Cum ne arată radiotelescoapele galaxii nevăzute

Universul nostru este ciudat, minunat și vast, spune astronomul Natasha Hurley-Walker. O navă cosmică nu vă poate duce în străfundurile Universului (încă) -- dar un radiotelescop poate. În această prezentare fascinantă, plină de imagini, Hurley-Walker ne arată cum sondează misterele universului apelând la tehnologii care permit vizualizarea radiației din spectrul invizibil.

Spațiul, ultima frontieră.

Am auzit pentru prima oară aceste cuvinte
când aveam doar șase ani

și am fost profund inspirată.

Voiam să explorez lumi noi, ciudate.

Voiam să caut noi forme de viață.

Voiam să văd tot
ceea ce universul avea să ofere.

Iar acele visuri, acele cuvinte,
m-au purtat într-o călătorie,

o călătorie a cunoașterii,

prin școală, prin facultate,

către un doctorat și, în final,
spre a deveni astronom.

Am învățat două lucruri uimitoare,

unul puțin neplăcut,

în timpul doctoratului.

Realitatea era

că nu aveam să pilotez o navă cosmică
prea curând.

Dar, pe lângă asta, am învățat
că universul este ciudat, minunat și vast,

chiar prea vast pentru a putea fi explorat
cu o navă spațială.

Așa că mi-am concentrat atenția
către astronomie și telescoape.

Vă arăt acum o imagine a boltei cerești.

O puteți vedea de oriunde din lume.

Toate aceste stele fac parte
din galaxia noastră, Calea Lactee.

Dacă ați merge undeva
unde cerul este mai negru,

într-o zonă întunecată, poate în deșert,

ați putea vedea centrul Căii Lactee

întins dinaintea voastră,
sute de miliarde de stele.

Este o imagine extrem de frumoasă.

E plină de culoare.

Însă este doar o parte
a universului nostru.

Puteți vedea că de-a lungul imaginii
este un soi de praf întunecat.

Acela este praful din galaxia noastră

ce obturează lumina stelelor.

Dar ne descurcăm destul de bine.

Chiar și cu ochiul liber
putem explora colțul nostru de univers.

Se poate și mai bine.

Putem folosi telescoape minunate,
precum Telescopul Hubble.

Astronomii au obținut această imagine.

Este denumită Hubble Deep Field,

și au petrecut sute de ore
observând o mică parte a cerului

cât unghia degetului mare
văzută de la distanța brațului întins.

Iar în această imagine

puteți vedea sute de galaxii,

și știm că trebuie să existe
sute de milioane, miliarde de galaxii

în întregul univers,

unele ca a noastră
și altele foarte diferite.

Așa că vă gândiți: e în regulă,
îmi pot continua călătoria.

E simplu. Trebuie doar să folosesc
un telescop foarte puternic

și să privesc cerul, nimic mai mult.

De fapt, pierdem mult
dacă ne limităm doar la asta.

Asta se întâmplă
pentru că tot ce v-am spus până acum

s-a referit doar la spectrul vizibil,
doar la ceea ce puteți vedea cu ochii,

iar asta este o parte mică,

o părticică infimă,
din ceea ce universul are să ne ofere.

Există două mari probleme
cu observațiile în spectrul vizibil.

Nu numai că pierdem informații
de la restul proceselor

care emit alte tipuri de radiație,

dar există două chestiuni.

Prima se referă la praful
pe care l-am menționat mai devreme.

Praful blochează lumina să ajungă la noi.

Pe măsură ce privim mai adânc în Univers,
vedem mai puțină lumină.

Praful o oprește să ajungă la noi.

Dar există și o problemă foarte ciudată
cu utilizarea spectrului vizibil

în scopul explorării universului.

Luați un minut de pauză.

Imaginați-vă că stați
la colțul unei străzi aglomerate.

Mașinile trec pe lângă voi.

Se apropie o ambulanță.

Are pornită sirena cu sunetul ei ascuțit.

(Imită sunetul sirenei)

Sunetul pare să-și fi schimbat tonalitatea

pe măsură ce se apropia
și se îndepărta de voi.

Șoferul ambulanței nu a modificat sunetul
ca să se distreze pe seama voastră.

Efectul este un produs al percepției.

Undele sonore,
pe măsură ce ambulanța se apropia,

erau comprimate

și aveau o tonalitate mai ridicată.

