В журнале Nature впервые вышла статья, в которой учёные сообщили о создании обучаемого машинного алгоритма для обнаружения в радиоастрономических сигналах признаков разумной инопланетной деятельности. Искусственный интеллект смог проявить себя и помог найти восемь кандидатов на такие сигналы, хотя повторное наблюдение не смогло подтвердить эти находки. Но перспективы только раскрываются.

Источник изображения: Jim West/Alamy

До сравнительно недавнего времени проекты по множеству программ SETI — мероприятий по поиску внеземных цивилизаций — не могли похвастаться достаточным набором данных, чтобы их можно было бы обрабатывать с позиций машинного обучения. Сбор информации для таких операций начали в 2015 году после финансирования научной программы Breakthrough Listen миллионером Юрием Мильнером при участии Стивена Хокинга. Это стало крупнейшим в истории финансированием программы SETI, средства на которую достались астрономам Калифорнийского университета в Беркли.

Группа учёных проанализировала данные из 820 звёздных систем, за которыми наблюдал крупнейший на сегодня поворотный 100-метровый телескоп им. Роберта К. Берда в Грин-Бэнк. Наблюдения собрали миллионы сигналов, обработать вручную которые было бы невозможно. Впрочем, учёные давно используют алгоритмы для отсеивания всевозможных помех, но до появления машинного обучения многие интересные сигналы обнаружить было очень и очень сложно, если вообще возможно.

При обработке пакетов радиоданных самой сложной и рутинной работой считается отсеивание радиосигналов от земных (и околоземных, если говорить о спутниках) источников. Радиоэфир вокруг Земли настолько насыщен и разнообразен, что анализ с помощью классических алгоритмов может упустить то единственное зерно истины, ради поиска которого всё затеяно. Внести помехи может даже микроволновая печь, не говоря о сотовой связи и множестве других источников. Новый алгоритм машинного обучения должен был отсеять подобные помехи из миллионов наблюдений, и он с этим в целом справился.

После того, как ИИ скормили всю собранную информацию, алгоритм отметил, как интересные, 20 тыс. сигнатур. Учёные уже вручную перебрали отмеченные ИИ сигналы и выделили из них 8 кандидатов на «техносигнатуры» — сигналы с вероятными признаками искусственного и внеземного происхождения. К сожалению, повторные наблюдения звёздных систем, откуда были приняты эти сигналы, не дали результата — подобных сигналов больше не было.

Главным для исследователей стало подтверждение способности обучаемого алгоритма отсеивать помехи земного происхождения. Новые программы помогут собирать свежие пакеты радиосигналов, благо радиоастрономы продолжают получать всё новые и новые инструменты. В частности, готовится программа исследований по поиску внеземных искусственных сигналов на самом крупном в мире китайском радиотелескопе FAST с 500-м сплошной антенной. Те или иные алгоритмы машинного обучения будут задействованы для обработки данных с этого инструмента, и чем больше будет работ в этом направлении, тем надёжнее будет результат.

Расположенная в Индии обсерватория Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) уловила сигнал с длиной волны в диапазоне 21 см, известной также как «радиолиния нейтрального водорода», от галактики, находящейся на рекордном расстоянии от Земли — 8,8 млрд световых лет.

Источник изображений: mcgill.ca

Галактика, обозначенная как SDSSJ0826+5630, произвела этот сигнал 8,8 млрд лет назад. Он позволил оценить содержание газа в галактике и выяснить, что её масса двукратно превышает массу видимых звёзд в ней. Галактики производят электромагнитное излучение в широком диапазоне, однако сигналы радиолинии нейтрального водорода пока удавалось принимать только от близлежащих, а следовательно, более молодых источников.

Трудность приёма сигналов на этих длинах волн от более далёких галактик связана с тем, что при преодолении больших расстояний длины волн таких сигналов увеличиваются, что приводит к уменьшению энергии волны. Учёным помог феномен гравитационного линзирования, предсказанный в общей теории относительности (ОТО) более века назад.

ОТО предполагает, что обладающие массой объекты искажают пространство и время; чем больше масса, тем сильнее искривление. Искривляется и траектория движения света, проходящего мимо массивного объекта — в результате его источник может появляться на нескольких точках неба, а сила сигнала может увеличиваться.

Произведённый SDSSJ0826+5630 радиосигнал был в 30 раз усилен другой галактикой, действующей как линзирующее тело, в результате чего расположенный на Земле телескоп смог этот сигнал принять. Значит, подобные сигналы можно будет принять и от других удалённых галактик, а длинноволновые радиотелескопы помогут лучше исследовать механизмы эволюции объектов молодой Вселенной.

