Как с помощью радиотелескопов можно увидеть неизвестные галактики

«Наша Вселенная — загадочное, прекрасное и бесконечное пространство», — говорит астроном Наташа Харли-Уокер. Даже на космическом корабле мы не сможем достичь его глубин, но сможем сделать это благодаря радиотелескопу. В этом завораживающем выступлении, сопровождаемом демонстрацией фотографий, Харли-Уокер показывает, как она исследует тайны Вселенной, используя специальную технологию, которая обнаруживает свет, спектр которого мы не можем видеть.

Космос, последний рубеж.

Впервые я услышала эти слова
в шестилетнем возрасте

и была ими абсолютно вдохновлена.

Я захотела исследовать
загадочные новые миры.

Захотела искать новую жизнь.

Захотела увидеть всё,
что могло быть во Вселенной.

С этих мечтаний и с этих слов
началось моё путешествие,

путешествие в открытия,

через школу, университет,

аспирантуру, и наконец я стала
профессиональным астрономом.

Когда я защищала кандидатскую диссертацию,

я узнала две вещи,

одна из них — не очень приятная:

реальность такова,

что я никогда не буду управлять
космическим кораблём.

А вторая: Вселенная — слишком загадочная,
прекрасная и бесконечная,

чтобы её можно было исследовать
с помощью космического корабля.

Поэтому я направила своё внимание
в астрономии на использование телескопов.

Перед вами — изображение ночного неба.

Его можно увидеть из любой точки планеты.

Все эти звёзды — часть
нашей с вами галактики Млечный путь.

Если вы посмотрите на более
тёмный участок неба,

красивое тёмное место,
возможно, где-то в пустыне,

вы сможете увидеть
центр галактики Млечного пути,

распростёртый перед нами
сотнями миллиардов звёзд.

Это очень красивое изображение.

Оно цветное.

Опять-таки, это всего лишь
небольшой участок Вселенной.

Можно увидеть, как его пересекает
какое-то странное пятно пыли.

Это локальная межзвёздная пыль,

которая не пропускает свет звёзд.

Но мы можем сделать кое-что.

С помощью только одного нашего зрения мы
можем исследовать только часть Вселенной.

Но мы способны на большее.

Можно использовать замечательный
космический телескоп «Хаббл».

Учёные составили это изображение
из множества отдельных снимков.

Оно называется Hubble Deep Field,

они провели множество часов,
наблюдая за крохотным участком неба

размером не более фаланги большого
пальца на расстоянии вытянутой руки.

На этом изображении

можно увидеть тысячи галактик,

и мы знаем, что во всей Вселенной
должны быть миллионы,

даже миллиарды галактик,

одни похожи на нашу, а другие — нет.

Вы подумаете, хорошо,
я могу продолжить это путешествие.

Это легко. Можно взять очень мощный
телескоп и просто смотреть на небо.

Без проблем.

Но если мы сделаем только это,
мы многое упустим.

Потому что всё, о чём
я сейчас рассказала,

можно видеть глазами,
так как это видимый спектр,

но это всего лишь очень-очень
крошечный кусочек,

который может предложить
нам наша Вселенная.

Есть две сложные проблемы
с использованием видимого света.

Мы не только упускаем
все остальные процессы,

которые излучают другие виды света,

но есть две другие проблемы.

Первая касается пыли,
о которой я уже упоминала.

Пыль препятствует видимому
спектру света доходить до нас.

То есть чем глубже мы вглядываемся
во Вселенную, тем меньше света мы видим.

Пыль мешает ему до нас доходить.

Существует очень странная проблема
с использованием видимого света

для того, чтобы исследовать Вселенную.

Давайте на минутку отвлечёмся.

Представьте, что вы стоите
на углу оживлённой улицы.

Мимо проезжают автомобили.

Приближается машина скорой помощи.

Она издаёт пронзительную сирену.

(Имитирует звук сирены)

Тональность сирены меняется по мере того,

как она приближается или удаляется.

