Семь лет назад стартовал грандиозный эксперимент по получению первых изображений чёрной дыры. Эти совершенно невидимые и даже сейчас всё ещё гипотетические объекты попытались запечатлеть на снимках. Первым получили изображение сверхмассивной чёрной дыры M87*, а вслед за ним снимок намного меньшей чёрной дыры в центре нашей галактики — Стрелец A* (Sgr A*). И этим дело не ограничилось.

Изображение магнитных полей чёрной дыры Стрелец А* в поляризованном свете. Источник изображения: Event Horizon Telescope

Следует сказать, что чёрные дыры M87* и Sgr A* находятся на противоположных концах шкалы масс этих объектов. Чёрная дыра в центре нашей галактики имеет всего 2,6 млн солнечных масс (4,3 по другим источникам), что противостоит M87* с массой 6 млрд солнечных. Соответственно, у них такая же разная динамика. Чёрную дыру M87* на удалении 55 млн световых лет от нас можно снимать с выдержкой в несколько дней и даже недель, тогда как более мелкая и юркая чёрная дыра Sgr A* находится всего на расстоянии 27 тыс. световых лет, и снимать её нужно с выдержкой от нескольких минут до часов, иначе чётких структур на изображении не получить.

Что касается самой методики получения снимков, то также следует понимать, что напрямую увидеть объект и его тень нельзя. Объект в принципе недоступен для регистрации в любом электромагнитном диапазоне (об излучении Хокинга мы сейчас не говорим), зато его тень — окружающую чёрную дыру вещество в аккреционном диске, выбрасываемое в пространство электромагнитными полями чёрной дыры, можно легко наблюдать в радиодиапазоне. Проблема тут в низком разрешении отдельных радиотелескопов, поэтому для получения снимков чёрной дыры была создана коллаборация «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT).

Радиоданные, в отличие от оптических данных (условно — фотографий), достаточно легко объединить в один массив. Поэтому следить за чёрной дырой можно было сразу со многих радиотелескопов, причём не обязательно полностью синхронно. Нужно было лишь точно сопоставить данные наблюдений, например, с помощью атомных часов или сигналов GPS. Потом жёсткие диски с результатами свозились в одно место и обрабатывались как единый массив, полученный виртуальным радиотелескопом размером с Землю.

Изображение M87* было собрано из данных достаточно быстро — уже в 2019 году. На обработку данных о нашей чёрной дыре Sgr A* ушло пять лет. Первое изображение обнародовали только в 2022 году. Это было, как получить чёткий снимок дерева на сильном ветру, сетовали учёные. Но у них получилось, и изображения оказались достаточно похожими, несмотря на огромнейшие различия в массе объектов.

Затем учёные провели наблюдение за M87* в поляризованном свете и синтезировали снимок электромагнитных полей вокруг этого объекта. Возникло разумное желание посмотреть, а как с этим обстоят дела в случае нашей чёрной дыры? Снова наблюдения — и первый результат, который не разочаровал. Впервые полученный в поляризованном свете снимок магнитных полей чёрной дыры Стрелец A* оказался очень и очень похожим на такое же изображение M87*. Из этого учёные делают вывод, что хотя M87* и Стрелец A* совершенно разные по набору характеристик чёрные дыры, устроены они крайне похоже.

Похожесть M87* и Стрелец A* теперь открывает путь к обнаружению джета Стрелец A*. Джет M87* обнаружен около ста лет назад и хорошо наблюдается, что позволяет вычислить скорость вращения чёрной дыры. С нашей дырой пока ничего непонятно. Нам неизвестна её ориентация и скорость вращения. Снимки в поляризованном свете обещают помочь с разгадкой этих тайн, о раскрытии которых учёные совсем недавно даже не думали.

Чёрные дыры теперь не просто позируют на фотографиях, они участвуют в фотосессиях. Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) опубликовала новые изображения M87* — сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики Мессье 87 — используя данные наблюдений, сделанных в апреле 2018 года. На очереди публикация снимков 2021 и 2022 года, а также подготовка к съёмке в 2024 году. Эйнштейн был бы в восторге.

