Происхождение жизни на Земле — это одна из главных тайн, которую современная наука пока не раскрыла. Когда появляется жизнь, откуда берутся её семена и где запускаются первичные химические процессы для синтеза органики? В питательных бульонах на поверхности планет или в холодных глубинах космоса? Как показывают новые наблюдения, второй вариант набирает всё больше подтверждений, указывая на то, что жизнь во Вселенной может быть повсюду.

Схематическое изображение молекулы цианокоронена. Источник изображения: NSF/AUI/NSF NRAO/P.Vosteen

Открытие сделала сводная группа американских астрономов, которые использовали для сбора данных один из крупнейших в мире поворотных радиотелескопов с антенной диаметром 100 м — телескоп Грин-Бэнк (GBT), расположенный в Грин-Бэнке, Западная Виргиния. Учёные собирали микроволновое излучение из молекулярного облака Таурус (TMC-1), удалённого от Земли примерно на 430 световых лет. Анализируя спектры, исследователи искали в облаке холодного межгалактического газа органические молекулы. И они их нашли.

В данных радиотелескопа с вероятностью, превышающей статистическую погрешность, был обнаружен цианокоронен. Это так называемый полициклический ароматический углеводород (ПАУ).

«Считается, что ПАУ удерживают значительную часть углерода во Вселенной и играют ключевую роль в химических процессах, которые приводят к образованию звёзд и планет, — написали представители Национальной радиоастрономической обсерватории в заявлении. — До сих пор в космосе обнаруживались только ПАУ меньшего размера, а это новое открытие значительно расширяет установленный предел размеров».

Цианокоронен представляет собой семь соединённых между собой бензольных колец, собранных в симметричную фигуру с присоединённой к нему цианогруппой (соединением углерода и азота). Это достаточно сложное молекулярное образование, которое можно было ожидать найти в атмосфере экзопланеты или в развитой звёздной системе. Но в данном исследовании цианокоронен был обнаружен в холодном облаке межзвёздного газа вдали от планет и систем.

«Это означает, что химические процессы, в результате которых образуются сложные органические соединения, могут происходить ещё до рождения звёзд», — пишут исследователи, подчёркивая, что такие пребиотические молекулы могут быть распространённым компонентом на ранних стадиях формирования звёзд и планет. Органика есть повсюду во Вселенной, что может намекать на то, что жизнь существует где-то ещё помимо Земли.

«Каждое новое открытие приближает нас к пониманию происхождения сложной органической химии во Вселенной и, возможно, происхождения самих строительных блоков жизни», — резюмируют исследователи.

13 июня 2024 года неработающий более полувека спутник NASA испустил сигнал, который ранее связывали с таинственными быстрыми радиовсплесками (FRB). Такие сигналы возникают в процессе колоссальных выбросов энергии и, за исключением одного случая в Млечном Пути, приходят из глубин Вселенной. Зарегистрированный год назад FRB возник на расстоянии всего 4000 км от Земли — это казалось необъяснимым и даже пугающим. Вскоре учёные нашли его источник — мёртвый спутник.

Макет спутника NASA Relay 2. Источник изображения: NASA

Начало этой истории напоминает завязку фильма ужасов. Импульс быстрого радиовсплеска несёт энергию, эквивалентную излучению сотен миллионов Солнц, и длится наносекунды. Если бы источник подобного сигнала находился на орбите Земли, мы бы сейчас не обсуждали это явление — ни Земли, ни даже Солнца в нашей системе уже не существовало бы.

Для поиска источника загадочного радиовсплеска учёные использовали австралийский радиотелескоп ASKAP. Они предположили, что событие FRB имеет техногенное происхождение — и не ошиблись. Сопоставив данные о всплеске с орбитальным атласом, исследователи установили, что его источник — спутник NASA Relay 2. Это был первый космический ретранслятор агентства, проработавший с 1964 по 1967 год. Оборудование на борту давно вышло из строя, поэтому радиовсплеск был вызван каким-то природным процессом.

По мнению учёных, которое они оформили в статье для публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters (она уже доступна на сайте arXiv), наносекундный радиоимпульс в диапазоне частот 695,5–1031,5 МГц был вызван статическим разрядом. При движении по орбите космические аппараты трутся об атмосферу Земли, набирая статический заряд, который при определённой величине превращается в искру. Это опасное явление для космического аппарата, которое может вывести его из строя.

Таким образом, проделанная работа была направлена на три цели: предупреждение о возможных явлениях статических разрядов на спутниках в будущем, оценка степени влияния техногенных FRB-сигналов на поиск природных источников, а также разработка новых приборов и инструментов для фундаментальной науки, использующих разряды в космосе для детекторов частиц и других целей.

На обычную материю во Вселенной, из которой, например, состоят звёзды, планеты и люди, приходится всего 16 % вещества. Но точно локализована лишь малая часть из этого объёма. Где находится остальное вещество — вопрос, на который долгое время могли отвечать только теоретики. Новая работа учёных из Калтеха (Caltech) пролила свет на реальное распределение видимой материи во Вселенной. Фактически, они нашли её всю.