Результаты исследования опубликованы в мартовском выпуске британского научного журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Согласно новым исследованиям, наша галактика Млечный Путь оказалась заметно легче, чем предполагалось по оценённой ранее плотности распределения материи во Вселенной. В нашей галактике оказалось только 10 % обычного вещества, тогда как в остальной Вселенной его в среднем 16 %, а всё остальное и у нас и в остальной части пространства — это тёмная материя. В Млечном пути её оказалось на 6 % больше, что удивительно.

Радиотелескоп DSA-110. Источник изображения: Caltech

Новые данные об объёме барионной (обычной или регистрируемой) материи в Млечном Пути получены после изучения загадочных быстрых радиовсплесков (Fast Radio Bursts, FRB). Первый такой радиосигнал миллисекундной длительности и мощности в несколько дней светимости Солнца был случайно зарегистрирован в 2007 году. Природа этого явления остаётся неизвестной и для её разгадки, в частности, в США под патронатом Калтеха создаётся радиотелескоп Deep Synoptic Array (DSA-110). Радиотелескоп будет состоять из 110 разнесённых «тарелок», первые 65 из которых начали принимать данные примерно год назад.

Массив DSA-110 должен будет помочь в привязке FRB к небесным объектам — он будет максимально точно определять, откуда исходит радиосигнал, что поможет в поиске его источников. За 2022 год обсерватория засекла 30 событий FRB, что больше, чем за все годы с момента регистрации первого события 15 лет назад. Кроме главной цели обсерватории — привязки FRB к объектам на небе — анализ принятого радиосигнала позволяет получить и другие данные. Например, узнать о распределении материи на пути следования радиоимпульса от неизвестного источника к Земле.

В зависимости от того, какие частоты в принятом радиосигнале отсутствуют (поглощены на пути следования сигнала), мы можем точно рассчитать, какой и сколько материи было на пути радиоимпульса. Это ведёт к количественной оценке вещества в нашей галактике. Млечный Путь оказался более прозрачным, чем остальная Вселенная: в нём меньше 10 % барионного вещества и более 90 % тёмной материи.

Астрономы считают, что этого можно было ожидать. Существующие модели эволюции галактик допускают сценарии, когда материя на определенных этапах изгоняется из гало галактик, а на других — втягивается обратно. Впрочем, наблюдения продолжатся и обещают принести много нового в понимание процессов во Вселенной. Статья о работе доступна на сайте arXiv.org по ссылке.

Сравнительно недалеко от нас, на расстоянии всего 500 млн световых лет, замечено образование пары из сверхмассивных чёрных дыр. Поразительно, но эта пара возникла не из двойной звёздной системы. Каждый из этих объектов пришёл на встречу издалека вместе со своей собственной галактикой, и теперь они на пару «закусывают» окружающими их звёздами и веществом своих галактик пока не сольются в одну ещё более массивную чёрную дыру.

Тесная пара чёрных дыр в представлении художника. Источник изображения: scitechdaily.com

Открытие сделано благодаря наблюдению за объектом UGC4211 в созвездии Рака. Это кандидат на роль сливающихся галактик на поздних стадиях процесса. Примерно на такой стадии и в такой последовательности через 4,5 млрд лет будет проходить слияние нашей галактики Млечный Путь с галактикой Андромеда, с которой мы уже фактически пришли в соприкосновение.

Астрономы уже давно наблюдают за UGC4211 во всём доступном диапазоне электромагнитного излучения от гамма до оптического, а новые наблюдения с помощью радиотелескопа ALMA (Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива) добавили ряд ключевых и неизвестных до этого деталей. Главным из наблюдений стало то, что в самой горячей области в месте слияния галактик учёные обнаружили не одну, а две соседствующие сверхмассивные чёрные дыры.

Тесная пара чёрных дыр по данным наблюдений. Источник изображения: M.J. Koss

Согласно сделанным выводам, до встречи каждая из двух обнаруженных чёрных дыр располагалась в центре своей галактики. После слияния галактик чёрные дыры рекордно сблизились до расстояния всего в 750 световых лет и продолжают расти на поглощении окружающего вещества. Происходящие процессы с большой вероятностью приведут в будущем к слиянию этих сверхмассивных чёрных дыр.