Изображения чёрной дыры M87* с разницей в один год. Источник изображения: Event Horizon Telescope

Первое в истории изображение чёрной дыры — объекта M87* — было обнародовано в 2019 году. Данные собирались «Телескопом горизонта событий» в апреле 2017 года. Несколько разбросанных по всей Земле радиотелескопов синхронно наблюдали за объектом в процессе так называемой высокочастотной радиоинтерферометрии. Сеть радиотелескопов превратилась в виртуальный радиоинструмент размерами почти с Землю. Это дало впечатляющее разрешение, что позволило уловить электромагнитные волны от энергетических процессов в аккреционном диске чёрной дыры, удалённой от нас на 55 млн световых лет.

С оптическими телескопами такое провернуть невозможно. Синхронизация по визуальным объектам требует невообразимого объёма данных, тогда как радиоданные легко синхронизируются и свозятся для обработки в единый центр на обычных цифровых носителях. Например, на жёстких дисках. Именно так были получены первые изображения чёрной дыры. Точнее, её тени на фоне аккреционного диска.

В апреле 2018 года коллаборация «Телескопа горизонта событий» провела новый сеанс наблюдений за M87*. Были получены ещё более чёткие и обширные данные, за что надо благодарить, во-первых, новый радиотелескоп в сети — добавилась тарелка в Гренландии и, во-вторых, наблюдение в четырёх частотных диапазонах около 230 ГГц вместо двух, как раньше.

Новое наблюдение позволило закрепить достижение — факт получения отчётливых прямых изображений чёрных дыр. Также учёные убедились, что радиусы тени чёрной дыры и линзированного аккреционного диска за год не изменились, что предсказывало учение Эйнштейна. Наблюдаемой чёрной дыре особенно нечего поглощать в месте её размещения и её рост будет практически незаметным на фоне существования человечества, а не то, что год спустя.

Тем не менее, новые данные позволяют судить о процессах в диске аккреции вещества. Например, яркая область за год сместилась против часовой стрелки примерно на 30°. Также детальное изучение данных раскрывает динамику магнитных полей вблизи объекта, плазмы и энергии. Учёные рассчитывают увидеть джеты этой дыры, пока на изображениях видны только признаки выброса струй энергии.

Кроме того, учёные понемногу оттачивают алгоритмы для анализа изображений чёрных дыр, которые предстают перед нами в своём истинном обличье, если так можно сказать об объектах, в принципе невидимых для наших приборов. Всё что у нас есть — это тень чёрной дыры (втянутые за горизонт событий фотоны) и искажённое чудовищной гравитацией линзированное изображение аккреционного диска.

Группа астрофизиков из Национальной радиоастрономической обсерватории Грин-Бэнк случайно обнаружила нечто необычное — спиральную галактику, в которой не обнаружилось ни одной звезды. Это может быть первым открытием первичной галактики во Вселенной — облака газа, неизменного с начала времён нашей Вселенной.

Красным обозначена удаляющаяся от нас область газа, синим — двигающаяся к нам. Источник изображения: STScI/NSF/GBO/P.Vosteen

Никто специально не собирался смотреть на тот участок неба, куда случайно был направлен радиотелескоп Грин-Бэнк. Планировалось совместное наблюдение совсем другого участка неба в паре с французским радиотелескопом Nançay. Обе группы работали по программе наблюдения галактик низкой поверхностной яркости (LSB galaxy, low-surface-brightness galaxy). Это обычно карликовые галактики с редкими звёздами. Такие объекты на 95 % состоят из тёмной материи и межзвёздного газа в них намного больше, чем видимых звёзд. Тем самым радиотелескоп был готов улавливать данные о межзвёздном газе в наблюдаемой точке, но произошло это как выстрел наугад.

Полученные данные ошеломили учёных. Они увидели объект, получивший индекс J0613+52, размерами и формами напоминающий классическую спиральную галактику как наш Млечный Путь или другие. Однако в нём не было обнаружено ни одной звезды. Облако газа вело себя как галактика и вращалось вокруг своего центра, что показало измерение доплеровского смещения. Одна его область двигалась в нашу сторону, другая — двигалась прочь от нас.

