Поиск и исследование далеких квазаров в рентгеновском обзоре всего неба с помощью телескопа еРОЗИТА орбитальной обсерватории СПЕКТР-РГ.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-12-00343

НазваниеПоиск и исследование далеких квазаров в рентгеновском обзоре всего неба с помощью телескопа еРОЗИТА орбитальной обсерватории СПЕКТР-РГ.

Руководитель Гильфанов Марат Равильевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-705 - Галактика и Метагалактика

Ключевые слова Сверхмассивные черные дыры, квазары, аккреция, реионизация, молодая Вселенная, рентгеновская астрономия, применение методов машинного обучения для определения характеристик астрономических объектов

Код ГРНТИ41.27.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Первые несколько миллиардов лет жизни Вселенной характеризовались активным формированием галактик и бурным ростом сверхмассивных черных дыр (СМЧД) в их ядрах. Последний происходил главным образом за счет аккреции межзвездного газа и сопровождался выделением огромного количества энергии в виде электромагнитного излучения, благодаря чему такие объекты - квазары - могут наблюдаться на космологических расстояниях. Квазары привлекают огромный интерес астрофизиков по нескольким причинам. Во-первых, они являются уникальными космическими лабораториями по изучению физических процессов, происходящих в экстремальных условиях сильных гравитационных полей, высоких температур, больших плотностей вещества и излучения. Во-вторых, растущие СМЧД играли важную роль в формировании галактик и реионизации Вселенной. В третьих, до сих пор нет полной ясности в механизмах образования и начального роста СМЧД, наиболее далекие из которых обнаруживаются на красных смещениях вплоть до z~7.5. Большой интерес для современной астрофизики и космологии представляют далекие квазары большой светимости, расположенные на z>3-4. В силу редкости этих объектов, для их поиска необходимо исследовать большие участки неба. Неудивительно, что в силу ограниченной чувствительности и (или) недостаточной площади имеющихся обзоров неба, а также из-за различных эффектов селекции, которым подвержены методы поиска квазаров по их УФ и оптическому излучению, население далеких квазаров остается недостаточно изученным. Целью предлагаемого проекта является исследование роста СМЧД в ядрах галактик в молодой Вселенной. Объекты исследования – квазары на красных смещениях от z=3 до, как минимум, z=6 (что соответствует второму миллиарду лет в жизни Вселенной) - будут отбираться среди рентгеновских источников, открываемых телескопом еРОЗИТА в ходе обзора всего неба российской орбитальной обсерватории Спектр-РГ (СРГ). Обсерватория СРГ была запущена с космодрома Байконур 13 июля 2019 года в окрестность точки L2 системы Солнцe-Земля. Главной задачей обсерватории является обзор всего неба в рентгеновских лучах продолжительностью четыре года. Первый обзор неба начался 12 декабря 2019 года и завершился 10 июня 2020 г. Ожидается, что в начале декабря 2020 г. будет завершен второй обзор неба. В результате первого обзора неба телескоп еРОЗИТА получил уникальную рентгеновскую карту всего неба, на которой обнаружено более миллиона рентгеновских источников. По условиям соглашения между Роскосмосом и Германским космическим агентством DLR, данные с половины неба обрабатываются Российским консорциумом телескопа СРГ/еРОЗИТА (данные со второй половины неба обрабатываются немецким консорциумом). Основной задачей предлагаемого проекта является поиск и исследование далеких квазаров по данным первого года сканирования неба в период с декабря 2019 г. по декабрь 2020 г. По итогам первого года обзора телескопом еРОЗИТА будет достигнута чувствительность, на порядок превышающая чувствительность предыдущего обзора всего неба обсерваторией РОСАТ, и открыто более двух миллионов рентгеновских источников - почти в ~20 раз больше, чем было задетектировано обсерваторией РОСАТ. Примерно три четверти этих источников будут активными ядрами галактик и квазарами (Колодзиг, Гильфанов, Сюняев и др 2013). Отметим, что на момент написания данной заявки получено более 92% данных первого года обзора. Этой беспрецедентной выборки рентгеновских квазаров будет достаточно для достижения научных целей предлагаемого проекта. С другой стороны, нашей задачей-максимум является использование данных второго года обзора неба СРГ, что позволит расширить выборку далеких квазаров, доступных для исследования . Поиск и отбор далеких квазаров среди рентгеновских источников, открываемых телескопом еРОЗИТА, будет производится при помощи системы машинного обучения SRGz, разработанной участниками данной заявки. Система SRGz предназначена для отождествления и классификации рентгеновских источников и определения их фотометрических красных смещений на основе общедоступных данных фотометрических обзоров неба в разных диапазонах длин волн (от ультрафиолета до радио) - SDSS, DESI LIS, PanSTARRS, Gaia, WISE и др. Система SRGz опробована на данных первого обзора неба и полностью доказала свою работоспособность. В результате будет получена статистически полная выборка из нескольких тысяч квазаров высокой светимости (болометрическая светимость выше ~10^46 эрг/с) на z>3, примерно на порядок превосходящая по размеру все существующие выборки далеких квазаров, отобранные по их рентгеновскому излучению. Ожидается, что эта выборка будет в основном состоять из наиболее массивных черных дыр в молодой Вселенной, аккрецирующих вещество с темпом близким к критическому Эддингтоновскому значению. На основе этой уникальной выборки будут исследованы физические и статистические свойства активно растущих СМЧД в молодой Вселенной. В частности: (1) будут впервые точно измерены яркая часть функции рентгеновской светимости квазаров и ее эволюция на красных смещениях z=3-6. (2) Будет систематически изучена зависимость спектрального распределения энергии далеких квазаров от физических параметров СМЧД (масса, темп аккреции) и красного смещения, в частности, будет исследован вклад рентгеновского излучения, связанного с обратным комптоновским рассеянием реликтового излучения Вселенной на релятивистских джетах квазаров. (3) Будет изучена рентгеновская переменность квазаров, в том числе будет проведен поиск квазипериодических вспышек их рентгеновской светимости. Все это должно позволить значительно улучшить наше понимание общей картины роста СМЧД в молодой Вселенной и физики аккреции вещества на сверхмассивные черные дыры. Данная заявка подается участниками научных рабочих групп Российского консорциума телескопа еРОЗИТА: №1 (“Поиск рентгеновских источников, их отождествление и составление каталога по данным телескопа еРОЗИТА”) и №4 (“Активные и нормальные галактики, включая анализ TDE, внегалактический рентгеновский фон”). Участники заявки имеют доступ к данным обзора телескопа еРОЗИТА на половине неба Российского консорциума еРОЗИТы в объеме, достаточном для выполнения предлагаемого исследования. Подача данной заявки на конкурс отдельных научных групп РНФ и использование данных еРОЗИТы для выполнения работ по проекту в случае его финансирования РНФ одобрены на расширенном заседании Российского Научного Комитета и руководителей научных рабочих групп Российского консорциума еРОЗИТы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сазонов С., Гильфанов М., Медведев П., Яо Ю., Хорунжев Г., Семена А., Сюняев Р., Буренин Р., Ляпин А., Мещеряков А. и др. First tidal disruption events discovered by SRG/eROSITA: X-ray/optical properties and X-ray luminosity function at z < 0.6 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 508, Issue 3, pp.3820-3847 (год публикации - 2021)
10.1093/mnras/stab2843