Pe măsură ce ambulanța se îndepărta,
undele sonore erau dilatate,

și aveau o tonalitate mai joasă.

Același lucru se întâmplă și cu lumina.

Obiectele care se apropie de noi

au undele luminoase comprimate,
făcându-le să apară mai albastre.

Obiectele ce se îndepărtează de noi

au undele luminoase dilatate,
făcându-le să apară mai roșii.

Denumim aceste efecte
deplasarea spre albastru și spre roșu.

Universul se extinde,

deci toate obiectele se îndepărtează
unele de altele,

ceea ce înseamnă
că totul are o tentă roșie.

Și, în mod ciudat, dacă vă uitați
mai în profunzimea universului,

veți vedea că obiectele îndepărtate
se mișcă mai repede și mai departe,

ceea ce le face să apară și mai roșii.

Dacă revenim la Hubble Deep Field

și continuăm să cercetăm universul
tot mai adânc,

folosind doar telescopul Hubble,

când ajungem la o anumită depărtare,

totul devine roșu,

ceea ce aduce cu sine o altă problemă.

Până la urmă ajungem atât de departe

încât totul trece în domeniul infraroșu

și nu mai vedem nimic.

Deci trebuie să ocolim problema.

Altfel, călătoria mea este limitată.

Voiam să explorez întreg universul,

nu doar ceea ce era vizibil
până la limita domeniului infraroșu.

Există o cale.

Se numește radioastronomie.

Astronomii o utilizează de zeci de ani.

Este un domeniu fantastic.

Vă prezint Radio Telescopul Parkes,
denumit de pasionați „The Dish” (Antena).

Poate că ați văzut filmul.

Tehnica radio este cu adevărat genială.

Ne permite să pătrundem
mult mai în profunzime.

Nu este limitată de praf,

deci poți vedea totul din univers,

iar deplasarea spre roșu
nu e atât de problematică

pentru că putem construi receptoare
pentru lățimi mari de bandă.

Ce vede telescopul Parkes când îl orientăm
către centrul Căii Lactee?

Ar trebui să vedem ceva fantastic, nu?

Ei bine, chiar vedem ceva interesant.

Am scăpat de tot praful.

Cum am mai spus, undele radio
trec prin praf, deci nu e o problemă.

Dar imaginea este foarte diferită.

Vedem centrul galaxiei strălucind,

dar nu e lumina stelelor.

Această lumină se numește
radiație sincrotronă,

și este formată din electroni în mișcare
prin câmpurile magnetice ale cosmosului.

Deci imaginea e umplută
de această strălucire.

Și mai putem vedea șuvițe ciudate
ce radiază din ea

și obiecte care nu corespund

cu nimic din ceea ce vedem
cu proprii ochi.

Dar interpretarea acestei imagini
este dificilă,

pentru că, după cum puteți vedea,
are o rezoluție foarte slabă.

Undele radio au o lungime de undă mare,

ceea ce le face să aibă o rezoluție slabă.

De asemenea, imaginea este alb/negru,

deci nu știm culoarea obiectelor din ea.

Revenind în prezent.

Putem construi telescoape

care pot depăși aceste probleme.

Vă arăt aici o imagine
a Radio Observatorului Murchison,

un loc excelent
pentru construirea radiotelescoapelor.

Este neted, este uscat,

dar cel mai important,
este lipsit de perturbații radio:

nu sunt telefoane mobile,
Wi-Fi sau altceva,

pur și simplu nu există interferențe,

deci e un loc perfect
pentru amplasarea unui radiotelescop.

Telescopul la care am lucrat câțiva ani

se numește Murchison Widefield Array

și am să vă arăt o scurtă filmare
din timpul construcției sale.

Acesta este un grup
de studenți și absolvenți

din Perth.

Îi numim Armata Studențească,

iar aceștia și-au dedicat timpul
construirii unui radiotelescop.

Nu se acordă credite pentru asta.

Și asamblează acești dipoli radio.

Aceștia recepționează frecvențele joase,
precum cele de la posturile radio sau TV.

Iar aici îi poziționăm
pe suprafața deșertului.

Telescopul complet, desfășurat,
ocupă 10 kilometri pătrați

în deșertul Australiei de Vest.

Și partea interesantă este
că nu are piese în mișcare.