Тем самым у нас появляется возможность регистрировать гравитационные волны от нового механизма слияния таких объектов, тогда как раньше мы искали гравитационные волны от слияния чёрных дыр в двойных звёздных системах. Это тем более важно, что слияние галактик чаще происходило в ранней Вселенной, о которой мы знаем очень и очень мало. Сделанное у нас под боком открытие позволяет надеяться, что во времена рассвета Вселенной возникло множество пар чёрных дыр от слияния галактик, а детектирование гравитационных волн от слияния таких пар станет массовым явлением, которое прольёт свет на эволюцию галактик, чёрных дыр и самой Вселенной.

Используя данные с индийского радиотелескопа SARAS3, команда исследователей под руководством учёных Кембриджского университета смогла приоткрыть завесу тайны над событиями самой ранней Вселенной — произошедшими всего через 200 млн лет после Большого взрыва. У нас пока нет возможности увидеть самые первые звёзды и галактики, но полученная информация дала намёк на их ключевые свойства.

Источник изображения: University of Cambridge

В данных SARAS3 учёные искали информацию о распространении нейтрального водорода в ранней Вселенной. Информацию об облаках водорода и их движении радиоастрономы получают на основе обнаружения так называемой 21-см линии в радиосигнале или радиолинии нейтрального водорода.

Анализ данных строился на том, что плотное облако нейтрального водорода, которое как туман поглощает свет от первых звёзд во Вселенной, может стать источником вторичного излучения, а по этим данным можно будет восстановить физические параметры как звёзд на раннем этапе развития Вселенной, так и галактик, скрытых от нас этим «туманом».

Как оказалось, учёных ждал сюрприз — 21-см линии с амплитудой требуемой интенсивности в данных не нашлось. Но в этой неудаче скрывалось открытие. Отсутствие сигнала позволило ввести ограничения на массу и энергию первых звёзд и, соответственно, первых галактик. Тем самым модель эволюции звёзд вскоре после Большого взрыва получила важные уточнения. Теперь астрофизики будут лучше представлять, насколько массивными и энергичными могут быть звёзды и галактики первого поколения и, как надеются исследователи, уточнённые данные помогут увидеть их «отражение» в облаке нейтрального водорода на заре Вселенной.

По-настоящему зафиксировать такие объекты учёные надеются к концу текущего десятилетия, когда в строй войдут радиотелескопы нового поколения, в частности, когда будет запущена площадка Square Kilometre Array (SKA) в Австралии. Но и современные инструменты могут удивить. «Джеймс Уэбб», например, увидел кандидата в самые древние галактики возрастом 286 млн лет после Большого взрыва.

Вчера мимо Земли на расстоянии двух орбит Луны пролетел астероид диаметром около 150 м. Объект не представлял для нас угрозы, но учёные решили воспользоваться шансом и заглянуть в его недра. О результатах эксперимента пока не сообщается, но в случае успеха опыт будет повторён в отношении более опасного астероида Апофис, который пролетит мимо Земли в 2029 году на удалении всего 32 тыс. км.

Комплекс HAARP. Источник изображения: HAARP

Для обнаружения астероидов используются более короткие радиоволны, которые дают представление о размерах объекта и позволяют вычислить его скорость и траекторию. Но для отражения угрозы желательно знать состав астероида. Эксперимент с зондом-камикадзе DART NASA показал, что удар по астероиду может удивить, если это космическое тело не монолитная скала, а скреплённая гравитацией груда камней, как оказалось на практике. Заглянуть внутрь астероида можно попытаться с помощью более длинных радиоволн, которые могут проникнуть на глубину и отразиться от его недр.

Вчерашний эксперимент поставлен на базе комплекса HAARP на Аляске (High Frequency Active Auroral Research Program). Антенна HAARP в момент максимального сближения астероида 2010 XC15 с Землёй облучила его радиосигналом частотой 9,6 МГц с двухсекундными интервалами. Отражённый сигнал принимался длинноволновыми антенными решётками Университета Нью-Мексико и радиообсерватории Оуэнс-Вэлли.

Через какое-то время после обработки данных мы сможем узнать о результате. В любом случае учёные смогут лучше подготовиться к встрече с Апофисом 13 апреля 2029 года. Ранее считалось, что этот астероид размерами до 340 м рискует столкнуться с Землёй в 2068 году, но уточнение его траектории позволило удалить этот объект из каталога опасных для Земли как минимум на 100 лет. Но узнать, как он устроен внутри — это ценно само по себе.

