Прощавай, Swift

Над північною частиною індонезійського острова Суматра 4 листопада о 14:39 за київським часом в атмосферу Землі увійшла космічна обсерваторія, за допомогою якої майже 22 роки астрономи спостерігали найпотужніші вибухи у Всесвіті вже за кілька хвилин після їхнього початку. Прилади на її борту були справні до останнього. Але орбіта роками поступово знижувалася, а через високу сонячну активність розріджений газ на такій висоті розширився, і гальмування різко посилилося. Влітку для порятунку запустили робота, якого спроєктували й побудували всього за дев’ять місяців, проте спроба була невдалою. Тепер астрономи залишилися без інструмента, якому немає заміни.

Наднова в момент вибуху

Дослідниця Алісія Содерберг з Принстонського університету 9 січня 2008 року стежила за допомогою космічної обсерваторії Swift за надновою, що спалахнула кількома тижнями раніше в галактиці NGC 2770 за 90 мільйонів світлових років від нас. Раптом в іншій частині тієї самої галактики з’явилося яскраве рентгенівське джерело, якого на попередніх знімках не було. Так почався вибух ще однієї зорі, і вперше його вдалося побачити з першої миті, а не через тижні потому.

Коли масивна зоря вичерпує в ядрі запас елементів, термоядерні реакції з якими виділяють енергію, ядро стискається під власною вагою, і назовні рушає ударна хвиля. Теоретики ще майже за сорок років до того розрахували, що в мить, коли ця хвиля виходить на поверхню зорі, має виникати короткий рентгенівський спалах. Але заздалегідь дізнатися, яка зоря і коли вибухне, неможливо, тож такий спалах ще ніхто не фіксував.

Цього разу він випадково стався саме тоді, коли обсерваторію було наведено на цю ділянку неба. Решту забезпечила будова самого Swift. Завдяки кільком приладам на борту наднову, яку назвали SN 2008D, простежили з перших хвилин одразу в рентгенівському та ультрафіолетовому діапазонах, а потім обсерваторію щодня наводили на неї знову, щоб стежити за розвитком вибуху.

Таку конструкцію розробили заради спостереження гамма-сплесків, найпотужніших вибухів у Всесвіті. Найкоротші з них тривають частки секунди, після чого лишається післясвічення, яке швидко тьмянішає. До Swift збір даних про новий сплеск починався приблизно через вісім годин.

Обсерваторію запустили 20 листопада 2004 року з розрахунку на два роки роботи. Щойно випромінювання сплеску потрапляло на гамма-детектор, апарат автоматично розвертався в бік джерела, і вже за дві хвилини починався збір даних. Великому телескопу Hubble на таке перенаведення потрібно день-два. Звідси й назва Swift, яка з англійської перекладається як «серпокрилець», а це один з найшвидших птахів. Повна ж назва Neil Gehrels Swift Observatory містить ще й ім’я Ніла Герелса, першого головного дослідника місії. Майже 22 роки обсерваторія лишалася найоперативнішим інструментом астрономів, аж допоки не увійшла в атмосферу.

Від злиття нейтронних зір до найдальших вибухів

За 22 роки за допомогою Swift зафіксували близько 2000 гамма-сплесків і понад 1400 наднових, а на зібраних даних написано близько 7000 наукових праць. Але цінність обсерваторії не в кількості. Вона дала змогу побачити події, які раніше згасали ще до початку спостережень.

Одну з найважливіших таких подій зафіксували вже через пів року після запуску. Короткі гамма-сплески тривають менше двох секунд, а їхнє післясвічення таке слабке, що три десятиліття ніхто не міг визначити, звідки вони приходять, а отже, і що їх породжує. Сплески позначають англійським скороченням GRB і датою, тож той, що стався 9 травня 2005 року, отримав назву GRB 050509B. Він тривав лише 30 мілісекунд. Але рентгенівські спостереження почалися через 62 секунди, і слабке післясвічення встигли вловити до того, як воно згасло.

Місце сплеску виявилося поруч з еліптичною галактикою, де давно не утворюються нові зорі. Масивні зорі вибухають уже за кілька мільйонів років, тож у такій галактиці їх практично не лишилося. Зате там можуть існувати пари нейтронних зір, надщільних залишків давніх наднових. З часом зорі в такій парі зливаються. Це спостереження стало першим вагомим аргументом на користь того, що короткі гамма-сплески виникають під час злиття нейтронних зір між собою або з чорними дірами.

Швидкість так само важлива для найдальших сплесків. Чим далі сплеск, тим слабше його післясвічення, тож без швидкої реакції такі події легко пропустити. Від сплеску GRB 090423, зафіксованого у квітні 2009 року, випромінювання йшло до Землі 13,1 мільярда років, і це один з найвіддаленіших об’єктів, які будь-коли спостерігали. Воно вирушило задовго до появи Сонця і Землі, тож такі сплески показують вибухи часів, коли Всесвіт був зовсім молодим.

Знадобилася і здатність раз у раз повертатися до тієї самої цілі. У 2023 році за допомогою Swift спостерігали чорну діру масою 200 тисяч Сонць, до якої кожні кілька тижнів наближається зоря. Щоразу гравітація чорної діри зриває з неї речовину масою близько трьох Земель, і ця речовина, падаючи, випромінює в рентгенівському діапазоні. Регулярні спостереження показали, що зоря руйнується не одразу, а поступово, з кожним новим наближенням.