Объект вёл себя так, как если бы из Млечного Пути вдруг пропали все звёзды. Возможно, плотность газа в галактике J0613+52 оказалась недостаточной для запуска процессов звездообразования, а внешних провоцирующих этот процесс событий не произошло. Учёные не исключают, что они просто не увидели звёзд в J0613+52, но оставляют за собой право надеяться, что это может быть первое открытие в нашей части Вселенной первичной галактики, такой, какой она была 13,8 млрд лет назад.

Дальнейшее наблюдение за J0613+52 может быть сопряжено с трудностями, поскольку она видна только в радиоволновом диапазоне. Но это же заставляет задуматься о поиске похожих объектов на других участках неба с помощью радиотелескопов. Учёные нашли нечто потенциально удивительное и теперь не упустят возможности разузнать о нём больше.

В соседней с нами галактике Большое Магелланово Облако астрономы впервые смогли разглядеть диск газа вокруг молодой и растущей звезды. Эта галактика удалена от нас на 160 тыс. световых лет и это открытие кажется чудом, тем более, что облака пыли и газа редко дают нам увидеть такие явления даже у себя под носом в нашей галактике. И это невероятно удачный случай, позволяющий изучить похожие процессы эволюции звёзд в иных галактических условиях.

Джет и газовый аккрецирующий диск у юной звезды в представлении художника. Источник изображения: ESO\ALMA

Открытие сделано массивом антенных решёток ALMA в Чили и подтверждено спектрометром MUSE на телескопе VLT Южной европейской обсерватории (оба комплекса расположены в чилийской пустыне Атакама). Это оказался первый случай, когда за пределами Млечного Пути наблюдалось явление, ранее встречавшееся астрономам лишь в нашей галактике. Из таких газовых дисков вокруг молодых звёзд обычно формируются планеты, и изредка вещество диска питает саму звезду, что было выявлено также в случае сделанного открытия.

«Когда я впервые увидела свидетельства наличия вращающейся структуры в данных ALMA, я не могла поверить, что мы обнаружили первый внегалактический аккреционный диск. Это был особенный момент, — поделилась Анна Маклеод (Anna McLeod), доцент Даремского университета (Великобритания) и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature. — Мы знаем, что диски играют важную роль в формировании звёзд и планет в нашей галактике, и вот впервые мы видим прямое доказательство этого в другой галактике».

Толчком к открытию стало обнаружение спектрометром MUSE джета от формирующейся молодой звезды в глубине Большого Магелланового Облака, после чего системе был присвоен идентификатор HH 1177. Наличие джета у молодой звезды говорит, что на неё продолжает падать вещество, а это означает, что там должен присутствовать сформированный газовый диск, роняющий это самое вещество. Но для подтверждения существования газового диска требовалось измерить движение газа вокруг звезды.

Ближе к центру диск вращается быстрее, и эта разница в скорости и есть тот самый факт, который указывает астрономам на наличие аккреционного диска. Узнать скорость позволяет измерение частоты излучения от внутренней и внешней области газового диска, для чего массив ALMA подошёл на все 100 процентов. И в данных массива учёные эту информацию нашли. У молодой звезды в другой галактике действительно оказался аккрецирующий газовый диск, который не только в будущем сформирует там планеты, но он ещё и питал звезду, увеличивая её в размерах.

Почему пыль и газ не скрыли от нас эту картину? Учёные считают, что нам повезло увидеть формирование звезды в системе с небольшим содержанием металлов. В ней оказалось больше прозрачного газа, чем пыли, поэтому мы сумели разглядеть сокровенные процессы младенчества звезды и системы аж в соседней галактике.

На юго-западе Китая стартовала опытная эксплуатация крупнейшего в мире солнечного радиотелескопа. За активностью нашего светила будет следить массив из 313 шестиметровых антенн, расположенных по кругу диаметром 3,14 км. Приближается пик очередного максимума солнечной активности, и китайские учёные готовятся встретить его во всеоружии.

Источник изображений: VCG

Для изучения активности Солнца Китай создаёт сеть наблюдения «Меридиан». Впрочем, новые инструменты будут также наблюдать другие объекты во Вселенной — от пульсаров до околоземных астероидов. Но главной целью для изучения будет оставаться Солнце. Удивительно, но только в 70-х годах прошлого века мы узнали о таком явлении, как коронарный выброс массы Солнца. Засечь с Земли выброс вещества Солнца обычными средствами наблюдения нельзя и, тем более, невозможно сразу определить, в каком направлении стартовала солнечная плазма.