Источник изображения: Caltech

Данные о распределении обычной (барионной) материи в пространстве помог собрать радиотелескоп DSA-110 Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology). Видимая материя излучает свет различных длин волн и поэтому может быть обнаружена. Другое дело, что, рассеявшись по невероятно большому объёму Вселенной, она в основном представляет собой «туман», который непросто обнаружить на расстояниях в сотни миллионов и миллиарды световых лет.

К счастью, во Вселенной нашлись своеобразные прожекторы, которые помогли буквально высветить «пропавшее» вещество. В качестве таких маяков астрономы Калтеха использовали источники быстрых радиовсплесков (FRB). Эти всплески сами по себе остаются загадкой, но для их применения в роли прожекторов суть происхождения не важна. Главное — FRB испускают сквозь пространство мощный радиоимпульс, который преломляется при встрече с рассеянным веществом.

Когда радиоволны от быстрых радиовсплесков достигают Земли, они рассеиваются на разные длины волн, подобно тому как призма превращает солнечный свет в радугу. Степень этого рассеивания — или дисперсии — зависит от того, сколько материи находится на пути распространения света.

Для исследования были отобраны 69 быстрых радиовсплесков, координаты которых ранее были определены с достаточной точностью. Всего науке известно свыше тысячи таких событий, но источники большинства из них остаются неустановленными. В данной работе радиовсплески как бы «осветили» структуру распределения вещества в космическом пространстве. Самый удалённый FRB находился на расстоянии 9,1 млрд световых лет, а самый близкий — в 11,7 млн световых лет от Земли.

Результаты показали, что 76 % обычной материи во Вселенной находится в межгалактическом пространстве. Около 15 % сосредоточено в гало галактик, а оставшаяся часть — внутри самих галактик, в звёздах и холодном галактическом газе. Такое распределение согласуется с прогнозами, полученными в результате сложных космологических моделей, но до сих пор не подтверждалось прямыми наблюдениями.

Полученные данные помогут исследователям лучше понять, как формируются и развиваются галактики, а также продемонстрируют, как быстрые радиовсплески могут быть использованы для решения важных задач космологии — например, в определении массы нейтрино. Стандартная модель физики предсказывает, что у нейтрино не должно быть массы, однако наблюдения показывают, что она есть — пусть и крайне малая. Точное знание этой массы может привести к открытию новых физических законов, выходящих за рамки Стандартной модели.

Настоящий прорыв, впрочем, ожидается с вводом в строй нового, более мощного радиотелескопа DSA-2000, который сейчас планируется к строительству в пустыне Невада. Этот инструмент сможет локализовывать до 10 000 быстрых радиовсплесков в год, что значительно усилит их ценность как инструментов для изучения обычной материи и поможет глубже понять природу самих FRB.

На этой неделе из Китая в Бразилию морем отправлена чаша уникального радиотелескопа, который будет изучать свойства тёмной энергии и открывать другие тайны Вселенной. Это стало завершающим этапом изготовления астрофизических инструментов для проекта BINGO. Радиотелескоп будет собран в Бразилии далеко от цивилизации, чтобы минимизировать влияние помех на работу сверхчувствительных приборов.

Художественное представление радиотелескопа BINGO. Источник изображения: Коллаборация BINGO

Черновик проекта BINGO был представлен в 2011 году. К тому времени прошло всего 13 лет с момента открытия тёмной энергии — неизвестной силы, «расталкивающей» не связанные гравитацией галактики прочь друг от друга и с ускорением расширяющую нашу Вселенную. Сегодня это одна из важнейших тайн мироздания, которая далека от раскрытия. Считается, что тёмная энергия составляет 68 % всего, что есть материального во Вселенной. Радиотелескоп проекта BINGO должен помочь с её изучением.

BINGO — совместный проект Бразилии и Китая. Руководит коллаборацией ведущий бразильский астрофизик Карлос Александре Вуенше де Соуза (Carlos Alexandre Wuensche de Souza), старший научный сотрудник отдела астрофизики INPE (Национального института космических исследований в Бразилии). Непосредственно проектированием и изготовлением радиотелескопа занимались китайские учёные, которые во главу угла поставили простоту сборки конструкции на месте.

Радиотелескоп состоит из одной чашеобразной 40-метровой антенны и 28 «рупоров» — пакета из более мелких антенн. Система рассчитана на довольно широкий охват участка неба и одновременно на серию достаточно детализированных измерений в поле наблюдения. Прибор будет фиксировать барионные акустические колебания, полученные в результате комплексных наблюдений за нейтральным газом.

Барионные акустические колебания возникали примерно до 380 тыс. лет после Большого взрыва в процессе сжатия и расширения областей плазмы. Они по определённому закону распределили вещество в пространстве, и с тех пор это стало своего рода слепком колебаний, что нашло отражение, например, в распределении галактик. По сути — это своего рода космическая линейка для определения расстояний во Вселенной. Данные BINGO помогут с высокой точностью оценить скорость и степень расширения Вселенной и, следовательно, смогут подтолкнуть к получению более точного набора характеристик тёмной энергии.

К берегам Бразилии главная антенна радиотелескопа BINGO прибудет примерно через два месяца. Радиотелескоп будет построен в 2000 км от столицы страны. В строй его введут в 2026 году.