Pur și simplu montăm aceste antene

într-o rețea asemănătoare
unei plase de sârmă.

E destul de ieftin.

Semnalul este transmis prin cabluri

de la antene

către centrul de procesare.

Iar dimensiunea acestui telescop,

faptul că l-am construit
pe întreg deșertul,

ne oferă o rezoluție mai bună
decât telescopul Parkes.

Deci centralizăm informația

și o trimitem mai departe
către un supercalculator, aici în Perth,

unde intru eu în schemă.

(Oftează)

Informația radio.

Mi-am petrecut ultimii cinci ani

lucrând cu date complexe,
foarte interesante,

pe care nu le mai văzuse nimeni
până atunci.

Am petrecut mult timp calibrând,

cheltuind milioane de ore de procesare
pe supercomputere

și încercând să descifrez acea informație.

Iar cu acest telescop,

cu aceste date,

am cercetat cerul
întregii emisfere sudice,

„The Galactic and Extragalactic
All-Sky MWA Survey”,

sau GLEAM, cum îl numesc eu.

Și sunt foarte entuziasmată.

Acest studiu urmează să fie publicat,
dar încă nu a fost arătat,

deci sunteți primii oameni

care văd acest studiu al bolții cerești
din întreaga emisferă sudică.

Sunt încântată să împărtășesc cu voi
câteva imagini din acest studiu.

Imaginați-vă că ați mers la Murchison,

că ați campat sub cerul înstelat

și că priviți spre sud.

Ați văzut polul sud ceresc,

galaxia răsărind.

Dacă suprapun imaginea radio,

vedem ce am obținut prin studiul nostru.

Observați că spațiul cosmic
nu mai e întunecat de praf.

Strălucește de radiație sincrotronă

și mii de puncte sunt vizibile.

Marele Nor al lui Magellan,
cel mai apropiat vecin galactic al nostru,

este portocaliu, și nu alb-albastru
cum îl știam de obicei.

Deci se întâmplă multe lucruri aici.
Să privim mai de aproape.

Dacă ne orientăm privirea
spre centrul galactic,

ce văzusem mai devreme în imaginea
capturată de telescopul Parkes,

rezoluție mică, alb/negru,

și suprapunem imaginea GLEAM,

veți constata că rezoluția s-a îmbunătățit
de o sută de ori.

Avem acum o imagine color a cerului,

o imagine tehnicolor.

Nu este o imagine
prezentată în culori false.

Acestea sunt culorile adevărate radio.

Ce-am făcut a fost să colorez
frecvențele joase în roșu

și pe cele înalte în albastru,

iar pe cele de mijloc în verde.

Și așa am obținut acest curcubeu.

Iar asta nu este culoare falsă.

Culorile din această imagine
ne dezvăluie procesele fizice

care au loc în univers.

De exemplu, dacă vă uitați
de-a lungul galaxiei,

strălucește de radiație sincrotronă,

care e portocalie spre roșu în pricinpal,

dar dacă ne apropiem foarte mult,
vedem mici puncte albastre.

Dacă mărim imaginea,

aceste puncte albastre
sunt plasmă ionizată

ce înconjoară stele foarte luminoase,

și din cauză că blochează lumina roșie,

ele apar albastre.

Ele ne pot indica
regiunile de formare a stelelor

din galaxia noastră.

Și le-am descoperit imediat.

Privim galaxia și culoarea ne spune
că ele sunt prezente acolo.

Puteți vedea mici baloane de săpun,

mici cercuri în jurul câmpului galactic,

iar acestea sunt rămășițele supernovelor.

Când o stea explodează,

stratul exterior este expulzat

și călătorește prin spațiu,
adunând materie

și producând o mică crustă.

Este un vechi mister pentru astronomi

unde se află
toate aceste rămășițe de supernove.

Știm că trebuie să existe
mulți electroni de mare energie în galaxie

pentru a produce radiația sincrotronă
pe care o vedem,

și credem că aceștia
sunt produși de supernove,

dar par să nu fie destule.

Din fericire, GLEAM este foarte bun
la detectarea acestor rămășițe,

și sperăm că vom publica un studiu
despre acest lucru în curând.

Asta-i bine.

Am explorat universul apropiat,

dar voiam să pătrund mai adânc
și mai departe.

