешение необходимо чтобы изучить пространственное распределение мазеров в объекте.