По своей чувствительности и энергетическому разрешению в гамма-линиях гамма-спектрометр SPI намного превосходит существовавшие до сих пор приборы. Он состоит из 19 детекторов, изготовленных из чистого германия, охлаждаемых до температуры 90 градусов Кельвина и работающих в диапазоне энергий от 20 кэВ до 8 МэВ (разработчики CESR, Франция и MPE, Германия)

Гамма-телескоп IBIS позволяет получать жесткие рентгеновские и гамма-изображения неба с очень высоким угловым разрешением (мин дуги) и с чувствительностью, на порядок и более превосходящей ту, что достигалась в предыдущих экспериментах Телескоп обеспечивает локализацию источников с точностью до 30 сек дуги в диапазоне 15 кэВ - 10 МэВ. Уникальные позиционно-чувствительные детекторы телескопа состоят из десятков тысяч полупроводниковых (CdTe) и кристаллических (CsI[Tl]) элементов. (разработчики INAF/IASF, Италия и CEA-Saclay, Франция, имеет два слоя детекторов ISGRI и PICSIT)

Монитор рентгеновских лучей JEM-X играет важную роль в отождествлении гамма- источников. Он проводит наблюдения синхронно с другими приборами в диапазоне 3-35 кэВ. В этом телескопе (как и в IBIS, и в SPI) используется метод кодирующей апертуры. (DSRI, Дания)

Оптический монитор OMC позволяет проводить синхронные наблюдения оптического излучения рентгеновских и гамма-источников. Монитор способен регистрировать объекты до 18.2 звездной величиной при экспозиции в 1000 сек. (INTA/LAEFF, Испания)

Оповещение научной общественности России о возможности получения наблюдательного времени инструментами проекта ИНТЕГРАЛ.

Разработка и выдача в научные учреждения России предложений по условиям и срокам подачи заявок в РЦНД на научные наблюдения инструментами обсерватории ИНТЕГРАЛ.

Сбор заявок от российских ученых на научные наблюдения в рамках проекта ИНТЕГРАЛ, их обработка, систематизация и проведение предварительной оценки технической осуществимости поступивших предложений перед передачей их в Российский программный комитет (РПК) и далее - в Европейский программный комитет (ЕПК).

Предоставление информации о текущем состоянии научных инструментов на орбите, изменении их характеристик в течение полета, создание базы данных свойств приборов и степени их деградации.

Обеспечение российских ученых результатами наземных и полетных калибровок и их архивация, моделирование работы научных приборов в реальных фоновых условиях.

Получение, первичная обработка и архивирование данных проекта ИНТЕГРАЛ, полученных в рамках российской квоты, а также всех открытых данных проекта.

Оперативное предоставление российским ученым данных наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ и программно-математического обеспечения, необходимого для их обработки; возможность получения пользователями данных на удобных для них носителях информации.

Проведение необходимой консультационной работы по поддержке российских ученых при обработке и анализе ими научных данных, полученных обсерваторией

Контроль за соблюдением российской квоты наблюдательного времени Европейским программным комитетом при составлении программы наблюдений, о нарушениях докладывать в Росавиакосмос и РАН.

Проводимый с 2003 г. обсерваторией ИНТЕГРАЛ обзор всего неба в жестком рентгеновском диапазоне энергий позволил не только открыть несколько сотен новых рентгеновских источников (Ревнивцев и др. 2004а, 2006а, Мольков и др. 2004, Кривонос и др. 2007а, 2010, 2012; Берд и др., 2006, 2010), но и впервые провести достаточно полное исследование статистических свойств объектов разных классов: активных ядер галактик (Сазонов и др., 2007, 2008), массивных и маломассивных рентгеновских двойных систем во внутренней области нашей Галактики (Лутовинов и др., 2005а,б; Ревнивцев и др., 2008а,б). Обсерватория ИНТЕГРАЛ провела сверхглубокие наблюдения нескольких областей, практически достигнув пределов возможностей телескопов с кодирующей апертурой. Среди областей с глубоким покрытием — поле в направлении ближайшей к нам галактики Большое Магелланово Облако (Гребенев и др. 2012а, Лутовинов и др. 2012а) и поле в направлении квазара 3С273, богатое внегалактическими объектами.