2. А.В. Додин, Н.И. Шатский, А.А. Белинский, ..., М.И. Бельведерский, В.Д. Борисов, Р.А. Буренин, М.Р. Гильфанов, Р. А. Кривонос, П.С.Медведев, А.В. Мещеряков, С.Ю. Сазонов, Р.А. Сюняев, Г.А. Хорунжев Оптическая спектроскопия квазаров, открытых телескопом СРГ/еРОЗИТА, на 2.5-м телескопе Кавказской Горной Обсерватории ГАИШ МГУ Письма в Астрономический журнал, T. 47, N 10, стр. 683-696 (год публикации - 2021)
10.31857/S0320010821100028

3. Р.А.Буренин Принудительная фотометрия объектов обзора Pan-STARRS1 по данным обзора WISE Письма в Астрономический журнал (год публикации - 2022)

4. Г.А.Хорунжев, C.Н.Додонов, А.В.Мещеряков, А.В.Моисеев, А.А.Гроховская, C.С.Котов, Р.И.Уклеин, Е.С.Шабловинская, П.С.Медведев, В.Д.Борисов, Р.А.Буренин, Р.А.Кривонос, Г.С.Усков, И.A.Зазнобин, Р.А.Сюняев, С.Ю.Сазонов, М.Р.Гильфанов Поиск далеких и ярких рентгеновских квазаров в ходе обзора неба СРГ/еРОЗИТА (программа DaLeQo). Первые результаты по наблюдениям на телескопе БТА. Письма в Астрономический журнал (год публикации - 2022)

5. М.Бельведерский, А.В.Мещеряков, П.С.Медведев, М.Р.Гильфанов SRGz: построение модели оптического отождествления рентгеновских источников СРГ/еРОЗИТа на примере данных области Дыры Локмана. Письма в Астрономический журнал (год публикации - 2022)

Публикации

1. С.Быков, М.Гильфанов, Р.Сюняев Forecasts for cosmological measurements based on the angular power spectra of AGN and clusters of galaxies in the SRG/eROSITA all-sky survey Astronomy and Astrophysics, Volume 669, id.A61 (год публикации - 2022)
10.1051/0004-6361/202244658