Водитель скорой помощи не делает это
нарочно, чтобы сбить вас с толку.

Это особенность вашего восприятия.

Звуковые волны,
когда автомобиль приближается,

сжимаются

и меняют свою тональность
на более высокую.

Когда скорая помощь удаляется,
звуковые волны растягиваются

и тональность понижается.

То же самое происходит и со светом.

Объекты приближаются,

их световые волны сжимаются,
и они приобретают синий оттенок.

Когда объекты удаляются от нас,

их световые волны
растягиваются, и они краснеют.

Эти эффекты мы называем
синее смещение и красное смещение.

Сейчас наша Вселенная расширяется,

поэтому всё удаляется друг от друга,

и это означает, что всё
станет красного цвета.

И как ни странно, когда вглядываешься
более глубоко во Вселенную,

более отдалённые объекты
отдаляются дальше и быстрее

и приобретают более красный оттенок.

Если вернуться
к изображению Hubble Deep Field

и продолжать всматриваться
глубже и глубже во Вселенную,

не используя ничего,
кроме этого телескопа,

то когда мы достигаем
определённой дистанции,

всё становится красным,

и тут мы сталкиваемся с проблемой.

В конечном итоге мы заходим так далеко,

что всё смещается в инфракрасный спектр,

и мы уже ничего не можем видеть.

Это нужно как-то обойти.

Иначе это препятствие в моём путешествии.

Я хочу исследовать всю Вселенную,

а не только то, что могу видеть,
пока красное смещение не затмит всё.

Есть одна методика.

Она называется радиоастрономия.

Астрономы используют её уже десятилетия.

Это фантастическая методика.

Я покажу вам радиотелескоп Паркса,
более известный под названием «Тарелка».

Возможно, вы видели этот фильм.

И радио действительно великолепное.

Он позволяет нам заглянуть намного дальше.

Ему не препятствует пыль,

поэтому можно увидеть во Вселенной всё,

и красное смещение уже
не является препятствием,

потому что мы можем создать приёмники,
способные получать сигнал издалека.

Так что же видит телескоп Паркса, когда
мы направляем его в центр Млечного пути?

Наверное, мы должны увидеть
что-нибудь потрясающее?

Мы видим кое-что интересное.

Вся эта пыль рассеивается.

Как я уже говорила, радиоволны
без проблем проходят сквозь пыль.

Но вид отличается.

Мы видим, что центр
Млечного пути светится,

и это не звёзды.

Этот свет называется
«синхротронное излучение»,

оно формируется из электронов,
вращающихся вокруг магнитных полей.

Итак, плоскость светится.

Ещё мы видим странные пучки,
выходящие из неё,

и объекты, которые не похожи ни на что,

что мы способны видеть глазами.

Но интерпретировать это изображение
действительно очень сложно,

потому что, как видите,
оно имеет очень низкое разрешение.

У радиоволн частота длиннее,

поэтому разрешение хуже.

К тому же изображение чёрно-белое,

поэтому мы не знаем, какого цвета
на самом деле всё, что на нём видно.

Вернёмся в сегодняшний день.

Мы можем создать телескопы,

которые справятся с этими задачами.

А теперь я покажу изображение
из Радиообсерватории Мурчисона —

фантастического места для
создания радиотелескопов.

Здесь сухо, здесь ровная поверхность

и, что самое главное, радио-тихо:

нет мобильных телефонов,
нет Wi-Fi, ничего,

очень-очень тихо —

отличное место для установки
радиотелескопов.

Телескоп, на котором я работаю
уже несколько лет,

называется широкополосная
антенна Мурчисона,

и я покажу вам небольшой отрывок
из того, как он строился.

Это группа из студентов-старшекурсников
и аспирантов

в Перте.

Мы называем их армией студентов,

они волонтёры.

Они не получают за это оценок.

Они собирают радиоантенны-диполи.

Антенны принимают низкочастотные сигналы,
как FM-радио или ТВ.

А здесь мы устанавливаем их в пустыне.