Для определения природы новых источников, открытых обсерваторией ИНТЕГРАЛ, необходимо проводить большое количество наблюдений в других участках электромагнитного спектра — в оптическом, инфракрасном, радио диапазонах. Начиная с 2003 года оптическую поддержку рентгеновским наблюдениям обсерватории ИНТЕГРАЛ оказывает Российско-Турецкий 1,5-метровый телескоп (РТТ-150), наблюдения на котором проводят ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета и Института космических исследований РАН.

С помощью спектрометра высокого разрешения SPI исследовано гамма-излучение балджа и диска нашей Галактики. В измеренных спектрах четко видны две сильнейшие линии, на энергиях 511 кэВ и 1.8 МэВ, связанные с аннигиляцией электрон-позитронных пар и с распадом радиоактивного изотопа 26Al, синтезируемого массивными звездами (Жан и др. 2003, Чуразов и др. 2005, 2011).

Пространственные распределения интенсивности излучения этих линий разительно отличаются -- линия 1.8 МэВ тяготеет к диску Галактики, где формируются молодые звезды, тогда как интенсивная аннигиляция позитронов происходит центральной зоне Галактики. По ширине линии 511 кэВ и относительной яркости трех-фотонного континуума (на энергиях ниже 511 кэВ) показано, что аннигиляция происходит в теплой (~10 тыс.градусов), частично ионизованной межзвездной среде, причем в основном не напрямую, а через образование позитрония - короткоживущей связанной системы из электрона и позитрона. Наиболее вероятным поставщиком позитронов являются термоядерные взрывы сверхновых типа Iа (связанные с маломассивными звездами), синтезирующие радиоактивный изотоп 56Ni, который в процессе распада 56Ni -> 56Co -> 56Fe, производит позитроны. Однако нельзя исключить и более экзотические сценарии рождения позитронов в центральной зоне Галактики.

Считается, что распад радиоактивного 44Ti дает энергию для инфракрасного, оптического и ультрафиолетового излучения остатка сверхновой после полного распада радиоактивных 56Co и 57 Co (изотопов, обеспечивающих энергетику остатка в первые 3-4 года после взрыва) и до начала активного взаимодействия разлетающейся оболочки с окружающей средой. Однако, до последнего времени жесткое и гамма-излучение от этого распада было надежно зарегистрировано лишь от остатка сверхновой Кассиопея A, подводя нас к выводу, что заметный выход 44Ti при взрывном нуклеосинтезе имеет место лишь в исключительных случаях. В результате проведенных обсерваторией ИНТЕГРАЛ глубоких (с экспозицией более 6 млн. сек) наблюдений Большого Магелланова Облака от остатка Сверхновой 1987A было зарегистрировано жесткое рентгеновское излучение в линиях на энергиях 67.9 и 78.4 кэВ, связанное с распадом радиоактивного 44Ti. Это первое прямое доказательство образования титана в момент взрыва этой уникальной Сверхновой, ближайшей к нам за последние 400 лет. Измеренные потоки излучения позволили оценить количество 44 Ti, синтезированного при взрыве Сверхновой M44=(3.1±0.8)x10-4 от массы Солнца, и объяснить наблюдающееся поведение яркости Сверхновой в последние 20 лет (Гребенев и др. 2012б).

В ядрах галактик находятся черные дыры с массой от миллионов до миллиардов масс Солнца, так называемые сверхмассивные черные дыры. Эти компактные объекты образовались в раннюю эпоху формирования галактик, но многие из них продолжают расти в настоящее время за счет аккреции межзвездного газа. До недавнего времени поиски таких ''активных ядер галактик'' (АЯГ) велись главным образом в видимом и мягком рентгеновском диапазонах энергий, поэтому в основном обнаруживались АЯГ так называемого первого типа. Жесткий рентгеновский обзор неба, составленный по данным наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ, позволил впервые провести систематический поиск АЯГ второго типа, в которых сверхмассивная черная дыра скрывается от наблюдателя за толстым слоем пыли и холодного газа (Сазонов и др. 2007,2012). Всего ИНТЕГРАЛ обнаружил более 200 АЯГ, в основном расположенных в близкой Вселенной, из которых примерно половину составляют АЯГ второго типа. Для детального исследования этих объектов проводится обширная программа наблюдений на рентгеновских, оптических и инфракрасных телескопах. Среди наиболее интересных полученных результатов - обнаружение ''скрытых'' АЯГ и доказательство того, что доля АЯГ второго типа падает с увеличением светимости.