Для околоземных объектов — спутников и космических экипажей — поток высокоэнергичных частиц солнечного ветра и коронарной массы может представлять опасность. К примеру, это уже не раз сбивало спутники Starlink с орбиты — они испытывали торможение в потоке солнечных частиц и сходили с орбиты. Наконец, от солнечной погоды зависит качество связи и управление и, в перспективе, от неё будут сильно зависеть длительные экспедиции, например, к Марсу.

Комплекс антенных решёток Daocheng Solar Radio Telescope (DSRT) в уезде Даочэн на плато в провинции Сычуань построен и сдан в эксплуатацию в конце прошлого года. До лета он проходил настройку приборов и формально введён в работу 14 июля. Массив 6-метровых антенн работает как одно большое радиозеркало диаметром 3,14 км. Все антенны согласованы по фазе, и алгоритм собирает сигналы с каждой из них в одно изображение высокого разрешения.

Главная проблема поиска внеземных радиопередач радиотелескопами на Земле — это чрезвычайное засилье помех от источников техногенного происхождения. Часто невозможно определить, откуда пришёл сигнал — из глубин Вселенной или из соседнего города. Ответить на этот вопрос поможет новая методика идентификации радиосигналов внеземного происхождения, и она уже включена в поиск инопланетных радиопередач.

Радиотелескоп Паркса. Источник изображения: CSIRO

Наверняка вы видели, как мерцают звёзды в ночном небе. По этому признаку их можно отличить от светящихся объектов в атмосфере Земли, движущихся на меньших высотах. По похожему признаку учёные решили искать инопланетные радиосигналы — они тоже должны «мерцать» или, по-научному, сцинтиллировать.

Амплитуда электромагнитного сигнала, проходя через холодную плазму в межзвёздной среде, будет то повышаться, то уменьшаться — «мерцать» с определённым периодом. Подобное поведение, например, свойственно сигналам, приходящим от пульсаров. Инопланетные радиосигналы также можно фильтровать по подобному признаку. И если «радиопередача» имеет характерные колебания по амплитуде сигнала, то она с высочайшей вероятностью пришла к нам из космоса, а не от земного источника. Фильтрацию вполне можно поручить машинному алгоритму, которые сегодня показывают чудеса анализа больших данных.

Предложенная методика способна определить внеземное происхождение радиосигнала, если он прошёл расстояние не менее 10 тыс. световых лет. Это новаторский способ в поиске внеземной жизни. До сих пор у учёных не было надёжного способа определить, внеземное происхождение имеет сигнал или это продукт нашей цивилизации. Сообщение может быть одиночным и больше никогда не повторится, а предложенный метод сходу даст ответ, стоит ли на него обращать внимание, или нет.

«Я думаю, что это одно из самых больших достижений в области радио SETI за долгое время, — сказал Эндрю Симион (Andrew Siemion), один из соавторов исследования. — Впервые мы имеем методику, которая, если у нас есть только один сигнал, потенциально может позволить нам отличить его от радиочастотных помех. Это очень удивительно, потому что если рассматривать такие сигналы, как Wow!, то они часто бывают единичными».

О предложенной технологии учёные рассказали в журнале The Astrophysical Journal. Технология проходит проверку на радиотелескопе Green Bank Telescope (GBT) в Западной Виргинии. Работы осуществляются в рамках проекта Breakthrough Listen.

Учёные из Австралии обнаружили редкого ультрахолодного коричневого карлика, излучающего радиоволны. Во Вселенной таких меньше десятка на сотню. И он оказался самым холодным за всю историю наблюдения за подобными карликовыми звёздами. На его поверхности холоднее, чем в огне обычного костра на Земле.

Солнце, маленькая обычная звезда, коричневый карлик, Юпитер, Земля. Источник изображения: University of Sydney

Звезда с каталожным номером T8 Dwarf WISE J062309.94-045624.6 находится на расстоянии около 37 световых лет от Земли. Она была открыта в 2011 году астрономами из Калифорнийского технологического института (США). Температура на её поверхности всего 425 °C, что даже ниже, чем на поверхности Венеры, и более чем в 10 раз меньше, чем на поверхности Солнца.