Voiam să las în urmă Calea Lactee.

Întâmplător, putem vedea un obiect
foarte interesant în dreapta, sus,

iar acesta este o radiogalaxie,

Centaurus A.

Dacă mărim imaginea asta,

vedem două jeturi imense
împinse în spațiul cosmic.

Și dacă priviți chiar în centru,
între acele două jeturi,

veți vedea o galaxie ca a noastră.

O spirală. Are o zonă de praf.

Este o galaxie normală.

Dar aceste jeturi
sunt vizibile doar în spectrul radio.

Dacă am fi studiat doar spectrul vizibil,
nici n-am fi știut că ele există,

și sunt de mii de ori mai mari
decât galaxia însăși.

Ce se întâmplă?
Cine produce aceste jeturi?

La centrul fiecărei galaxii pe care o știm

se află o gaură neagră supermasivă.

Găurile negre sunt invizibile.
De aceea sunt numite așa.

Tot ce poți vedea este devierea luminii
în jurul lor,

iar uneori, când o stea sau un nor gazos
le intră în orbită,

acestea sunt dezintegrate
datorită forței gravitaționale,

formând, ceea ce noi numim,
un disc de acreție.

Discul de acreție strălucește puternic
în domeniul radiației X,

iar câmpuri magnetice puternice
pot lansa materia în spațiu

la viteze apropiate de viteza luminii.

Deci aceste jeturi sunt vizibile
în domeniul radio

și asta este ceea ce am găsit noi.

E bine, e chiar foarte bine că am reușit
să vedem o radiogalaxie. E plăcut.

Dar dacă vă uitați
în partea de sus a imaginii

veți vedea o altă radiogalaxie.

Pare mai mai mică, dar numai din cauză
că este mai îndepărtată.

OK. Două galaxii.

Le vedem. E bine.

Dar ce-i cu restul de puncte?

Probabil sunt doar stele.

Nu sunt.

Toate sunt radiogalaxii.

Toate punctele din această imagine

este o galaxie îndepărtată,

la milioane sau miliarde de ani lumină

cu o gaură neagră supermasivă în centru

ce împinge materie în spațiu
cu o viteză aproape de cea a luminii.

Este incredibil.

Iar studiul este mult mai cuprinzător
decât ceea ce v-am arătat eu aici.

Dacă examinăm întreg studiul,

puteți vedea că am găsit
300.000 astfel de galaxii.

Este cu adevărat o odisee extraordinară.

Am descoperit toate aceste galaxii

până la primele găuri negre supermasive.

Sunt foarte mândră de asta,
și vom publica studiul săptămâna viitoare.

Dar asta nu e tot.

Am explorat prin aceste observații
cele mai îndepărtate colțuri ale galaxiei,

dar această imagine mai ascunde ceva.

Vă duc înapoi în timp, la începuturi.

La apariția universului
s-a produs Big Bang-ul,

care a lăsat în urma lui
o mare de hidrogen,

de hidrogen neutru.

Iar când au apărut
primele stele și galaxii,

au ionizat acel hidrogen.

Deci Universul a trecut
de la o stare neutră la una ionizată.

Acest eveniment și-a lăsat amprenta
peste tot, în jur.

Este pretutindeni, ne pătrunde,

ca Forța (din Războiul Stelelor).

Pentru că asta s-a întâmplat
foarte demult,

semnalul s-a deplasat spre roșu,

iar acum este la frecvențe foarte joase.

Este la aceeași frecvență
ca aceea din cercetările mele,

dar e foarte slab.

E de miliarde de ori mai slab
decât obiectele din studiul meu.

Poate că telescopul nostru nu e
suficient de sensibil să îl detecteze.

Însă, există un nou radiotelescop.

Deci nu pot avea o navă cosmică,

dar pot avea

unul dintre cele mai mari
radiotelescoape din lume.

Construim Square Kilometre Array,
un nou radiotelescop,

ce va fi de o mie de ori mai mare ca MWA,

și de o mie de ori mai sensibil,
și va avea o rezoluție mai bună.

Ar trebui să putem găsi
zeci de milioane de galaxii.

Și poate că, în adâncurile acelui semnal,

voi avea ocazia să văd primele stele
și galaxii prinzând viață,

începutul timpului însuși.

Vă mulțumesc.

(Aplauze)