На карте распределения АЯГ, зарегистрированных обсерваторией ИНТЕГРАЛ, четко прослеживаются крупные структуры в близкой Вселенной: сверхскопления галактик (в созвездиях Дева, Гидра, Павлин, Персей, Рыба и Центавр) и пустоты с характерными размерами в десятки миллионов световых лет. Этот результат показывает, что обзоры АЯГ, в том числе далеких квазаров, могут быть эффективным инструментом исследования крупномасштабной структуры Вселенной (Кривонос и др. 2007а).

Активные ядра галактик вносят основной вклад в космический рентгеновский фон -- излучение, пронизывающее космическое пространство вокруг нас. Проведенные в стандартном рентгеновском диапазоне (на энергиях ниже 10 кэВ) с помощью обсерваторий XMM-Newton и Chandra глубокие обзоры позволили разрешить около 80% фона на отдельные АЯГ. К сожалению, чувствительность современных жестких рентгеновских детекторов, включая приборы обсерватории ИНТЕГРАЛ, недостаточна для того, чтобы разрешать рентгеновский фон на отдельные источники в более жестком рентгеновском диапазоне, на который приходится максимум его интенсивности. Однако важную недостающую информацию об истории роста сверхмассивных черных дыр во Вселенной можно получить и другим способом -- измеряя с хорошей точностью спектр жесткого рентгеновского фона. Специально для решения этой задачи в 2006 г. российскими учеными была предложена уникальная программа наблюдений диска Земли обсерваторией ИНТЕГРАЛ. При этом Земля использовалась как экран, закрывающий от нас излучение далеких источников, находящихся в поле зрения приборов обсерватории и составляющих фон. В результате впервые удалось построить спектр фона в широком диапазоне энергий от 3 до 150 кэВ с точностью около 10 процентов (Чуразов и др. 2007).

Большие поля зрения и хорошее угловое разрешение телескопов обсерватории ИНТЕГРАЛ впервые позволили получить карты и спектры так называемого ''хребта Галактики'' — слабого протяженного рентгеновского излучения вдоль галактической плоскости, представлявшего собой загадку в течении более 25 лет. Благодаря наблюдениям обсерватории ИНТЕГРАЛ удалось показать, что излучение «хребта Галактики» в жестком рентгеновском диапазоне 10-60 кэВ представляет собой суммарное излучение миллионов аккрецирующих белых карликов (Ревнивцев и др. 2006б, Кривонос и др. 2007б). На энергиях выше 100 кэВ вклад этих источников становится малым и в протяженном излучении Галактики начинает преобладать излучение межзвездной среды (Буше и др. 2008, 2011).

Уже первые наблюдения нашей Галактики обсерваторией ИНТЕГРАЛ принесли открытие целого семейства таких систем (Курвуазье и др. 2003). Являясь яркими объектами жесткого рентгеновского неба, они были практически полностью скрыты в обычном рентгеновском диапазоне (<10 кэВ). Оказалось, что эти объекты представляют собой двойные системы с нейтронными звездами, аккрецирующими вещество с молодых звезд с очень мощными звездными ветрами (Ревнивцев и др. 2003). Вещество звездного ветра образует вокруг звезды своеобразный кокон, который поглощает все излучение до энергий около 10 кэВ (Шати и др. 2004). За время работы обсерватории было открыто несколько десятков таких источников (Кривонос и др. 2012).

Длительное время работы обсерватории ИНТЕГРАЛ на орбите и большое поле зрения ее основных инструментов позволили открыть новый тип поведения нейтронных звезд, аккрецирующих вещество с массивных звезд. Было обнаружено, что время от времени такие объекты вспыхивают на короткий период времени, повышая свою яркость иногда в сотни и тысячи раз (Гребенев и др. 2003, Смит и др. 2006, Негуерела и др. 2006, Сгера и др. 2006). Наиболее многообещающей моделью, объясняющей такое поведение, является предположение, что короткие и яркие вспышки в этих системах являются результатом эпизодического преодоления веществом звездного ветра центробежного барьера на границе магнитосферы нейтронной звезды. В обычном (выключенном) состоянии системы вещество звездного ветра не попада ет на поверхность вращающейся нейтронной звезды — его останавливает ее магнитное поле, которое фактически отбрасывает падающее вещество наподобие пропеллера.