2. И.М.Хамитов, И.Ф.Бикмаев, М.Р.Гильфанов, Р.А.Сюняев, П.С.Медведев, М.А.Горбачев, Э.Н.Иртуганов Обнаружение АЯГ и квазаров со значимыми собственными движениями по данным Gaia в каталоге рентгеновских источников СРГ/еРОЗИТА Письма в Астрономический Журнал (год публикации - 2022)

3. С.Д.Быков, М.И.Бельведерский, М.Р.Гильфанов Оптическое отождествление рентгеновских источников СРГ/еРОЗИТА на примере глубокого обзора области Дыры Локмана. Письма в Астрономический Журнал (год публикации - 2022)

4. М.Р.Гильфанов, М.И.Бельведерский, П.С.Медведев, С.Д.Быков, Р.А.Сюняев Обзор области Дыры Локмана телескопом СРГ/еРОЗИТА: I Параметры обзора и каталог точечных рентгеновских источников Письма в Астрономический Журнал (год публикации - 2023)

5. М.И.Бельведерский, С.Д.Быков, М.Р.Гильфанов Обзор СРГ/еРОЗИТА в области Дыры Локмана: II. Классификация рентгеновских источников Письма в Астрономический Журнал (год публикации - 2022)

6. Медведев П.С., Гильфанов М.Р., Сазонов С.Ю., Сюняев Р.А., Хорунжев Г.А. Сильно переменные активные ядра галактик в обзоре неба СРГ/eROSITA: I. Построение выборки и каталог объектов, задетектированных в низком состоянии Письма в Астрономический Журнал (год публикации - 2022)

7. Мещеряков А.В., Борисов В.Д., Хорунжев Г.А., Васильев С.М., Бельведерский М.И., Медведев П.А., Гильфанов М.Р., Сазонов С.Ю., Буренин Р.А., Бикмаев И.Ф., Хамитов И.М., Машечкин И.В., Сюняев Р.А. SRGz: методы машинного обучения и свойства каталога оптических компаньонов точечных рентгеновских источников СРГ/еРОЗИТА в области покрытия DESI Legacy Imaging Surveys Письма в Астрономический Журнал (год публикации - 2023)

Публикации

1. Быков С.Д., Гильфанов М.Р., Сюняев Р.А. SRG/eROSITA catalogue of X-ray active SDSS dwarf galaxies Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 2, p.1962 (год публикации - 2024)
10.1093/mnras/stad3355

2. Яо Ю., Хо А., Медведев П., Наяана А., Перлей Д., Кулкарни Ш., Чандра П., Сазонов С., Гильфанов М., Хорунжем Г., Катами Д., Сюняев Р. The X-Ray and Radio Loud Fast Blue Optical Transient AT2020mrf: Implications for an Emerging Class of Engine-driven Massive Star Explosions The Astrophysical Journal, Volume 934, Number 2, p.104 (год публикации - 2023)
10.3847/1538-4357/ac7a41

3. Мещеряков А.В., Хорунжев Г.А., Воскресенская С.А., Медведев П.С., Гильфанов М.Р., Сюняев Р.А. SRGZ: КЛАССИФИКАЦИЯ ТОЧЕЧНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИСТОЧНИКОВ ЕРОЗИТА В ОБЛАСТИ 1%DESI И КАЛИБРОВКА ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ КРАСНЫХ СМЕЩЕНИЙ Письма в Астрономический Журнал (год публикации - 2023)

4. Прохоренко С.А, Сазонов С.Ю., Гилфанов М.Р., Балашев С.А., Бикмаев И.Ф., Иванчик А.В., Медведев П.С., Старобинский А.А>, Сюняев Р.А. X-ray variability of SDSS quasars based on the SRG/eROSITA all-sky survey Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, т.528, с. 5972 (год публикации - 2024)
10.1093/mnras/stae261

5. Ван Вельцен С., Штайн Р., Гильфанов М., Ковальский М., Хаясаки К., Ройш С. И др. Establishing accretion flares from supermassive black holes as a source of high-energy neutrinos Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, т.529, с 2559 (год публикации - 2024)
10.1093/mnras/stae610

6. Усков Г.С., Сазонов С.Ю., Гильфанов М.Р., Лапшой И.Ю., Сюняев Р.А. РЕНТГЕНОВСКИЕ СВОЙСТВА МОЩНОГО КВАЗАРА PG 1634+706 НА z = 1.337 ПО ДАННЫМ ОБСЕРВАТОРИЙ СРГ И XMM ИМ. НЬЮТОНА Письма в Астрономический журнал, том 49, номер 11 (год публикации - 2023)
10.31857/S0320010823110098