Небо радіоочима | Наташа Харлі-Уокер | TEDxPerth

Радіоастрономія дарує нам унікальну можливість по-новому поглянути на походження і будову Всесвіту. Астроном Наташа Харлі-Уокер, доктор наук, ділиться дивовижною, небаченою раніше панорамою космосу і пояснює, що там відбувається.

Наташа досліджує далекі простори універсуму за допомогою радіохвиль. Нещодавно вона дослідила небо над південною півкулею, зібравши інформацію про зірки, що вибухнули, надмасивні чорні діри і космічне середовище навколо галактики.

Цей виступ записано на місцевій події TEDx, проведеній у форматі конференції TED, але організованій незалежно місцевою спільнотою. Щоб дізнатися більше, перейдіть, будь ласка, за посиланням: http://ted.com/tedx

Космос - останній рубіж.

Вперше я почула ці слова,
коли мені було шість.

Вони мене так надихнули,

що я захотіла відкривати дивні нові світи,

знайти нову форму життя.

Я забажала побачити все-все,
що є у Всесвіті.

Ті мрії, ті слова спонукали мене
відправитись у подорож,

подорож до відкриттів,

через шкільні роки, університет,

докторантуру, і нарешті,
у професійній астрономії.

Я зрозуміла, що в реальному житті

не скоро сяду за кермо зорельота.

Але я також зрозуміла, що Всесвіт -
химерний, дивовижний та безкраїй

- аж занадто безкраїй,
щоб оглядати його на кораблі.

Тому я зосередила свою увагу
на астрономії, на телескопах.

Я показую вам зображення нічного неба.

Його видно будь-де у світі.

Усі ці зірки знаходяться
у нашій галактиці Чумацький Шлях.

Якщо податися у якесь неосвітлене місце,

добряче темне, наприклад, у пустелі,

там можна побачити сам центр галактики,

що простягається перед очима,
сотні мільярдів зірок.

Надзвичайно красиве видовище,

сповнене кольорів.

І це лише наш маленький
навколишній куточок у космосі.

Бачите той темнуватий пил
посеред галактики?

Це місцевий космічний пил,

який затьмарює зоряне світло.

Але ми все ж можемо роздивитися

неозброєним оком той шматочок Всесвіту,
в якому ми живемо.

Можна зробити ще краще,

скористатися таким чудовим телескопом
як телексоп Хаббла.

Астрономи зібрали це зображення.

Це "глибоке поле Хаббла".

Сотні годин пішло на те, щоб роздивитися
крихітний клаптик неба

розміром з ніготь великого пальця
на відстані

витягнутої руки.

Тут зображено тисячі галактик.

Як ми знаємо, їх налічується
сотні мільйонів, мільярдів

у всьому Всесвіті,

деякі схожі на нашу, деякі зовсім інші.

Здавалось би, можна продовжувати
у цьому ж дусі,

просто взяти потужний телескоп

і дивитися в небо, нема питань.

Але так ми втратили б можливість
просуватися далі.

Річ у тому, що наші можливості

не обмежуються тим, що може побачити око.
Воно здатне розрізняти

лише крихітний, мізерний спектр
багатства Всесвіту.

Якщо опиратися лише на видиме нам світло,
нам не уникнути двох великих перешкод.

Перша - це пил, про який я щойно говорила.

Цей пил зупиняє світлові промені
на шляху до нас.

Чим глибше ми зазираємо у космос,
тим менше світла ми бачимо.

Є один цікавий нюанс,
який також ускладнює вивчення космосу

за допомогою звичайного
світлового спектру.

Уявіть, що ви стоїте на розі
метушливої вулиці,

багато автівок їдуть повз вас.

Наближається карета швидкої

з її верескливою сиреною.

(імітує звук сирени)

Звук сирени змінює свою висоту
відповідно до того,

як близько чи далеко вона від вас.