Стартовавший в 2016 году научный проект CLASS (Космологический обзор на больших угловых масштабах) стал первой успешной попыткой изучения реликтового излучения с помощью наземных телескопов. До этого в регистрации космического микроволнового фона — отголоска Большого взрыва, ознаменовавшего рождение нашей Вселенной, — преуспели лишь космические обсерватории. Сегодня проект CLASS поделился первыми результатами, проливающими свет на эпоху «Космического рассвета».

Источник изображения: Deniz Valle and Jullianna Couto

Коллаборация CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor) использует радиотелескопы, установленные высоко в горах Анд на севере Чили. Но даже туда микроволновому излучению из космоса пробиться крайне трудно — сигнал чрезвычайно слаб. Поляризованное микроволновое излучение, являющееся следствием Большого взрыва, ещё в миллион раз слабее. Различить его на фоне земных шумов долгое время считалось невозможным. До недавнего времени наиболее полные данные об этом излучении были получены исключительно с помощью космических обсерваторий ESA «Планк» и NASA WMAP. Подключение наземных инструментов к сбору столь редких данных — достижение, которое трудно переоценить.

После Большого взрыва Вселенная была заполнена плотным туманом из электронов, из-за которого фотоны не могли свободно распространяться. По мере расширения и охлаждения Вселенной протоны начали захватывать электроны, образуя нейтральные атомы водорода. Это позволило реликтовому микроволновому излучению свободно распространяться в пространстве. Когда во время «Космической зари» начали формироваться первые звёзды (примерно через 150 миллионов лет после Большого взрыва), их мощное излучение начало ионизировать водород — освобождать электроны. Так начался этап повторной ионизации — реионизации. Фотоны реликтового излучения начали сталкиваться с этими электронами, рассеиваться и приобретать поляризацию.

Группа CLASS оценила вероятность того, что фотон, возникший в результате Большого взрыва, столкнулся с одним из освобождённых электронов, проходя через облако ионизированного газа, и отклонился от своего исходного пути. Также исследователи сопоставили сигналы, полученные с наземных радиотелескопов, с данными обсерваторий «Планк» и WMAP, чтобы точнее выделить полезный сигнал. Это позволило отфильтровать помехи и получить данные, соответствующие поляризованным фотонам космического микроволнового фона.

Полученные результаты помогут более точно зафиксировать сигналы, исходящие от остаточного свечения Большого взрыва (космического микроволнового фона), и создать более чёткую картину ранней Вселенной.

«Более точное измерение сигнала реионизации — важнейшая задача исследований космического микроволнового фона, — поясняют учёные. — Для нас Вселенная — это как физическая лаборатория. Чем точнее мы измерим её параметры, тем лучше поймём природу тёмной материи и нейтрино — многочисленных, но неуловимых частиц, наполняющих космос. В будущем, анализируя собранные CLASS данные, мы надеемся достичь максимально возможной точности».

Новая лунная гонка предполагает наличие достаточных запасов воды на спутнике, которая обеспечит кислород, водный баланс и даже топливо для ракет. Больше всего воды ожидается найти на южном полюсе Луны в вечной тени кратеров. Космическим зондам и луноходам ещё предстоит обнаружить эти запасы, а пока разведка ведётся удалёнными методами, некоторые из которых можно реализовать даже не покидая Землю.

Источник изображения: Science Bulletin

Несколько лет назад в США был поставлен эксперимент по радарному сканированию южного полюса Луны так называемым радаром некогерентного рассеивания. Обычно это радар для изучения ионосферы Земли — плотности частиц, их температуры, энергий и распределения на высоте от 60 до 1000 км. В теории такой радар в сочетании с приёмом слабого отклика наземным радиотелескопом может обнаружить воду в толще лунной породы. Радар посылает сигнал, а радиотелескоп ловит его отражение.

Эксперимент с радиотелескопами «Аресибо» в Пуэрто-Рико и Грин-Бэнк в Западной Вирджинии позволил получить изображение южного полюса Луны с разрешением от 20 до 150 метров. Китайские учёные развили методику и для своего эксперимента по сканированию Луны использовали новейшие ионосферный радар (SYISR) в городе Санья (провинция Хайнань) и 500-м радиотелескоп FAST. Радар посылал сигнал в сторону Луны, а тарелка FAST принимала отражённые сигналы.

До этого считалось, что водяной лёд может содержаться в лунных породах на глубине от 5 до 7 м. Более того, в вечной темноте кратеров на южном полюсе спутника могли бы находиться даже глыбы льда до одного метра в поперечнике. Но проведённое китайскими учёными сканирование показало, что вода может быть в связанном состоянии в породах на глубине от 10 м. И её там очень мало — примерно 6 % от массы породы.

Проведённое сканирование считается малодостоверным из-за сырости методики. Оно может быть ошибочным в обе стороны, показывая как заниженные, так и завышенные данные. По мнению ряда научных экспертов, например, китайский эксперимент затронул только склоны кратеров и в силу ориентации антенн не смог «осветить» их дно, где водяного льда может быть больше всего.

Водяной лёд на склонах мог быть испарён лучами Солнца, отражёнными Землёй, тогда как дно кратеров недоступно для качественного зондирования с Земли. Поэтому так важно отправить роботов-разведчиков непосредственно на южный полюс спутника. Китай, например, готовит для этого миссию «Чанъэ-7», запланированную на 2026 год. Обнаружение залежей воды на Луне подстегнёт космическую гонку и позволит начать планирование рывка к Марсу.