Готовый телескоп займёт площадь
в 10 квадратных километров

в Западной пустыне Австралии.

Что самое интересное —
все его части неподвижны.

Мы расставляем эти антенны

на куриных сетках.

Это довольно дёшево.

Кабели принимают сигнал

от антенн

и переносят его на центральные процессоры.

Вот такой размер у телескопа,

мы построили его почти на всю пустыню,

чтобы получить
разрешение лучшего качества.

В итоге все эти кабели
переносят их на главный процессор,

откуда они поступают
на суперкомпьютер здесь, в Перте,

и тут появляюсь я.

(Вздыхает)

Радио данные.

Последние пять лет

я работаю с очень сложными
и интересными данными,

которые раньше никто не видел.

Я трачу много времени на их калибровку,

проводя миллионы часов
за суперкомпьютером,

пытаясь эти данные расшифровать.

И с помощью этого телескопа,

этих данных,

мы составили полную
картину южной части неба,

GaLactic and Extragalactic
All-sky MWA Survey,

или, как я называю, GLEAM.

Я очень воодушевлена.

Эти обзорные наблюдения уже готовы
к публикации, но ещё не опубликованы,

так что вы буквально первые люди,

кто увидит южное пространство всего неба.

Я очень рада поделиться с вами
его некоторыми изображениями.

Сейчас представьте, что вы
отправились к Мурчисону,

разбили палаточный лагерь под звёздами

и смотрите по направлению на юг.

Вы видите южный небесный полюс,

восход галактики.

Если я уберу свет радиоволн,

вот что мы увидим.

Видно, что в галактической
плоскости больше нет пыли.

Она подсвечена синхротронным излучением,

и в небе видны тысячи точек.

Большое Магелланово облако,
наш ближайший сосед по галактике,

оранжевого цвета вместо
привычного сине-белого.

Здесь много чего происходит.
Давайте взглянем поближе.

Если посмотрим в центр галактики,

где мы видели изображения
с телескопа Паркса — я его показывала,

с низким разрешением, чёрно-белое —

и перейдём к изображению GLEAM,

то мы увидим, что разрешение
улучшилось до ста единиц.

Теперь у нас есть цветной снимок неба,

снимок Техниколор.

Это не фальшивый цвет.

Это настоящие радиоцвета.

Я лишь раскрасила низкие частоты красным,

высокие частоты синим

и средние зелёным.

Это делает изображение цветным.

И это не фальшивый цвет.

Цвета на этом изображении
говорят нам о физических процессах,

происходящих во Вселенной.

Например, если посмотреть
вдоль галактической плоскости,

она подсвечена синхротроном,

он почти красно-оранжевый,

но если взглянуть поближе,
мы увидим маленькие синие точки.

А сейчас, если приблизить,

видно, что эти точки —
ионизированная плазма

вокруг очень ярких звёзд,

они блокируют красный цвет

и поэтому кажутся синими.

Это говорит о том, что это
регионы нашей галактики,

где формируются новые звёзды.

И мы сразу же их видим.

Мы смотрим на галактику,
и цвет говорит нам, что они там есть.

Можно увидеть маленькие мыльные пузыри,

маленькие изображения окружностей
вокруг галактической плоскости —

это остатки сверхновой.

Когда звезда взрывается,

её внешняя оболочка отделяется,

попадает в открытый космос,
собирая материал вокруг,

и появляются маленькие раковины.

Это давняя загадка для астрономов —

где находятся остатки сверхновой.

Мы знаем, что в плоскости должно быть
много высокоэнергетических электронов

для получения синхротронного
излучения, которое мы видим,

и мы полагаем, что они образовались
из остатков сверхновой,

но это ещё не до конца изучено.

К счастью, GLEAM действительно отлично
умеет обнаруживать остатки суперновой,

поэтому мы надеемся, что скоро
сможем этим поделиться.

Замечательно.

Мы исследуем небольшую часть Вселенной,

но я хочу продвигаться дальше и глубже.