Гадаєте, водій швидкої бавився з гучністю,
щоб пограти на ваших нервах?

Ні, це просто особливість
вашого сприйняття.

Коли сирена наближалася, звукові хвилі

стискалися,

їхній тон ставав усе вищим.

Коли вона почала віддалятися,
звукові хвилі розширилися,

і їхній тон ставав нижчим.

Така ж історія зі світловими хвилями.

Коли щось рухається
в напрямку до нас, хвилі світла

стискаються, і колір набуває
холодного, блакитного відтінку.

А якщо воно рухається від вас,

хвилі розширюються, кольори тепер
гарячіші, червонясті.

Ці ефекти називають
блакитним і червоним зміщенням.

Розширюється і наш Всесвіт,

тобто, усе від усього віддаляється,

тож все там видається червоним.

Окрім того, небесні тіла далеко від Землі

рухаються все далі, прискорюючись,

і виглядають ще червонішими.

Повернімося до глибокого поля Хаббла:

якщо продовжувати мандрівку вглиб космосу

дивлячись через телескоп Хаббла

і досягнути певної відстані,

усе перед очима стає червоним.

Це, звісно, створює певні проблеми.

Кінець кінцем, ми дістанемось так далеко,

що цей червоний перейде в інфрачервоний,

а його ми взагалі не здатні бачити.

Треба якось дати цьому раду,

інакше моїй мандрівці кінець.

Я ж бо хотіла дослідити увесь Всесвіт,

не зупиняючись ні перед якими
червоними завісами.

Але вихід є,

і це - радіоастрономія.

Астрономи послуговуються нею
вже десятки років.

Це надзвичайна методика.

Ось радіотелескоп обсерваторії Паркс,
який з любов'ю називають "Тарілка".

Про нього ще й фільм зняли.

Радіохвилі - геніальна річ.

Дякуючи їм, цей телескоп
дійсно може зазирнути глибше.

Пил для них не перепона,

можна добре роздивитися космос,

і червоне зміщення вже не таке страшне,

бо ми можемо побудувати приймачі
для широкого діапазону частот.

Що ж бачить парксівський телескоп,
спрямований на центр Чумацього Шляху?

Це має бути щось фантастичне, чи не так?

Ми дійсно спостерігаємо дещо цікаве.

Весь той пил зник.

Як я й казала, радіохвилі проходять
крізь нього, їх не важко вловити.

Зображення тепер зовсім інше.

Центр нашого галактичного диску світиться,

і це світло не від зірок.

Це синхротронне випромінювання,
яке здійснюється електронами,

котрі крутяться спіраллю
навколо магнітних полів космосу.

Ось що це за світло.

Ще ми бачимо ніби жмутки волокон,
що відгалужуються від нього

і якісь об'єкти, які не вписуються
в рамки того,

що ми зазвичай можемо бачити.

Це зображення
не так вже й легко трактувати,

його чіткість, як бачите, доволі низька.

Радіохвилі мають велику довжину,

і це погіршує роздільну здатність
радіоприймача.

А ще, картинка чорно-біла,

тому справжній колір зображуваного
нам невідомий.

Так було донедавна.
А тепер -

ми вміємо будувати телескопи,

які долають подібні бар'єри.

До вашої уваги -
радіо-обсерваторія Мерчісон.

Те місце ідеальне для радіотелескопа,

це суха рівнина, і щонайважливіше,

там немає сторонніх радіосигналів:

мобільних телефонів,
вай-фай, нічого такого.

Повна радіотиша.

Ось чому це найкраще місце
для радіотелескопа.

Кілька років я працювала над телескопом,
що зветься "ширококутний інтерферометр",

Murchison Widefield Array.

Я покажу вам весь процес його побудови
у прискореному темпі.

Це студенти різної кваліфікації,
післядипломники і майбутні бакалаври

із міста Перт.

Ми звемо їх студентською армією.

Вони добровільно присвятили свій час
роботі над телескопом,

це не зараховується у диплом.