После тридцати лет разработок в Австралии началось строительство крупнейшей в мире обсерватории — радиотелескопа Square Kilometre Array (SKA), который будет использовать для наблюдения за космосом более 100 тыс. антенн. Ожидается, что он поможет учёным выяснить, как и когда сформировались первые звёзды и галактики, а также — поможет изучить тёмную энергию, причины расширения Вселенной и открыть другие тайны космоса. И потенциально будет способствовать поискам инопланетной жизни.

SKA-Low в представлении художника. Источник изображения: Министерство промышленности, науки и ресурсов Австралии

Изначально SKA будет использовать два массива — один из них, SKA-Low из 131 072 антенн, будет расположен в Западной Австралии. Массив будет чувствителен к низкочастотным радиосигналам (50 – 350 МГц), он будет в 8 раз чувствительнее сопоставимых современных радиотелескопов и в 135 быстрее них будет заниматься картографией звёздного неба. Антенны SKA-Low будут собраны в 512 групп, по 256 антенн на каждую. От центрального компактного ядра размером 1 км в поперечнике дальнейшие станции будут расположены по трем спиральным рукавам, расходящимся от центра по огромной площади — максимальное расстояние между двумя самыми дальними станциями составит 65 км. Площадь системы составил 400 тыс. м².

Источник изображения: skao.int

Второй массив из 197 обычных «тарелок» — SKA-Mid, будет построен в Южной Африке. Существующий радиотелескоп MeerKAT станет частью массива SKA-Mid, к его тарелкам диаметром 13,5 м присоединятся более крупные тарелки SKA диаметром 15 м, объединенные в одну систему. Они смогут принимать сигналы с частотой от 350 МГц до 15,4 ГГц, а в перспективе и до 24 ГГц. Из центрального ядра диаметром около 1 км антенны будут располагаться в виде трех спиральных рукавов, покрывающих огромное расстояние — две самые дальние антенны в SKA-Mid будут удалены друг от друга на 150 км.

SKA-Mid. Источник изображения: skao.int

По словам директора объекта SKA-Low доктора Сары Пирс (Sarah Pearce), обсерватория определит следующие 50 лет земной радиоастрономии, отслеживая рождение и смерть галактик, обеспечивая учёным поиск новых типов гравитационных волн и расширяя границы известной человечеству Вселенной. По данным Пирс, SKA будет достаточно чувствителен для того, чтобы распознать гипотетический радар обычного аэропорта на планете, вращающейся вокруг звезды в десятках световых лет от Земли, поэтому он, возможно, поможет ответить на один из наиболее важных вопросов — одиноко ли человечество во Вселенной?

По мнению многих учёных, SKA способен «поменять правила игры» в астрономии и его появление станет важной вехой в исследованиях. По имеющимся данным, над разработкой десятилетиями трудились более 1000 человек. Как сообщают исследователи, благодаря высокой чувствительности радиотелескоп позволит «всмотреться» в глубокую древность и изучать события, буквально времён начала нашей Вселенной, когда формировались её первые звёзды, излучение от которых уже дошло до Земли.

Источник изображения: Министерство промышленности, науки и ресурсов Австралии

Как сообщила Прайс, вновь говоря о разрешающей способности телескопа, он способен «распознать мобильный телефон в кармане астронавта на Марсе, находящегося в 225 млн километрах». Более того, если у ближайших звёзд есть технологически развитые цивилизации близкого к нам уровня, SKA поможет распознать «утечки» радиоизлучения от их радио- и телекоммуникационных сетей. Это первый телескоп, достаточно чувствительный для этого — он будет объединять данные, собираемые на разных континентах.

Телескоп призван выполнить массу задач, и как было в с случае с «Хабблом», позволит делать открытия, недоступные современной науке в принципе.

В Австралии SKA Organisation сотрудничает с Государственным объединением научных и прикладных исследований (CSIRO) для строительства и управления телескопами.

Крупнейший в мире радиотелескоп со сплошной антенной решёткой — 500-метровый китайский FAST — обнаружил самое большое во Вселенной облако из атомов водорода. Оно в 20 раз превышает размеры нашей галактики Млечный путь. Нюанс в том, что выявленное облако газа находится в межгалактической среде, где ему нет места в теориях земных учёных. Вероятно, модели эволюции звёзд и галактик необходимо будет пересмотреть.