Я хочу выйти за пределы Млечного пути.

Вверху справа можно увидеть

очень интересный объект,
это местная радиогалактика,

Центавр А.

Если увеличить масштаб,

мы увидим два огромных шлейфа,
уходящих в космос.

Если посмотреть вправо от центра
между этими шлейфами,

вы увидите галактику, похожую на нашу.

Она спиральная. У неё есть
полоса пылевой материи.

Это нормальная галактика.

Но эти выбросы видны только
при помощи радио.

Если бы мы смотрели только в видимом
спектре, мы бы не узнали об их наличии,

хотя они в тысячи раз больше
родительской галактики.

Что происходит?
Откуда берутся эти выбросы?

Нам известно, что в центре любой галактики

находится сверхмассивная чёрная дыра.

Сейчас чёрные дыры невидимы.
Потому они так и называются.

Всё что мы можем видеть —
это отклонение света вокруг них,

и иногда, когда звезда или
облако газа заходит на его орбиту,

приливные силы разрывают его на части,

образуя то, что мы называем
аккреционным диском.

Аккреционный диск ярко светится
при рентгеновском излучении,

огромные магнитные поля
выталкивают материю в космос

почти со скоростью света.

Итак, эти выбросы видны при помощи радио,

и именно их мы отмечаем
в наших наблюдениях.

Хорошо, теперь мы увидели
одну радиогалактику. Замечательно.

Но если посмотреть
на верхнюю часть изображения,

вы увидите другую радиогалактику.

Она меньше по размеру, но это
потому, что она дальше от нас.

Хорошо. Две радиогалактики.

Это мы можем видеть. Отлично.

А что же насчёт других точек?

Предположительно это всё звёзды.

Но нет.

Это всё — радиогалактики.

Каждая точка на этом изображении —

далёкая галактика

на расстоянии в миллионы,
даже миллиарды световых лет

с массивной чёрной дырой в центре,

которая выталкивает материю
в космос со скоростью света.

Это «сносит крышу».

И этот обзор даже больше,
чем то, что я показывала ранее.

Если уменьшить масштаб,
чтобы увидеть полную картину обзора,

вы увидите, что я обнаружила
300 000 таких радиогалактик.

Это действительно
грандиозное путешествие.

Мы обнаружили все эти галактики

вплоть до самых первых
сверхмассивных чёрных дыр.

Я этим очень горжусь, и уже на
следующей неделе это будет опубликовано.

Но это ещё не всё.

С помощью этих наблюдений
я исследовала дальние уголки галактики,

но на этом изображении есть ещё кое-что.

Давайте перенесёмся в самый
момент зарождения мира.

Вселенная появилась
в результате Большого взрыва

и представляла собой море водорода,

нейтрального водорода.

Когда первые звёзды и галактики зажглись,

они ионизировали водород.

И Вселенная превратилась
из нейтральной в ионизированную.

Это отложило на всех нас
отпечаток сигнала.

Он пронизывает нас везде,

как Сила.

Так как это всё произошло очень давно,

сигнал стал красным,

и сейчас он имеет низкие частоты.

На той же самой частоте,
что и мои наблюдения,

но только он очень слабый.

Это одна миллиардная размера
любого объекта в моём наблюдении.

Возможно, наш телескоп недостаточно
чувствительный, чтобы уловить этот сигнал.

Однако есть новый радиотелескоп.

Хотя у меня и нет звездолёта,

зато есть, я надеюсь,

один из самых больших
в мире радиотелескопов.

Мы работаем над созданием нового
радиотелескопа Square Kilometre Array,

который будет в тысячу раз
больше, чем телескоп MWA,

в тысячу раз чувствительнее
и с лучшим разрешением.

Поэтому мы должны найти
десятки миллионов галактик.

Возможно, благодаря этому сигналу

я буду смотреть на то, как появлялись
самые первые звёзды и галактики,

и на само зарождение мира.

Спасибо.

(Аплодисменты)