На днях в престижном астрономическом журнале The Astrophysical Journal вышла статья, которая осветила буквально научный подвиг, совершённый умирающим на Луне посадочным модулем Nova-C «Одиссей» компании Intuitive Machines. Один из научных приборов модуля собрал достаточно данных для проверки работы на спутнике настоящего радиотелескопа, что стало первым в мире примером инопланетного астрономического наблюдения.

Наглядно о прилунении модуля «Одиссей». Источник изображений: Intuitive Machines

Героем статьи стал прибор NASA ROLSES-1 — низкочастотный радиоспектрограф, разработанный для изучения «плотности и высоты фотоэлектронной оболочки вблизи лунной поверхности». По сути, это радиотелескоп, который стал первым проведённым на Луне экспериментом по радиоастрономии. Прибор был оснащён четырьмя короткими антеннами, предназначенными для улавливания радиоволн определённых частот вблизи поверхности Луны. Его данные помогут оценить перспективы строительства на спутнике полноценного радиотелескопа для астрономических наблюдений.

На Земле радиоастрономия всё больше страдает от техногенных помех. Наибольшую угрозу для науки представляют спутники интернет-связи и системы прямого подключения к смартфонам. Телекоммуникационные системы на низкой околоземной орбите буквально могут уничтожить наземную радиоастрономию. Поэтому учёные рассматривают возможность развёртывания радиотелескопов на Луне, особенно на её обратной стороне, наиболее защищённой от помех. Эксперимент ROLSES-1 должен был собрать информацию о влиянии лунной поверхности на радиоволны в диапазонах главной линии водорода и космического фона. Аварийная посадка модуля в целом не помешала проведению эксперимента.

Непокорная антенна

Забавно, но одна из четырёх антенн комплекса ROLSES-1 развернулась ещё на подлёте к Луне. Это случайное событие помогло собрать данные о помехах со стороны земных радиоисточников. Прибор зафиксировал активные радиопомехи от земных радиостанций и сигналы спутников на околоземной орбите. В день, когда антенна начала собирать данные, на «радаре» оказался весь североамериканский континент. Таким образом, учёные смогли взглянуть на Землю глазами инопланетных наблюдателей, попытавшись оценить техносигнатуры цивилизации. Важно было провести эти измерения с учётом влияния ионосферы планеты на радиосигналы.

Прибор собирал данные несколько часов на подлёте к Луне и дважды включался на её поверхности, пока в аккумуляторах совершившего аварийную посадку модуля оставалась энергия. В общей сложности он проработал на Луне 20 минут, хотя изначально научная программа была рассчитана на восемь дней.

Ориентация Земли в моменты работы прибора

«Не всё потеряно, — сказал соавтор исследования и ведущий учёный проекта ROLSES-1 Джек Бёрнс (Jack Burns) на 224-м собрании Американского астрономического общества в июне 2024 года. — Мы получили хорошее [частотное] изображение Земли, снятое с уникальной точки обзора».

Собранные ROLSES-1 данные помогут усовершенствовать эксперименты ROLSES-2 (2027 год) и LuSEE-Night (2026 год). Последний будет отправлен на обратную сторону Луны. Все эти проекты заложат основу для строительства на спутнике полноценной радиоастрономической обсерватории к концу 2030-х — началу 2040-х годов. И хотя посадка «Одиссея» прошла через пень-колоду, (миссия «Афины» в этом году тоже оказалась неудачной), учёные смогли получить данные для следующего шага вперёд.

Новейшие высокочувствительные радиотелескопы позволяют обнаружить то, что скрыто для наблюдения в других диапазонах — в видимом и инфракрасном свете. Одними из удивительных объектов в радиодиапазоне стали тусклые объекты круглой формы, происхождение которых может быть очень разным и не всегда понятным. Таких открытий сделан не один десяток, и список продолжает пополняться.

Примеры круглых тусклых радиообъектов во Вселенной. Источник изображений: Miroslav Filipovic

Венцом находок могли бы стать гипотетические сферы Дайсона, созданные могущественными инопланетными цивилизациями. Но чудес для учёных и так в избытке. Тем более что новый массив радиотелескопа ASKAP в Австралии выполнил только 25 % обзора южного неба по программе Evolutionary Map of the Universe (EMU). Это будет каталог радиообъектов на десятилетия вперёд, где астрономических загадок хватит на тысячи открытий.

Кроме ASKAP множество невидимых ранее находок в Млечном Пути и в ближайшей Вселенной сделал также новый радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке. Оба они стали предтечами супернового и ещё не до конца построенного радиотелескопа Square Kilometre Array. Поэтому к 2030 году открытия в области астрономии хлынут нескончаемым потоком. Все эти и подобные инструменты позволяют радиоастрономам открывать новую «Вселенную с низкой поверхностной яркостью», которую иначе никак не увидеть.

Примером удивительной работы радиоастрономов может служить призрачное кольцо Kýklos (от греческого κύκλος — круг или кольцо) и объект WR16 в окружении редких и необычных звёзд Вольфа-Райе. Когда у больших звёзд заканчивается топливо, они становятся нестабильными и переходят на одну из последних стадий жизненного цикла, превращаясь в звёзды Вольфа-Райе. Они начинают пульсировать и расширяться, сбрасывая внешние слои, которые могут образовывать вокруг звезды яркие туманности.

