Рентгеновские наблюдения возможны только из космоса.
Рентгеновская астрономия занимает очень важное место в исследовании Вселенной, поскольку фотоны высокой энергии испускаются веществом в экстремальном состоянии. Это может быть тепловое излучение очень горячей плазмы с температурой в миллионы градусов и выше. Такая ситуация реализуется, например, в аккреционных дисках вокруг черных дыр и в скоплениях галактик. Именно рентгеновское излучение позволяет нам в прямом смысле видеть поверхность нейтронных звезд. Также источником рентгеновского излучения являются электроны высоких энергий при движении в магнитном поле, что происходит, например, в магнитосферах пульсаров и магнитаров. Наконец, существуют спектральные линии в рентгеновском диапазоне: например, известная К-линия железа на энергии 6,4 кэВ. Изучение таких линий в дисках вокруг черных дыр позволяет определять темп вращения этих объектов.
Рентгеновский диапазон – это излучение с длиной волны от 0,01 до 10 нм.
Поскольку фотоны рентгеновского излучения имеют большую энергию, детектирование существенно отличается от применяемого в оптической или радиоастрономии. В рентгеновском диапазоне доминируют квантовые свойства излучения, а не волновые. Рентгеновские лучи очень трудно фокусировать, поскольку коэффициент преломления большинства материалов для этого диапазона очень близок к единице, кроме того, рентгеновские лучи очень сильно поглощаются в веществе. Поэтому первые детекторы имели довольно низкую чувствительность и очень плохое угловое разрешение.
Самый простой тип детекторов рентгеновских лучей, применявшихся в астрономии, – это счетчики Гейгера и пропорциональные счетчики, основанные на производимой рентгеновскими фотонами ионизации газа. Для достижения хотя бы минимально разумного углового разрешения перед детектором устанавливались коллиматоры, пропускавшие излучение лишь с небольшого участка неба площадью несколько квадратных градусов. Инструменты на первой рентгеновской орбитальной обсерватории Uhuru («Ухуру») позволяли добиться разрешения около половины градуса. Однако каталог Uhuru включал всего лишь около трех сотен объектов, многие из которых удалось связать с источниками в других диапазонах. Поэтому даже небольшое угловое разрешение позволило начать активное изучение астрономических объектов в рентгеновском диапазоне.
Первый рентгеновский источник вне Солнечной системы открыт в 1962 г.
Другой тип приборов, которые используются для детектирования рентгеновских фотонов, называется сцинтилляционными детекторами. Рабочим телом в них являются, например, кристаллы йодида натрия (NaI) или йодида цезия (CsI). При попадании рентгеновского фотона в вещество детектора происходит ионизация, энергия образующихся электронов тем или иным способом возбуждает атомы или молекулы (механизм зависит от типа детектора), которые затем переизлучают в оптическом или УФ-диапазоне. Эти вспышки можно зарегистрировать с помощью обычных фотодетекторов.