Вони збирають дипольні радіоантени,

котрі приймають сигнали низької частоти,
як FM-радіо чи телевізори.

Тепер ми розміщуємо їх
по периметру нашої пустелі.

Готовий телескоп займає
10 квадратних кілометрів

пустелі у Західній Австралії.

Найцікавіше те, що у цього приладу
немає рухомих частин,

лише ці невеликі антени,
що тримаються фактично

на сітці, якою загороджують курники.

Це обходиться дешево.

Дроти ловлять

сигнали від антен

і проводять їх
до центрального процесора.

Розмір цього телескопа -

він розкидається по всій пустелі -

забезпечує кращу роздільну здатність,
ніж телескоп Паркс.

Потім сигнали, передані дротами,
надходять до юніта,

котрий пересилає їх до суперкомп'ютера,
що знаходиться тут, у Перті.

І починається моя робота...

(Зітхає)

Радіодані...

Останні п'ять років я працювала

із дуже складними
і дуже вражаючими даними,

з якими ніхто не працював раніше.

Багато часу пішло на їх калібрування,

мільйони процесорних годин
на суперкомп'ютерах

у спробах добре розтлумачити ці дані.

Опираючись на них,

ми провели дослідження - огляд неба
над усією південною півкулею,

галактичний та позагалактичний - GaLactic
and Extragalactic All-sky MWA Survey,

скорочено GLEAM (укр. "сплах").

Уявіть, що ви поїхали на мис Мерчісон,

розбили табір під зірками.

Дивитесь на південь, на південний

небесний полюс, бачите як крутиться

галактичний диск.

Якщо увімкнути радіо-світло,

ось що ми бачимо завдяки дослідженню.

Галактична площина
більше не темніє від пилу,

а сяє синхротронними променями;

тисячі крапочок -

це Велика Магелланова Хмара,
наш найближчий галактичний сусід.

Тепер вона помаранчева
замість звичного блакитно-білого.

Тут дуже багато всього, погляньмо ближче.

Подивимось знову на центр галактики,

порівняємо із зображенням
від телескопу Паркс.

Воно було нечітке, чорно-біле.

А тепер зображення,
отримане завдяки GLEAM:

воно у сто разів чіткіше,

небо стало кольоровим,

неймовірно барвистим.

Ці кольори не довільні,

це дійсні кольори радіохвильових сигналів.

Я просто призначила
найнижчим частотам червоний колір,

найвищим - синій,

і зелений для середніх частот.

Вийшла ось така веселка.

Ці кольори не обрані навмання,

вони символізують типи фізичних процесів,

що відбуваються у космосі.

Наприклад, знову ж таки,
галактична площина випромінює

синхротронне світло,

яке виглядає червонувато-помаранчевим.

Та якщо придивитися, ми помічаємо
маленькі блакитні цятки.

Збільшимо зображення.

Це іонізована плазма

навколо дуже яскравих зірок,

яка блокує їхнє червоне світло,

і вони видяються блакитними.

Стає зрозуміло, що це
регіон нашої галактики, в якому

народжуються зірки.

Ми одразу їх бачимо,

просто визначаємо за кольорами
що саме знаходиться в галактиці.

А ось схожі на бульбашки

невеличкі кулі
навколо галактичної площини.

Це залишки наднових зір.

Коли зірка вибухає,

вона скидає з себе навколишню оболонку,

яка починає літати по космосу,
накопичуючи матерію,

що утворює такий собі панцир.

Вже довгий час астрономи
мізкують над загадкою того,

куди поділися залишки усіх наднових.

Відомо, що на площині повинно бути
багато швидких електронів

для генерування синхротронних
променів, які ми бачимо,

і ми гадаємо, джерело цих електронів
- рештки наднових.

Але ми не знайшли їх достатньо.

На щастя, GLEAM дуже, дуже вправно
виявляє ці рештки.