Радиотелескоп FAST. Источник изображения: SCMP

После краха радиотелескопа «Аресибо» в Пуэрто-Рико китайский радиотелескоп Five hundred meter Aperture Spherical Telescope (FAST) или, по-русски, «Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой», стал важнейшим земным инструментом в наблюдении за небом в радиодиапазоне. С момента ввода в эксплуатацию в 2016 году радиотелескоп FAST сделал множество открытий. В одном из новых исследований международная группа учёных сделала неожиданное открытие, обнаружив невообразимое газовое облако из молекулярного водорода в области пространства, где его не должно было бы быть.

Согласно теориям и наблюдениям, молекулярный водород концентрируется в галактиках и больше всего в центрах галактик. Это материал для образования звёзд, где ему есть определённое природой место. Однако свежие наблюдения с помощью FAST за группой галактик под названием Квинтет Стефана показал, что облако молекулярного водорода находится далеко от скопления галактик и его плотность на порядок ниже, чем обычно. В теории такого не может быть, поскольку космическое излучение давно бы его рассеяло (следует помнить, что телескопы заглядывают в прошлое нашей Вселенной и то, что мы видим, относится к делам давно минувших эпох). Учёные оценили время жизни облака газа в 1 млрд лет.

Группа галактик Квинтет Стефана. Источник изображения: NASA / «Джеймс Уэбб»

С учётом открытия сделано предположение, что подобных «невозможных» газовых структур во Вселенной может быть больше. Обнаружение новых облаков газа в межгалактической среде поможет уточнить модели возникновения и эволюции галактик, о чем мы наверняка знаем далеко не всё.

Китайские учёные завершили технико-экономическое обоснование проекта космического радиотелескопа, который разместится на орбите Луны и поможет земной науке заглянуть в Тёмные века нашей Вселенной, когда ей было около 200 млн лет. Радиосигналы из той эпохи не могут пробиться сквозь шум радиопомех на Земле, а отсутствие в те времена звёзд не позволяет получить данные в видимом и инфракрасном свете. Остаётся Луна или её орбита, где влияние шумов намного меньше.

Источник изображения: Chinese Academy of Sciences

В идеальном случае астрономы хотели бы построить радиотелескоп на обратной стороне Луны. Рано или поздно такой проект будет реализован, но, очевидно, в не очень близком будущем. Гораздо проще и дешевле запустить радиотелескоп на орбиту Луны, чтобы он работал в те моменты, когда Луна экранирует радиофон со стороны нашей планеты, а делает она это очень и очень хорошо, что, например, заставляет запускать спутники-ретрансляторы для проведения космических миссий на обратной стороне Луны.

С другой стороны, проблема с космическими телескопами в том, что пока невозможно создать достаточно большую антенну, чтобы поместить её в головную часть ракеты-носителя. Китайский проект Discovering the Sky at the Longest Wavelength или Hongmeng («Великий туман первозданной вселенной» в китайской мифологии) предполагает запуск на орбиту Луны спутника ретранслятора, который также будет обрабатывать данные, и линейного массива небольших спутников с антеннами.

Фактически на орбите Луны может быть развёрнут распределённый радиотелескоп, благодаря синхронизации данные с которого будут рассматриваться как сигналы с одной большой антенны. Такой радиотелескоп будет осматривать небо, находясь на дальнем конце лунной орбиты над тёмной стороной Луны, а передавать данные на Землю будет после прохода над видимой стороной спутника.

Продвигающая проект группа китайских учёных в этом году завершила технико-экономическое обоснование проекта Hongmeng. Работы над проектом начались в 2015 году и включали испытания отдельных технологий на беспилотниках. Земные распределённые радиотелескопы учёные давно используют для наблюдения за небом, но создавать радиотелескоп на движущихся объектах ещё не пытались.

Учёные утверждают, что все ключевые моменты для реализации проекта Hongmeng в космическом масштабе испытаны и могут быть переведены в практическую плоскость. Если проект будет утверждён властями Китая, запустить лунную обсерваторию можно будет через 3,5 года.

Лунный радиотелескоп будет искать признаки атомарного водорода в Тёмные века юной Вселенной. Это очень и очень слабые сигналы, выделить которые из шума окружающего космоса будет непросто даже на обратной стороне Луны.

Вместе со вспышками на Солнце в космос выбрасываются также потоки высокоэнергетических частиц — так называемая коронарная масса. До 70-х годов прошлого века учёные не могли наблюдать подобных явлений, а отслеживать их стоит — слишком мощные потоки могут навредить не только космонавтам и спутникам, но также земным системам связи и энергоснабжения. Взять под постоянный контроль эту активность Солнца решили в Китае, для чего строят радиотелескоп.