Коричневые карлики являются промежуточным звеном между самыми маленькими звёздами с термоядерными реакциями и газовыми планетами-гигантами, такими как Юпитер. У коричневых карликов термоядерные реакции не идут, поэтому они тусклые в видимом диапазоне и в целом излучают мало энергии. Радиус данной звезды составляет от 0,65 до 0,95 радиуса Юпитера. Её масса изучена недостаточно хорошо, но звезда массивнее Юпитера как минимум в четыре раза, но не более чем в 44 раза. Солнце, например, в 1000 раз массивнее Юпитера.

«Очень редко можно встретить ультрахолодные звёзды типа коричневого карлика, дающие радиоизлучение. Это связано с тем, что их динамика обычно не создаёт магнитных полей, генерирующих радиоизлучение, которое можно обнаружить с Земли, — сказал ведущий автор исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters. — Обнаружение этого коричневого карлика, излучающего радиоволны при столь низкой температуре, является интересным открытием».

Наши знания об эволюции звёзд очевидно не полные. Уточнять их могут только открытия, которые выходят за рамки известных явлений. Открытие активного в радиодиапазоне коричневого карлика с самой низкой в истории наблюдений температурой поверхности как раз относится к таким явлениям. И оно гарантированно обогатит земную науку новыми данными, которые сделают Вселенную немного понятнее для нас.

Как выяснили учёные, работа спутников Statrlink и им подобных решений создаёт помехи для радиообсерваторий во всём мире. По данным Радиоастрономического института общества Макса Планка (MPIfR), это свидетельствует о необходимости защиты от подобных помех.

Источник изображения: Obelixlatino/pixabay.com

«Используя телескоп LOFAR нам удалось обнаружить радиоволны на частотах от 110 до 188 МГц для 47 из 68 спутников, за которыми мы наблюдали. В этот интервал входит защищённый диапазон частот в 150,05–153 МГц, выделенный под радиоастрономические наблюдения Международным телекоммуникационным союзом (ITU)», — цитирует ТАСС представителя Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON).

Ещё в феврале 2022 года Международным астрономическим союзом (МАС) был сформирован Центр по защите неба от флотилий спутников, который и выдвинул гипотезу о том, что спутники связи будут препятствовать наблюдениям как с помощью оптических телескопов, так и в радиодиапазоне. Проверка гипотезы осуществлялась с помощью сети телескопов LOFAR, разбросанных по территории Европы.

Оказалось, что большинство спутников, за которыми велись наблюдения, «видны» в нескольких областях диапазона 110–188 МГц, выделенным ITU для астрономических наблюдений. Это может заметно сказаться на качестве наблюдений, поскольку астрономам часто приходится следить за очень слабыми сигналами из космоса.

По имеющимся данным, представители SpaceX вышли на учёных и теперь они занимаются разработкой мер, благодаря которым можно будет снизить уровень радиошума от спутников, а новые экземпляры — менее заметными не только в оптическом, но и в радиодиапазоне.

Известно, что сразу после выхода первых партий на орбиту, астрономы выяснили, что спутники мешают наблюдениям даже в оптическом диапазоне, регулярно оставляя следы при съёмке. В результате в феврале прошлого года создан подведомственный МАС Центр по защите неба от флотилий спутников для координации совместной борьбы с последствиями использования подобных технологий как в видимом, так и в радиодиапазонах. Как известно, в планах SpaceX вывод на орбиту ещё десятков тысяч спутников.