В случае объекта WR16 предыдущий выброс вещества очистил пространство вокруг звезды, позволив текущему выбросу распространиться симметрично во всех направлениях. Получившаяся сфера из звёздного вещества выглядит как круг.

Слева Kýklos, справа WR16

На изображении ниже слева направо по часовой стрелке — остатки сверхновых Stingray 1, Perun, Ancora и Unicycle. Когда у звезды определённой большой массы заканчивается топливо, она больше не может сдерживать гравитацию. Падающая внутрь звезды материя вызывает последний взрыв, который учёные называют сверхновой. Расширяющиеся ударные волны сверхновой засасывают материал в расширяющуюся сферу, формируя красивые круглые структуры.

Со временем остаток сверхновой будет деформироваться из-за сопротивления окружающей среды. Например, если одна сторона взрыва расширится до межзвёздного облака газа и пыли, мы увидим сплющенную форму. Таким образом, почти идеальный круг во Вселенной — это особая находка. Но они тоже есть. Ниже показан Teleios, названный так в честь греческого слова Τελεɩοσ («идеальный») из-за своей почти идеально круглой формы. Этот уникальный объект никогда не наблюдался ни на одной длине волны, включая видимый свет, что демонстрирует невероятную способность радиотелескопа ASKAP обнаруживать новые объекты.

Идеальная форма оболочки сверхновой указывает на то, что Teleios остался относительно нетронутым окружающей средой. Это даёт возможность сделать выводы о первоначальном взрыве сверхновой, что позволяет получить представление о самом начале одного из самых энергичных событий во Вселенной.

С другой стороны, обнаруживаются объекты, которые позволяют открыть в них что-то совершенно новое. Например, обнаружен остаток сверхновой звезды, названный Дипротодоном в честь одних из самых известных представителей мегафауны Австралии, живших около 25 000 лет назад. Эти останки сверхновой являются одними из крупнейших объектов на небе. Они примерно в шесть раз больше Луны.

Дипротодон. Зелёный круг показывает предыдущие наблюдения, жёлтый охватывает новые

Чувствительность массива ASKAP позволила увидеть объект во всей красе. В ходе его дальнейшего анализа были раскрыты история и физика этого объекта. Неоднородная внутренняя структура объекта обнаруживает себя, когда разные части расширяющейся оболочки врезаются в богатую материей межзвёздную среду.

Ещё один объект, который может показать, как новые данные радиотелескопов могут изменить классификацию ранее открытых объектов, — это Lagotis. Туманность VdB-80 уже наблюдалась ранее в диске нашей галактики Млечный Путь. Свет, который мы видим, был испущен близкими к объекту звёздами, а затем отразился от облака газа и пыли шарообразной формы.

Lagotis

Наблюдения с помощью ASKAP помогли обнаружить связанное с объектом облако ионизированного водорода (известное как область HII). Энергия звезды заставила газообразную материю потерять электроны. Область HII по контурам совпадает с оболочкой туманности и создаёт в пространстве причудливый эффект шара.

Радиотелескопы ASKAP и MeerKAT также обнаруживаеют объекты за пределами Млечного Пути. Например, «радиокольцевые» галактики. В видимом свете это обычная плоская и равномерно заполненная звёздами дисковая галактика, тогда как в радиодиапазоне она выглядит как кольцо, у которого куда-то девалась сердцевина. Отчего так получается, учёные пока не готовы сказать, ожидая новых данных по подобным объектам.

Слева радиокольцевая галактика, справа LMC-ORC

Наконец, объект LMC-ORC — это странный радиокруг (ORC), выдающийся новый класс объектов с необычным происхождением. Будучи видимыми только в радиодиапазоне, они, пожалуй, являются самыми загадочными из всех. Их тайна всё ещё ждёт своих первооткрывателей. И таких чудес — множество.

Человеческая цивилизация излучает радиоволны в огромном диапазоне — от искры зажигания в ДВС до систем связи. Радиоастрономы давно смирились с этим и нашли способы смягчить влияние человеческого фактора на сигналы из космоса. К сожалению, эти методы не позволяют устранить влияние полностью и не во всех случаях. Но есть и хорошие новости: методы компенсации ложных сигналов становятся всё лучше, позволяя учёным продолжать работу по прослушиванию Вселенной.

Источник изображения: Murchison Widefield Array

В неожиданном направлении по отсеиванию сигналов антропогенного происхождения продвинулись учёные из Университета Брауна в США (Brown University). Ещё в 2013 году австралийский радиотелескоп Широкоугольная радиоантенна Мерчисона (MWA — Murchison Widefield Array) засёк странный сигнал, происхождение которого было необъяснимым.

Массив антенн MWA расположен в отдалённом районе страны в специальной зоне радиомолчания. На территорию даже запрещено въезжать на машинах с бензиновыми двигателями, только на дизельном топливе. Сигнал почти сразу был определён как телевизионный, однако его там в принципе не должно было быть. Но был и очень сильный, что поставило учёных в тупик.