Обзор неба обсерваторией ИНТЕГРАЛ позволил измерить свойства популяций релятивистских компактных объектов в двойных системах. Было обнаружено большое количество нейтронных звезд в двойных системах с маломассивными звездами, а также большое количество аккрецирующих белых карликов и измерены пространственные характеристики этих популяций (Ревнивцев и др. 2008a,б). На рисунке показаны измеренные распределения маломассивных рентгеновских двойных систем (слева) и аккрецирующих белых карликов/катаклизмических переменных (справа) вместе с кривыми, показывающими их распределения в рамках принятой модели.

Двойные системы, в которых компактные объекты аккрецируют вещество с массивных звезд, располагаются близко к плоскости Галактики, поэтому их излучение сильно поглощается в межзвездной среде. Кроме того, такие двойные системы часто находятся в поглощающем ''коконе'', образованном из звездного ветра массивной звезды (см. выше). Таким образом, для изучения популяции этих объектов жесткий рентгеновский диапазон инструментов обсерватории ИНТЕГРАЛ подходит наилучшим образом. В результате проведенного обзора Галактики, на который было потрачено более 130 миллионов секунд (~4 года непрерывных наблюдений), обсерватория открыла в 3 раза больше массивных рентгеновских двойных систем, чем было известно до ее запуска. Эти наблюдения впервые позволили измерить распределение поверхностной плотности таких объектов в Галактике и показать, что оно коррелирует с локальным темпом звездообразования (Лутовинов и др. 2005б, 2012в), а также сравнить положение массивных рентгеновских двойных систем с областями их предполагаемого образования (Бодагхи и др. 2012). На рисунке показан вид сверху нашей Галактики и положение известных массивных двойных систем; ниже — поверхностная плотность этих объектов как функция галактоцентрического расстояния.

Телескопы обсерватории ИНТЕГРАЛ впервые зарегистрировали жесткое рентгеновское излучение от гигантского молекулярного облака Sgr B2, находящегося в 10 парсеках от сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики Sgr A* (Ревнивцев и др. 2004б). По всей видимости, оно формируется в результате комптоновского отражения излучения сверхмассивной черной дыры, бывшей около 300 лет назад в миллион раз ярче, чем сейчас. Это объяснение было выдвинуто Сюняевым, Маркевичем и Павлинским в 1993 году на основе данных телескопа АРТ-П, созданного в ИКИ РАН и установленного на борту советского спутника ГРАНАТ, и блестяще подтверждено обсерваторией ИНТЕГРАЛ. Высокоточные измерения рентгеновской яркости молекулярного облака за десятилетний период наблюдений позволили обнаружить затухание этого излучения (Терье и др. 2010). Результаты этих исследований свидетельствуют о том, что ''наша'' сверхмассивная черная дыра не всегда была такой тусклой как сейчас. В последние годы интерес к мониторированию излучения Sgr A* возрос многократно из-за обнаружения небольшого газового облака G2, летящего практически прямо в черную дыру. Согласно последним измерениям это газовое облако подойдет к черной дыре Sgr A* на расстояние около 270 астрономических единиц в 2013 году и начнет разрушаться под действием приливных сил, что может привести к новому всплеску ее активности.

Известно, что большая часть излучения аккрецирующих компактных источников возникает в результате теплового излучения вещества, разогретого до температур в десятки миллионов градусов, т.е. в несколько кэВ; при этом излучение может возникать как в оптически толстом, так и в оптически тонком режимах. Использование новых высокочувствительных инструментов, таких как телескопы обсерватории ИНТЕГРАЛ, впервые показало, что значительная часть аккрецирующих нейтронных звезд и черных дыр излучает и на энергиях 100-200 кэВ и выше. В частности, впервые удалось получить свидетельства в пользу существования горячей короны вокруг аккреционного диска в системе SS433 — единственной известной в нашей Галактике рентгеновской двойной системы, находящейся в сверхкритическом режиме аккреции (Черепащук и др. 2003,2005,2007,2009). Важно отметить, что возможности обсерватории ИНТЕГРАЛ в этом диапазоне энергий превышают возможности всех когда-либо работавших обсерваторий и не будут превзойдены еще в течение долгого времени. Высокоточные измерения спектра излучения хорошо известой черной дыры Лебедь Х-1 показывают, что в формировании ее излучения на энергиях ниже 100-200 кэВ ключевую роль играет рассеяние фотонов на горячих тепловых электронах вблизи черной дыры (теория, развитая в работах Сюняева, Трюмпера 1979, Сюняева, Титарчука 1980, Позднякова, Соболя, Сюняева 1983 и т.д), а выше 100-200 кэВ важную роль играет ряд нетепловых процессов (Здзиарски и др. 2012, рисунок слева внизу).