Источник изображения: China News Service

Солнечный радиотелескоп Даочэн (DSRT) строится на площадке высоко на Тибетском нагорье в провинции Сычуань и будет состоять из 313 антенн, каждая из которых диаметром 6 метров. Антенны будут расположены по кругу со 100-метровой башней в центре. Комплекс будет эквивалентен антенному массиву диаметром 3,14 км. Все 313 антенн массива будут работать согласованно по специально написанному алгоритму. Строительство, как ожидается, будет завершено к концу текущего года.

«DSRT станет крупнейшей в мире круговой решёткой для получения радиоизображений Солнца и позволит более точно наблюдать корональные выбросы массы», — сказал на прошлой неделе Китайской службе новостей Ву Цзюньвэй (Wu Junwei) из Национального центра космической науки, который курирует проект на месте.

Телескоп DSRT будет работать в паре с другим телескопом наблюдения за солнечной активностью — Mingantu, который строится во Внутренней Монголии. Mingantu — это сцинтилляционный телескоп, который будет создавать пространственную карту распределения солнечного ветра по искажению радиосигналов из далёкого космоса. Это будут косвенные наблюдения, тогда как решётка DSRT будет следить непосредственно за выбросами корональной массы. В паре оба инструмента выведут Китай в мировые лидеры по наблюдению за космической погодой в Солнечной системе.

Источник изображения: China News Service

Судя по всему, Китай готовится к массовому присутствию в космосе, поскольку космическая погода определяет возможности космической связи и безопасные траектории для космических аппаратов, а также заостряет внимание на здоровье космонавтов. Это особенно важно за пределами магнитного поля Земли, например, на орбите Луны, где частицы Солнечного ветра могут нанести ущерб оборудованию кораблей и здоровью людей.

Китая в 2024 году в рамках лунной программы запустит для миссии «Чанъэ-7» на орбиту Луны спутник-ретранслятор. Помимо поддержки миссии «Чанъэ-7» с высадкой на поверхность Луны автоматической самоходной станции окололунный спутник станет частью радиоинтерферометра (радиотелескопа) со сверхдлинной базой. Тем самым будет создан инструмент радионаблюдения за космосом в 30 раз больше размеров Земли.

Источник изображения: Pixabay

Метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) с 50-х годов прошлого века успешно применялся для научных наблюдений и не только. Он позволяет вести наблюдение за одним и тем же объектом целой сетью из радиотелескопов. Например, первый реальный снимок чёрной дыры два года назад сделал так называемый Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) из восьми наземных радиотелескопов. Система позволила создать фактически единый инструмент наблюдения размерами с планету Земля.

Чем сильнее разнесены радиотелескопы и чем больше база, тем выше разрешение у такого инструмента. Естественно, учёные сразу подумали о спутниках, которые позволяют создавать базы космических масштабов и первый такой эксперимент был поставлен в 1979 году с помощью советской станции Салют-6. Китайцы собираются повторить опыт со спутником, отправленным на лунную орбиту, что даст базу шириной 400 тыс. км.

Впрочем, будущий эксперимент ещё предстоит подготовить и научно обосновать. В этом плане есть две большие проблемы — это относительно низкая точность атомных часов на борту спутника-ретранслятора, а для радиоинтерферометрии синхронизация должна быть высочайшая, а вторая проблема — это небольшая 4-метровая приёмная антенна на спутнике, что отрицательно скажется на общей чувствительности составного радиотелескопа. Обе эти проблему учёным ещё предстоит решить и, к счастью, время для этого есть. Чувствительность радиотелескопа обещает оказаться настолько высокой, что это, к примеру, позволит различить предмет размером с мячик для гольфа на поверхности Марса.

Новый радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке помог в создании беспрецедентно точной карты центра нашей галактики Млечный Путь. Это исследование выполнено астрономами из Северо-Западного Университета в штате Иллинойс. Открытие оказалось настолько загадочным и масштабным, что работы по нему публикуются даже год спустя после события, и им нет конца и края, а вопросов больше чем ответов. Теперь там нашли множество загадочных нитей неизвестного происхождения.

Карта центра Млечного Пути в диапазоне радиотелескопа. Источник изображения: Northwestern University

В мае прошлого года мы рассказывали, что учёные совместили данные с радиотелескопа MeerKAT с данными космического рентгеновского телескопа NASA «Чандра». Тем самым учёные создали самую подробную карту центра нашей галактики. Наиболее удивительными оказались более-менее равномерно расположенные на изображении нити — предположительно струи сверхнагретого газа длиной до 150 световых лет в виде разогнанных до околосветовых скоростей потоков электронов.