«И тут нас осенило, — говорит физик Джонатан Побер (Jonathan Pober) из Университета Брауна. — Мы сказали: "Держу пари, что сигнал отражается от самолёта". Мы наблюдали эти сигналы почти пять лет, и несколько человек предположили, что это самолёты, отражающие телевизионные передачи. Мы поняли, что, возможно, наконец-то сможем подтвердить эту теорию».

Учёные разработали метод регистрации сигналов в ближнем поле, создав соответствующую диаграмму направленности радиомассива. Предложенное решение позволило усилить отражённые от самолётов телепередачи, что открыло возможность исключить их из данных радионаблюдений за Вселенной без ущерба для научных результатов. Данные полётов за 2013 год отсутствуют, но методика, проверенная в наши дни, показала способность регистрировать пролетающие самолёты и даже определять источник трансляции.

Очевидно, что новая методика поможет в будущих наблюдениях, хотя перед радиоастрономами стоит другая проблема — развёртывание тысячных группировок спутников на низкой орбите. У этой проблемы пока нет решения, но это уже другая история.

Строящийся поэтапно новейший радиотелескоп ASKAP в Австралии засёк странный во всех отношениях источник радиосигналов, которому пока нет объяснения. Радиоимпульс приходит на Землю с интервалом 6,5 часов. Это настолько длительный период, что его нельзя объяснить современной теорией таких периодических источников, как пульсары, магнетары или белые карлики. И эту тайну ещё предстоит открыть.

Художественное представление загадочного радиоисточника. Источник изображения: James Josephides

Источник ASKAP J1839-0756 находится в направлении, где нет видимых или ранее зарегистрированных астрономических объектов. Например, это мог бы быть белый карлик — ядро умершей и остывающей звезды. С определённой натяжкой этим можно было бы объяснить столь длительный интервал между радиоимпульсами, но пока привязки к подобным объектам не найдено.

Нейтронные звёзды, которые ассоциируются с периодическими радиосигналами, вращаются очень быстро — по несколько раз в секунду. Согласно теории, они прекращают испускать радиосигнал при замедлении скорости вращения примерно до одного оборота в минуту. Сами радиоимпульсы возникают из-за отклонения оси магнитных полюсов, из которых исходит сигнал, по отношению к оси вращения нейтронной звезды. Поэтому магнитный полюс совершает оборот и с определённым интервалом времени «светит» в сторону Земли. Если магнитный полюс никогда не направлен на нашу планету, мы не можем обнаружить такой источник.

Если исключить из списка подозреваемых пульсары, другим кандидатом может быть магнетар. Проблема в том, что магнетары также не могут вращаться слишком медленно. Кроме того, должны быть соблюдены определённые условия, чтобы они излучали радиосигнал. Астрономы обнаружили один магнетар, излучающий сигнал каждые 6,67 часа, но это импульсы в рентгеновском диапазоне. Радиосигналов от него не зарегистрировано.

Наконец, подозреваемым в источнике медленного радиосигнала может быть белый карлик. Эти объекты обычно вращаются намного медленнее нейтронных звёзд и, в принципе, при наличии сильных магнитных полей могут излучать в радиодиапазоне. Однако и здесь должны быть подходящие условия, например, это должна быть двойная система.

У обнаруженного медленного радиоисточника есть ещё одна редкая особенность. Его магнитный полюс ориентирован почти точно в сторону Земли. Это означает, что радиотелескопы регистрируют два импульса — по одному от каждого его полюса. После первого сигнала примерно через 3,2 часа приходит чуть более слабый второй. В подобной ориентации обнаружено лишь около 3 % всех радиоисточников.

Определённо, учёным повезло с объектом ASKAP J1839-0756. Его можно изучать буквально со всех сторон, и его непонятный статус только подогревает интерес. Поиск разгадки этого явления, безусловно, расширит наше представление о Вселенной.

До сих пор крупнейшими полноповоротными радиотелескопами в мире были немецкий Эффельсбергский радиотелескоп и американский Грин-Бэнк с тарелками по 100 м. Китай намерен обойти эти инструменты, начав строить монстра со 120-м полностью управляемой антенной. Телескоп будет следить за планетами и астероидами Солнечной системы. Полноповоротная конструкция позволит делать это в любой точке неба над горизонтом в любое время дня.

Полноповоротные антенны массива радиотелескопа VLA в США. Источник изображения: wikipedia.org

В лице радиотелескопа в Хуадяне на северо-востоке Китая (провинция Цзилинь) планетарная оборона получит впечатляющее подкрепление. С тех пор как обрушился 300-м радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, который также выполнял функцию планетарного радара, следящих за околоземными астероидами радиотелескопов осталось не так много.

Сегодня самая большая сплошная тарелка у китайского радиотелескопа FAST, диаметр которой достигает 500 м. Но она создана в виде так называемой земляной чаши — в естественном углублении в земле и ограниченна в наведении на объекты и в слежении за ними. Такая антенна сама не поворачивается, это происходит с помощью подстройки фаз радиосигнала. Поворотный телескоп в этом плане — это верх гибкости, но его стоимость оказывается запредельной, поскольку нужны механизмы и противовесы, чтобы обеспечивать все степени свободы движения для гигантской антенны.

Место для строительства телескопа выбрано в мае 2024 года. К сегодняшнему дню фундамент сооружения отчасти уже залит. Ввод радиотелескопа в строй ожидается в 2028 году. Работы курирует Китайская академия наук (CAS).