Чому впала справна обсерваторія

Здавалося б, апарат зі справними приладами міг би лишатися на орбіті ще довго. Завадив газ верхніх шарів атмосфери, які сягають висоти кількох сотень кілометрів. Космос там зазвичай уявляють порожнім, але речовина на такій висоті є, хоча й надзвичайно розріджена. Обсерваторія рухалася крізь неї зі швидкістю майже вісім кілометрів за секунду, і навіть поодинокі частинки газу поступово її гальмували.

Втрачаючи швидкість, апарат опускався нижче, де газ густіший, тож гальмування посилювалося. За два десятиліття висота Swift знизилася з 600 до 360 кілометрів. Власних двигунів, щоб піднятися вище, обсерваторія не мала.

Ситуація різко погіршилася через вплив Сонця. Пік його 11-річного циклу активності у 2024 році виявився значно сильнішим за прогнози. Під час спалахів і викидів речовини на Сонці верхні шари земної атмосфери нагріваються і розширюються вгору, тож на висоті, де летів Swift, газ ставав густішим. На початку 2026 року NASA призупинило наукові спостереження і розвернуло обсерваторію так, щоб опір був якомога меншим.

Розворот дав лише трохи часу. За розрахунками NASA, нижче 300 кілометрів підняти обсерваторію було б значно складніше, а цю межу, за прогнозом, вона мала перетнути в жовтні. Тож на порятунок лишалося кілька місяців.

Рятувальник не впорався

Врятувати Swift можна було лише за допомогою іншого апарата, який мав би наблизитися до обсерваторії на орбіті, захопити її та перевести на більшу висоту. Але конструкція Swift такого не передбачала. На корпусі не було стикувальних вузлів, і за всі роки до обсерваторії не відправляли жодного ремонтного корабля, як до Hubble. 

У вересні 2025 року NASA уклало з компанією Katalyst Space Technologies з Аризони контракт на 30 мільйонів доларів і дало їй дев’ять місяців на створення такого рятувальника. Це мала бути перша спроба захопити науковий супутник, не підготовлений до такої зустрічі.

Новий апарат назвали Link. Розміром він був з кухонний холодильник, важив близько 400 кілограмів і мав три роботизовані маніпулятори. Маніпулятори мали захопити деталі корпусу Swift, які колись слугували для обслуговування на Землі, а потім обсерваторію планували за два місяці поступово підняти іонними двигунами з 360 до 600 кілометрів.

Стартував Link 3 липня з атола Кваджалейн у Тихому океані на ракеті Pegasus XL, яку скинули з літака L-1011 Stargazer на висоті близько 12 кілометрів. Перші три тижні все йшло за планом. Але 25 липня вийшли з ладу два з трьох гіроскопів, що відповідали за орієнтацію. Частково відмовили й двигуни на холодному газі, і Link закрутився одразу навколо кількох осей.

Обертання вдалося загальмувати, проте орієнтацію так і не відновили повністю навіть після оновлення програмного забезпечення. Без точного керування захопити Swift було неможливо, а пального на нові спроби лишалося обмаль.

Місію скасували 19 серпня, але Link усе ж підвели до Swift на відстань від 12 до 15 кілометрів і зробили з його борту серію знімків обсерваторії. «Це не той результат, до якого ми йшли, але він не змінює того, чому цю місію варто було спробувати». Так скасування прокоментував адміністратор NASA Джаред Айзекман. Наприкінці вересня, на 85-й день польоту, Link увійшов в атмосферу і згорів.

Остання орбіта

Після скасування рятувальної місії наукові спостереження частково відновили, щоб використати останні місяці на орбіті, і обсерваторія працювала аж до другої половини жовтня. Наприкінці жовтня висота Swift опустилася нижче 275 кілометрів, а 4 листопада о 14:39 за київським часом обсерваторія увійшла в атмосферу над північною частиною острова Суматра. Під час входу апарат зруйнувався, а його падіння бачили спостерігачі в сусідній Малайзії. Більша частина конструкції мала згоріти, але, за словами головного наукового співробітника місії Бреда Сенка, вціліти могли деталі з вольфраму і частини дзеркал. Чи досягли вони поверхні, поки невідомо, повідомлень про постраждалих немає. Перед падінням NASA оцінювало ймовірність, що уламки можуть комусь зашкодити, приблизно в 1 до 2100.

Набагато відчутнішою є інша втрата. Щодня на обсерваторію надходило в середньому п’ять запитів від дослідників на термінове наведення. У NASA немає жодного чинного чи запланованого телескопа, який спостерігав би в тих самих діапазонах і так само швидко розвертався до раптових подій, а бюджету на аналог Swift зараз немає. Разом зі Swift астрономи втратили можливість бачити космічні вибухи з перших хвилин, яку майже 22 роки давав їм один апарат.

Тепер на черзі Hubble. Він опустився приблизно до 470 кілометрів, і NASA вже шукає серед приватних компаній тих, хто зможе запропонувати ідеї, як підняти його вище. На відміну від Swift, на Hubble під час останнього візиту шатла 2009 року встановили спеціальний пристрій для захоплення на орбіті. Рятувальникам Swift довелося шукати, за які деталі корпусу вчепитися, а в Hubble точку захоплення передбачили заздалегідь.