Наша галактика, как и вся Вселенная, полна вещами, о которых мы пока даже не догадываемся. Эти вещи и явления вскрываются по мере совершенствования инструментов наблюдения за космосом, что наглядно показала работа нового радиотелескопа MeerKAT в ЮАР. 200-часовый цикл наблюдения обнаружил в центре нашей галактики тысячи нитеподобных структур, о которых учёные до этого даже не подозревали.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

Следует сказать, что первые нитеподобные структуры в центре Млечного Пути обнаружены более 40 лет назад. Астроном Фархад Юсеф-Заде (Farhad Yusef-Zadeh) из Северо-Западного университета в штате Иллинойс всю жизнь посвятил изучению этого явления. Первые обнаруженные нити были релятивистскими — это были разогнанные до околосветовой скорости потоки электронов. Нити длиной до 150 световых лет располагались параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости нашей галактики, за что их прозвали «струнами арфы». Предполагается, что «струны» — это выстроенные по силовым линиям магнитного поля потоки частиц, хорошо видимые в радиодиапазоне и, скорее всего, они связаны с деятельностью сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути (Стрелец А*, Sgr A*).

Новое наблюдение с помощью радиотелескопа MeerKAT открыло нечто похожее и при этом иное — тысячи коротких нитей длиной от 5 до 10 световых лет, расположенных параллельно плоскости нашей галактики и расходящиеся радиально из её центра. Учёные потратили больше года на картирование этих объектов, с указанием точных длин и углов расхождения. Предполагается, что эти нити также являются результатом деятельности чёрной дыры Стрелец А*. Точнее, некоего события, происшедшего с дырой около 6 млн лет назад. Это могло быть одновременное падение множества вещества на чёрную дыру и, как следствие, резкий рост активности в аккреционном диске с выбросом энергии.

«Было неожиданностью внезапно обнаружить новую популяцию структур, которые, кажется, указывают в направлении чёрной дыры, — сказал Юсеф-Заде. — Я был ошеломлён, когда увидел это. Нам пришлось проделать большую работу, чтобы установить, что мы не обманываем себя. И мы обнаружили, что эти нити не случайны, а, похоже, связаны с истечением нашей чёрной дыры. Изучая их, мы могли бы узнать больше о вращении чёрной дыры и ориентации аккреционного диска. Приятно, когда находишь порядок посреди хаотического поля ядра нашей галактики».

Земным астрономам не всегда предоставляется возможность удобного наблюдения за планетой Уран. Полный оборот вокруг Солнца этот газовый гигант совершает за 84 года. Для современных учёных время удобного наблюдения за северным полюсом Урана началось около десяти лет назад, чем они сразу воспользовались и нашли там типичный для атмосферных планет циклон.

Циклон над северным полюсом Урана в трёх разных диапазонах частот. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/VLA

Заглянуть под покров облаков на Уране астрономы смогли с помощью радиотелескопа VLA (Very Large Array («Очень большая антенная решётка»), состоящего из 27 антенн, расположенных в Нью-Мексико (США). Сканирование в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн (K, Ka и Q) показало наличие циклона в атмосфере над северным полюсом планеты — закрученных в спираль по ходу вращения Урана потоков чуть более тёплого и сухого воздуха.

Это стало первым наблюдением циклона над северным полюсом планеты. Ранее признаки циклона были обнаружены над её южным полюсом, когда там много лет назад пролетал зонд NASA «Вояджер-2». Но зонд не смог заглянуть под покров облаков и измерить температуру воздушных потоков, с чем успешно справился массив радиотелескопа VLA.

Данная работа стала финальным аккордом в череде изучения атмосфер планет Солнечной системы. Теперь мы точно знаем, что на всех планетах с атмосферой вне зависимости от её строения (это камень или газовый гигант), присутствуют такие атмосферные явления, как полярные циклоны. На Земле они формируются преимущественно над водой и мигрируют в процессе своего развития, тогда как над безводными мирами они рождаются над полюсами.

«Эти наблюдения говорят нам гораздо больше об истории Урана. Это гораздо более динамичный мир, чем можно было подумать, — сказал ведущий автор работы Алекс Экинс (Alex Akins) из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. — Это не просто голубой газовый шар. Здесь многое происходит "под капотом"».

Изображение Урана в натуральных цветах, сделанное зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Данные сделанных наблюдений и новые исследования Урана в ближайшие годы необходимы также с практической стороны. В начале 30-х годов NASA рассчитывает послать автоматическую межпланетную станцию для изучения спутников Урана и планеты. Для разработки наиболее развёрнутого плана экспедиции о месте разведки необходимо узнать как можно больше, чем учёные будут заниматься всё оставшееся до полёта время.

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.