Пресс-служба Университета МИСИС сообщила, что силами сотрудников созданы и запатентованы предельно чувствительные сверхпроводящие детекторы для сигналов терагерцового диапазона. Продуманная конструкция детекторов и предложенная схемотехника позволяют собирать наиболее полные данные об астрофизических явлениях и объектах. Также новый прибор может найти применение в медицине, биологии, авиации и безопасности.

Источник изображений: НИТУ МИСИС

Находясь между дальним инфракрасным и микроволновым диапазоном, субмиллиметровый диапазон позволяет собирать значительно больше информации, чем оптический и радиодиапазон. В нём меньше всего помех, которые могут маскировать слабые сигналы, а в терагерцовом диапазоне можно зафиксировать очень слабые тепловые сигналы. Они дают представление о состоянии и распределении холодного межзвёздного газа и пыли. Поэтому субмиллиметровые телескопы незаменимы для наблюдения молекулярных облаков и ядер туманностей. Также они позволяют определить целый ряд молекул и атомов в межзвёздной среде.

«Наиболее востребованными в радиоастрономии являются сверхчувствительные охлаждаемые детекторы. Используя самые короткие волны, появляется возможность создавать устройства для апертурного синтеза [как в случае снимка чёрной дыры Телескопом горизонта событий], то есть метода радионаблюдений с высоким угловым разрешением на небольших радиотелескопах, что позволяет изучать дальнюю Вселенную, исследовать химические вещества на экзопланетах — кислород, воду и т.д.», — рассказал автор патентов, д.ф.-м.н. Сергей Шитов, заведующий лабораторией криоэлектронных систем НИТУ МИСИС, ведущий научный сотрудник Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН.

В микросхеме активного сверхпроводящего терагерцового детектора интегрированы два сверхпроводящих прибора: RFTES-болометр (Radio Frequency Transition Edge Sensor — радиочастотный датчик края сверхпроводящего перехода) и СВЧ-предусилитель на основе магнитного датчика — сквида постоянного тока. В микросхеме заложена чувствительность к очень малым энергиям сигнала, преобразуемого в магнитное поле.

Регистрирующим элементом выступает микромостик в сверхпроводящем состоянии, охлаждённый до температуры ниже 1 К. Как только на мостик попадает тепловое излучение, он теряет сверхпроводимость и переходит в режим высокого сопротивления. Датчики (мостики) можно изготавливать в виде матриц. Каждый элемент может либо регистрировать определённую длину волны, либо создавать «пиксельное» изображение наблюдаемой области пространства.

«Терагерцовый диапазон позволяет исследовать области, которые ранее были недоступны для оптических наблюдений. Можно изучать такие астрономические объекты, как звёзды, галактики и межзвёздные молекулы, ведь терагерцовые волны могут проникать через некоторые непрозрачные вещества, например, через пыль. С помощью нового подхода к конструкции микросхем мы смогли решить проблему теплопритока к охлаждаемым частям приемного устройства, что улучшает общую эффективность детектора», — объяснил инженер-исследователь лаборатории криоэлектронных систем Никита Руденко.

Поскольку первое изображение чёрной дыры в центре Млечного Пути было сделано после обработки данных, полученных одновременно с восьми радиотелескопов, оно даёт несколько условное представление о реальном облике такого объекта. В зависимости от использованного алгоритма для обработки данных, чёрная дыра каждый раз будет выглядеть иначе, заявили японские учёные и представили собственный взгляд на чёрную дыру в центре нашей галактики.

Фотография чёрной дыры Стрельца А* (Sgr A*). Источник изображения: EHT

«Фотографии» чёрной дыры M87* (первой в истории) и чёрной дыры Стрельца А* (Sgr A*) в центре нашей родной галактики были сделаны так называемым Телескопом горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT). Это восемь разбросанных по всей Земле радиотелескопов, которые благодаря огромной базе могли получить данные в очень высоком разрешении. Затем все они направили собранную информацию, записанную на жёстких дисках, в центр обработки, где их свели воедино. С оптическими наблюдениями такого сделать нельзя, а с радиоданными в цифре — это решаемый вопрос.

После нескольких лет обработки учёные в мае 2022 года представили изображение чёрной дыры Стрельца А* в центре Млечного Пути. В целом её вид ближе к кругу. Саму чёрную дыру увидеть нельзя, фотоны не могут покинуть её за горизонтом событий, но диск аккреции, откуда вещество падает на чёрную дыру, благодаря трению и гравитации сияет во всех диапазонах наблюдений. Собственно, именно диск аккреции представлен на всех изображениях чёрных дыр.

Исследователи из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ) посчитали, что учёные коллаборации EHT допустили неточности при обработке данных. Использованный ими алгоритм ошибочно представляет отсутствующие данные. Для более точной интерпретации следовало выбрать другой метод обработки.

«Мы предполагаем, что изображение кольца было результатом ошибок во время анализа изображений EHT, и что часть его была артефактом, а не реальной астрономической структурой», — рассказали японские астрономы.