Рентгеновские пульсары являются уникальными лабораториями для исследования взаимодействия излучения с веществом в сверхсильных магнитных полях. Колоссальная напряженность магнитного поля нейтронных звезд (~1012 Гс) приводит к образованию линий поглощения (так называемых циклотронных линий) в их энергетических спектрах, что cвязано с резонансным рассеянием фотонов электронами в магнитном поле. Измерение положения этой спектральной особенности является единственным способом прямого определения напряженности магнитного поля у поверхности нейтронных звезд.

Благодаря широкому диапазону энергий телескопов обсерватории ИНТЕГРАЛ, а также длительным наблюдениям и высокой чувствительности, в спектрах целого ряда рентгеновских пульсаров удалось обнаружить и измерить положение не только фундаментальной, но и более высоких гармоник (Кретчмар и др. 2004, Крекенбом и др. 2005). Более того, было обнаружено и впервые детально исследовано изменение энергии циклотронных линий в зависимости от темпа аккреции вещества на нейтронную звезду (Цыганков и др., 2006,2007,2010). Проведенные измерения и последующий анализ позволили сделать выводы о строении и изменении геометрии аккреционных шапок (колонок) нейтронных звезд с точностью до нескольких сотен метров (Цыганков и др. 2010, Бекер и др. 2012)

Одним из самых неожиданных открытий обсерватории ИНТЕГРАЛ стало обнаружение мощного жесткого рентгеновского излучения от одиночных нейтронных звезд со сверхсильными магнитными полями (~1014-15 Гс) — магнетаров (Куипер и др. 2004, 2012). Излучение остывающей поверхности этих объектов было известно достаточно давно, однако благодаря высокочувствительным измерениям обсерватории ИНТЕГРАЛ оказалось, что кроме него большую роль играет образование электрон-позитронных пар в процессе перестройки сверхсильных магнитных полей магнетара. Было обнаружено, что помимо гигантских всплесков (открытых на советских аппаратах Венера-11,12 в 1979 году, Мазец и др. 1979) магнетары генерируют большое количество коротких всплесков разной амплитуды (Готц и др. 2006), а также постоянный поток (Мольков и др. 2005). Данные обсерватории ИНТЕГРАЛ показали, что излучение магнетаров достигает энергий как минимум 300-400 кэВ. Механизм формирования жесткого рентгеновского и гамма излучения магнетаров до сих пор не до конца ясен, хотя было предложено несколько моделей, качественно объясняющих их излучение (Дункан и Томсон 1992, Белобородов 2009, 2010). На рисунке сверху показан рентгеновский спектр магнетара 1E1547.0-5408.

Гамма-всплески до недавнего времени были одной из наиболее интересных загадок астрофизики высоких энергий. Сейчас мы знаем, что по крайней мере часть из них связана с определенными типами взрывов сверхновых. Благодаря большому полю зрения основных инструментов, обсерватория ИНТЕГРАЛ регистрирует и получает высококачественные данные с приблизительно десяти гамма-всплесков в год. Некоторые из этих гамма-всплесков дали существенно новую информацию. Например, всплеск GRB 031203 оказался одним из самых близких. Этот всплеск является, по-видимому, представителем большой популяции гамма-всплесков с малой светимостью, которая до сих пор практически не наблюдалась (Сазонов и др., 2003, рисунки вверху).

Интересно также отметить, что от этого события обсерваторией XMM-Newton был обнаружен эффект рентгеновского эха, связанный с рассеянием рентгеновского излучения вплеска на пыли в нашей Галактике (рисунок сверху). Это означает, что примерно одновременно с жестким рентгеновским излучением, обнаруженным обсерваторией ИНТЕГРАЛ, гамма-всплеск сопровождался мощной рентгеновской вспышкой.