Астрономы зафиксировали около 1000 нитей, но объяснить их появление и суть происходящего процесса могут с трудом. Нити встречаются парами и скоплениями, часто расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга, как «струны на арфе». Первые подобные образования были обнаружены в начале 80-х годов прошлого века. Новый радиотелескоп открыл целый Клондайк нитей, что позволяет надеяться приблизиться к пониманию явления. Это вопрос статистики, чем учёные заняты сейчас — в деталях изучают каждую из них.

«Мы долгое время изучали отдельные нити с позиций близорукого взгляда, — сказал Фархад Юсеф-Заде (Farhad Yusef-Zadeh), ведущий автор статьи. — Теперь мы, наконец, видим общую картину — панорамный вид, наполненный обилием нитей. Изучив лишь несколько из них, трудно сделать какой-либо реальный вывод о том, что они собой представляют и откуда взялись. Это переломный момент в углублении нашего понимания этих структур».

Чтобы построить изображение с беспрецедентной четкостью и детализацией, астрономы провели три года, наблюдая за небом и анализируя данные в Южноафриканской радиоастрономической обсерватории (SARAO). Используя 200 часов работы на телескопе MeerKAT в SARAO, исследователи собрали мозаику из 20 отдельных наблюдений различных участков неба в направлении центра галактики Млечный Путь, расположенного в 25 000 световых лет от Земли.

Изображение отдельной нити. Источник изображения: NASA/CXC/UMass/Q.D. Wang; Radio: NRF/SARAO/MeerKAT

Полное изображение будет опубликовано в дополнительной, сопроводительной статье в предстоящем выпуске The Astrophysical Journal Letters. Наряду с нитями, на снимке запечатлены радиоизлучения от многочисленных источников, включая вспыхивающие звезды, звездные ясли и новые остатки сверхновых.

Динамика испускаемого нитями излучения сильно отличается от излучения недавно обнаруженных остатков сверхновой, что позволяет предположить, что эти явления имеют разное происхождение. По мнению исследователей, более вероятно, что нити связаны с прошлой активностью центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, а не со вспышками сверхновых.

В настоящее время учёные определяют и каталогизируют каждую нить. Угол, кривая, магнитное поле, спектр и интенсивность каждой нити будут опубликованы в одном из будущих исследований. Понимание этих свойств даст астрофизическому сообществу больше подсказок о загадочной природе явления.

Китай уже доказал способность создавать на пустом месте огромные инфраструктуры и изучает возможность применить опыт для больших научных проектов. Так, рассматривается вопрос строительства ещё пяти огромных радиотелескопов по аналогии с уже построенным 500-метровым радиотелескопом FAST. Если проект будет поддержан и завершён, Китай как минимум на 50 лет обгонит все страны мира в области радиоастрономии. Инопланетянам придётся учить китайский.

В чаше китайского радиотелескопа FAST поместится 30 футбольных полей. Источник изображения: Xinhua

Как сообщают китайские источники, стоимость радиотелескопа FAST в карстовых горах провинции Гуйчжоу, введённого в работу чуть больше пяти лет назад, составила около $100 млн с учётом затрат на разработку проекта и сопутствующие исследования. Строительство пяти новых радиотелескопов по этому проекту обойдётся дешевле. Нужны ли они? Китайское и международное астрономическое сообщество отмечает, что после разрушения радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико получаемые на FAST данные в массе негде подтвердить. Нужны другие радиотелескопы для продвижения науки вперёд.

Радиотелескоп FAST уже совершил массу интересных научных открытий, и новые телескопы не только помогут отсеять ошибки, но также кратно повысят разрешающую способность в случае совместных наблюдений за счёт увеличения площади антенн. Именно так было получено первое в истории человечества реальное изображение чёрной дыры. Суммарная площадь шести гигантских радиотелескопов составит 1,2 км². Это превысит площадь крупнейшего строящегося радиотелескопа Square Kilometre Array (SKA) в Австралии и Южной Африке. Но в проекте Square Kilometre Array участвуют около 20 стран (включая Китай), а «клонировать» FAST Поднебесной придётся самостоятельно с соответствующими затратами.