«Настоящее» изображение Стрельца А*. Источник изображения: NAOJ

Обработка данных с помощью альтернативного алгоритма представила чёрную дыру Стрельца А* вытянутым с востока на запад объектом. Восточная часть выглядит ярче, что учёные объяснили эффектом Доплера — диск аккреции летит нам навстречу. Сам диск наклонён по отношению к лучу зрения с Земли на 40–45 °, а скорость его вращения достигает 60 % от скорости света. Правильная интерпретация данных дала больше информации, чем получено после представления официальной фотографии.

В то же время необходимо признать, что сегодня можно лишь с осторожностью говорить о точности той или иной интерпретации данных, с помощью которых восстанавливают облик чёрных дыр. Помимо сложностей с их получением необходимо помнить, что пространство-время в значительной степени искривлено вблизи таких объектов, и что там можно понять — это большой вопрос.

Завершив в 2016 году строительство радиотелескопа FAST со сплошной «тарелкой» диаметром 500 м, Китай получил наилучший в мире инструмент за наблюдениями Вселенной в радиодиапазоне. После разрушения в 2020 году 300-м радиотелескопа «Аресибо» в Пуэрто-Рико китайский инструмент стал фактически единственным большим радиотелескопом со сплошной апертурой. Теперь Китай начал модернизацию FAST, которая сделает его намного более чувствительным.

Источник изображения: SCMP

Для повышения разрешающей способности FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) — «Сферического телескопа с пятисотметровой апертурой», вокруг него будут возведены 24 радиотелескопа каждый с 40-м сплошной антенной. Весь комплекс антенн, включая 500-м, будет работать синхронно, представляя собой виртуальную радиоантенну диаметром около 10 км. Разрешение комплекса в 30 раз превысит разрешение базового радиотелескопа FAST. Китай станет лидером в наблюдательной радиоастрономии, которого догнать будет очень и очень непросто.

Превзойти FAST может только радиотелескоп горизонта событий. Это сеть радиотелескопов, разбросанных по всей Земле и принадлежащих нескольким странам, благодаря которой в 2018 году были получены первые прямые изображения чёрной дыры (M87*). Чтобы скомпилировать данные, каждая из обсерваторий записала терабайты информации, которые для обработки можно было доставить в одно место лишь самолётом. Это позволяет представить, насколько огромной пропускной способностью будет обладать модернизированный комплекс FAST, чтобы оперативно обрабатывать результаты коллективных наблюдений.

Радиотелескоп позволит учёным изучать события, связанные с эволюцией чёрных дыр, формирование и эволюцию галактик, тёмную материю, исследовать объекты эпохи реионизации и решать широкий спектр других научных задач. Этот инструмент доступен для подачи заявок на исследования учёным из других стран, что позволит сделать значительный шаг вперёд не только Китаю, но и мировой науке.

Этим летом астрономы из Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON) на сутки запустили один из лучших в мире радиотелескопов LOFAR и были шокированы. Новые версии спутников интернет-связи Starlink буквально ослепили сверхчувствительное оборудование. Их яркость в радиодиапазоне в 32 раза превысила помехи от спутников Starlink первого поколения. Это скоро уничтожит всю наблюдательную астрономию на Земле, заключили исследователи.

Источник изображения: Obelixlatino/pixabay.com

«Каждый раз, когда запускаются новые спутники с такими уровнями излучения, мы видим всё меньше и меньше неба», — сказала BBC News директор ASTRON профессор Джессика Демпси (Jessica Dempsey). «Мы пытаемся взглянуть на такие вещи, как струи, которые испускаются из чёрных дыр в центрах галактик. Мы также смотрим на некоторые из самых ранних галактик, находящихся на расстоянии миллионов световых лет от нас, а также на экзопланеты», — обрисовала круг проблем руководитель ASTRON’а.

Сегодня на низкой околоземной орбите летает чуть больше 6000 спутников сети Starlink. Эта сеть продолжит расширяться, как и «плетёт» свои сети компания OneWeb (до 1000 спутников на орбите) и готовится к её развёртыванию компания Amazon (будет до 3000 спутников до 2030 года). В целом к 2030 году специалисты ожидают до 100 тыс. спутников интернет-связи на орбите, что не просто угрожает астрономии на всех длинах волн, включая оптические, а фактически заблокирует любые наблюдения за Вселенной с Земли.

«На самом деле это угрожает всей наземной астрономии на всех длинах волн и разными способами. Если это будет продолжаться без каких-либо смягчающих мер, чтобы заставить эти спутники работать тихо, то это действительно станет реальной угрозой существованию тех видов астрономии, которыми мы занимаемся», — добавила профессор Демпси.

Это не первое заявление об угрозе астрономическим наблюдениям с Земли со стороны спутников связи. Компания Starlink как первопроходец отчасти пошла навстречу учёным и предприняла ряд мер по экранированию как оптического, так и радиочастотного излучения от спутников первого поколения. Но новые спутники оказались буквально ослепительными для радиотелескопов. Их яркость в 10 млн раз превысила мощность самых слабых детектируемых на Земле сигналов из глубин Вселенной. Это как сравнить свет самых слабых видимых глазом звёзд на небе с яркостью полной Луны, объяснили исследователи. Такое невозможно игнорировать.

Созвездие Starlink в ночном небе. Источник изображения: Starlink

Без каких-либо активных действий по предотвращению всего этого «очень скоро единственные созвездия, которые мы увидим, будут созданы человеком», заключают специалисты.