Главная научная задача МВН – исследование космического рентгеновского фона (КРФ).
Космический рентгеновский фон представляет собой слабое диффузное излучения неба в рентгеновском диапазоне энергий. Открытие данного явления в 1962 году стало одним из первых в области рентгеновской астрономии.
В настоящее время известно, что основной вклад в наблюдаемую поверхностную яркость КРФ дают активные ядра галактик (АЯГ) – аккрецирующие сверхмассивные чёрные дыры.
Ценность КРФ состоит в том, что его поверхностная яркость содержит в себе излучение всех сколь угодно слабых объектов во Вселенной, даже таких, которые невозможно наблюдать отдельно рентгеновскими телескопами из-за их конечной чувствительности. Это позволяет использовать знание о точном спектре КРФ для решения чрезвычайно значимых астрофизических задач, связанных с населённостью Вселенной активными ядрами галактик.
В настоящее время можно считать, что достаточно хорошо известна форма спектра КРФ, определяемая по измерениям в ограниченных полях зрения. Но абсолютный поток КРФ измерен со значительно меньшей точностью. Погрешность его измерений составляет 15-20 %.
Однако для решения некоторых астрофизических задач требуется знание абсолютного потока КРФ в пределах единиц процентов по максимально широкому полю зрения, желательно, по всей сфере. Такая информация, например, даст возможность уточнить модели эволюции сверхмассивных чёрных дыр, находящихся в центрах галактик.
Комплекс научной аппаратуры МВН (КНА МВН) включает два прибора, – рентгеновский монитора СПИН-Х1-МВН и блок управления (БУ МВН). СПИН-Х1-МВН является основным прибором комплекса научной аппаратуры и будет установлен на внешней поверхности МКС. БУ МВН размещается внутри герметичного отсека МКС. Оба прибора соединяются друг с другом посредством кабельной сети МКС.
СПИН-Х1-МВН
БУ МВН
Характеристика |
СПИН-Х1-МВН |
БУ МВН |
Размеры, мм |
940×661×425 |
222×182×130 |
Масса, кг |
50 |
3,2 |
Энергопотребление (max), Вт |
140,2 |
20 |
Энергетический диапазон, кэВ |
6 – 70 |
- |
Количество детекторов |
4 |
- |
Площадь открытых детекторов, см2 |
9,16 |
- |
Поле зрения (FWHM), град2 |
8,55 |
- |
Оперативная память, МБ |
- |
256 |
Для отделения КРФ от внеапертурного фона в мониторе используется метод модуляции поля зрения. Этот способ для МВН предложил известный астрофизик Михаил Геннадьевич Ревнивцев. Аппаратная реализация этого способа основана на использовании вращающегося обтюратора.
В состав рентгеновского монитора СПИН-Х1-МВН входят:
блоки рентгеновских детекторов, каждый из которых кроме самого детектора содержит бокс для его размещения с рентгенопрозрачным бериллиевым окном, заполненный сухим азотом, первичную электронику управления детектором и корпус, выполняющий функцию радиационной экранировки детектора;
коллиматоры;
система модуляции апертуры;
система полётной калибровки;
система обеспечения теплового режима, включающая пассивную и активную подсистемы;
электронные блоки, управляющие детектором и обеспечивающими системами;
корпусные и другие конструкционные элементы.
Устройство рентгеновского монитора СПИН-Х1-МВН
Основной рентгеновского монитора СПИН-Х1-МВН являются четыре рентгеновских детектора, разработанных в Институте космических исследований РАН. Чувствительным элементом детектора является кристалл CdTe в конфигурации диода Шоттки. Сигналы с кристалла опрашиваются зарядочувствительным усилителем ASIC (application-specific integrated circuit) VA32TA. Сборка кристалла с ASIC установлена на холодной стороне термоэлектрического модуля (элемента Пельтье).
Рентгеновский монитор СПИН-Х1-МВН будет установлен на внешней поверхности Российского сегмента МКС неподвижно с зенитной ориентацией. За один период прецессии МКС (73 дня) рентгеновский монитор СПИН-Х1-МВН сможет увидеть ~80% небесной сферы, а за три года покроет небесную сферу примерно 15 раз.
Карта экспозиции неба рентгеновским монитором СПИН-Х1-МВН за три года в галактических координатах в проекции Хаммера
В части методического обеспечения эксперимента разработана методика отбора наблюдательных данных, позволяющая достичь целевого показателя ошибки измерения КРФ – 1%.