Проект по строительству ещё пяти радиотелескопов пока не утверждён. В качестве альтернативного варианта рассматривается создание распределённой сети радиотелескопов меньшей площади, но тогда придётся сделать акцент на мощности ЦОД для обработки массивов данных со всех и каждого из них, включая развёртывание высокоскоростных линий связи. Наконец, это будет дорого даже для огромного бюджета Китая. Деньги могут потребоваться для других научных программ. Поэтому вопрос пока изучается.

Новый 500-метровый китайский радиотелескоп FAST помог собрать интересные данные от самого активного источника быстрых радиовсплесков (FRB), что поможет решить загадку этих сравнительно недавно обнаруженных астрофизических явлений. Среди гипотез об источниках всплесков были даже инопланетный разум и теория струн, хотя сейчас многие склоняются к версии молодой нейтронной звезды с сильным магнитным полем — магнетару.

Антенна FAST. Источник изображения: Shami Chatterjee

Быстрые радиовсплески — это обычно одиночные или редко повторяющиеся события, но объект FRB121102 уже на этапе обнаружения в 2012 году сопровождался фиксацией сотен повторяющихся радиоимпульсов, каждый из которых излучал невообразимую энергию, сравнимую со светимостью миллиардов солнц (исключительно в радиодиапазоне). В новой работе по наблюдениям за объектом FRB121102 в период с 29 августа по 29 октября 2019 года международная группа учёных за 47 дней зафиксировала рекордное количество повторяющихся вспышек — 1 652 радиовсплеска. Такого богатства в руки астрофизиков ещё не попадало.

Впервые сигнал FRB был обнаружен в 2007 году, а второй раз только в 2012 году. Причём оба они были найдены в архивах общих наблюдений, как и большинство последующих событий. До обнаружения объекта FRB121102, проявившего себя 2 ноября 2012 года, никто проблемой быстрых радиовсплесков особенно не интересовался, но этот объект изменил всё. С тех пор наиболее вероятной гипотезой осталась версия российских астрофизиков Константина Постнова и Сергея Попова о магнитарах, как об источниках быстрых радиовсплесков.

Магнитар — это молодая нейтронная звезда с очень мощным магнитным полем. Судя по огромному количеству событий объект FRB121102 — это очень молодая нейтронная звезда, следить за которой будет очень интересно и познавательно. Собственно, 1652 регистрации мощнейших импульсов за 47 дней говорят сами за себя. Подобная интенсивность дала возможность как установить координаты объекта и удаление до него, так и рассчитать остальные параметры — скорость вращения, силу магнитного поля, траекторию движения и другие. Детальный анализ полученных данных поможет многое прояснить, хотя загадок также может прибавиться.

Группа планетологов из Калифорнийского технологического института сообщила о впечатляюще детальной температурной картографии загадочного астероида Психея из пояса астероидов между Землёй и Юпитером. Данные получены при наблюдении с Земли, что стало новым шагом в исследовании Солнечной системы.

Температурную карту далёких космических объектов принято создавать с помощью инфракрасных датчиков с длиной волны от 5 до 30 мкм. Но для инфракрасных средств наблюдения даже 200-км Психея будет размером с один пиксель. Астрономы решили пойти по другому пути и получить температурную карту астероида при наблюдении в миллиметровом диапазоне частот с помощью радиотелескопа.

Огромная по площади антенная решётка радиотелескопа позволяет увидеть ту же Психею с разрешением 30 км на пиксель — это 50 пикселей на объект. В оценке температуры с помощью радиоизлучения объекта есть свои тонкости, но результат себя оправдывает. Психея дрейфует в космосе на расстоянии от 179,5 до 329 миллионов км от Земли. И этот объект удалось достаточно подробно изучить на таком расстоянии с земной поверхности.

После изучения полученных данных учёные укрепились в мысли, что поверхность Психеи содержит значительное количество металла. Согласно одной из гипотез Психея — это часть ядра несостоявшейся протопланеты Солнечной системы. Этот астероид обещает оказаться кладезем драгоценных металлов — его теоретическая стоимость в нынешних ценах может достигать $10 квинтиллионов.

Источник изображения: www.caltech.edu

Для непосредственного изучения Психеи NASA готовит космическую миссию, запланированную на 2022 год. К астероиду зонд доберётся в 2026 году. Но чтобы лучше понимать, с какой поверхностью объекта и с каким рельефом зонд будет иметь дело, астрономы уже сейчас пытаются картографировать Психею. Данные о температуре поверхности и оценка температурной инерции вполне подходят для предварительного планирования миссии — это говорит о том, где находится камень, где металл, а где слой пыли. Поразительно, что всё это можно оценить с расстояния в сотни миллионов километров.