Що ж, добре,

ми оглянули наш маленький
місцевий всесвіт;

але я хотіла зайти далі,
зануритись глибше.

Я хотіла вийти за межі Чумацького Шляху.

Поглянемо на зображення знову.
У правому кутку вгорі є дещо цікаве,

це радіогалактика Центавр А

з нашої місцевої групи.

Якщо збільшити,

ми бачимо два великі пароподібні
струмені, що відходять від неї.

Посередині між ними знаходиться

галактика, схожа на нашу.

Вона спіральна, має пасмо
космічного пилу.

Це нормальна галактика.

Але ці струмені плазми можна бачити
лише через радіотелескоп,

інакше ми б і не підозрювали,
що таке там є,

хоча вони у тисячі разів більші
самої галактики.

Що спричиняє появу цих струменів?

У центрі кожної відомої нам галактики

є надмасинва чорна діра.

Чорні діри - невидимі,

видно лише заломлене світло
наколо них.

Коли час від часу на їхню орбіту
заходить зірка чи хмара пилу,

припливні сили розривають їх,

і тоді формується акреційний диск.

Акреційний диск яскраво сяє
у рентгенівських променях,

а його потужне магнітне поле
спричиняє викид матерії у космос

практично зі швидкістю світла.

Струмені матерії
реєструються радіотелексопом,

і тому ми змогли їх побачити.

Ну гаразд, ми побачили
одну радіогалактику.

Але зачекайте, он є іще одна,

з самого верху.

Вона видаєтсья меншою, але тільки тому,
що вона більш віддалена.

Ну добре, дві радіогалактики.

Ми побачили, ми раді.

А що усі ті цятки?

Мабуть, просто зірочки.

А ось і ні!

Це ВСЕ - радіогалактики.

Кожнісінька крапочка на цьому знімку -

далека галактика.

Вони на відстані мільйонів, мільярдів
світлових років від нас,

в центрі кожної -
надмасивна чорна діра,

і усі вони виштовхують у космос матерію
майже зі швидкістю світла.

Аж дах зриває...

Наше дослідження не зупиняється на тому,
що я вам продемонструвала.

Ось усе поле нашого огляду,

і на ньому близько 300 тисяч
таких радіогалактик.

Ми відкрили усі ці галактики,

аж до найперших чорних дір.

Це зображення має навіть більше значення.

На самому світанку життя,

коли Всесвіт тільки-но народився,
стався Великий Вибух.

Він залишив по собі безмежний океан
нейтрального, незарядженого гідрогену.

Коли запалали перші зірки та галактики,

вони іонізували той гідроген,

і космос перетворився
з нейтрального у заряджений.

У всьому Всесвіті закарбувався
первинний сигнал енергії.

Де б ми не були, він завжди з нами,

як та Сила у "Зоряних війнах".

(Cміх)

Це сталося неймовірно давно,
і за цей час той сигнал

зазнав впливу червоного зміщення,

отже зараз його можна вловити
лише на дуже низькій частоті,

на якій і проводилось моє дослідження.

Сигнал вийшов дуже слабкий,

у мільярд разів слабший за сигнал
будь-якого об'єкту мого дослідження.

Отже, наш телескоп недостатньо чутливий,
щоб спіймати цей сигнал.

Однак є ще один, новий раіотелескоп...

Я не маю зорельота,

але, сподіваюсь, матиму

один з найбільших радіотелескопів у світі.

Ми будуємо новий інтерференційний
радіотелескоп, Square Kilometre Array,

у тисячу разів більший за той,
що у Марчісоні,

у тисячу разів чутливіший,
із ще чіткішою роздільною здатністю.

Ми зможемо знайти
десятки мільйонів галактик.

І можливо, cпіймавши той первинний сигнал,

мені вдасться побачити, як спалахнули
найперші зірки й галактики,

стати свідком початку часів.

Дякую!

(Оплески)