Як радіотелескопи показують нам невидимі галактики.

"Наш всесвіт дивний, чудовий і нескінченний", - говорить астроном Наташа Харлі-Уокер. Космічний корабель не може доставити вас до його глибин (поки що), але радіотелескоп може. У цій гіпнотичній, сповненій ілюстраціями промові Харлі-Уокер показує, як вона досліджує таємницю всесвіту за допомогою спеціальної технології, яка показує світлові спектри, невидимі для нас.

Космос -- останній рубіж.

Я вперше почула ці слова,
коли мені було лише 6 років,

і я була абсолютно вражена.

Я хотіла досліджувати
дивні нові світи.

Я хотіла відшукати нове життя.

Я хотіла побачити все,
що міг запропонувати всесвіт.

І ці мрії, ці слова,
вони взяли мене у подорож,

подорож відкриттів,

через школу, через університет,

отримати докторську ступінь і, нарешті,
стати професійним астрономом.

Я засвоїла дві основні речі,

одна з них сумна,

коли я захищала ступінь доктора наук.

Я засвоїла, що реальність була
в тому, що

я не зможу пілотувати космічний корабель
найближчим часом.

Але я також зрозуміла, що всесвіт дивний,
прекрасний і нескінченний,

тобто занадто великий
для досліджень на космічному кораблі.

Тож я звернула увагу на астрономію,
щоб використовувати телескопи.

Тепер я покажу вам
зображення нічного неба.

Ви можете побачити його
будь-де на Землі.

І всі ці зірки є частиною нашої галактики,
Чумацького Шляху.

Якщо ви підете шукати
темнішу частину неба,

гарну темну сторону,
можливо, у пустелі,

ви зможете побачити центр нашої
галактики Чумацький Шлях,

яка розстеляє перед вами
сотні мільярдів зірок.

І це дуже гарне зображення.

Воно барвисте.

І знову ж таки, це просто
один куточок нашого Всесвіту.

Ви можете бачити свого роду
дивний темний пил від краю до краю.

Це місцевий пил,

який поглинає світло від зірок.

Але ми можемо дещо більше.

Лише за допомогою наших очей, ми можемо
досліджувати маленький куточок Всесвіту.

Це можна зробити краще.

Ви можете використати чудові телескопи,
як, наприклад, телескоп Хаббл.

Астрономи з'єднали докупи
це зображення.

Це називається Hubble Deep Field,

і вони витратили сотні годин,
спостерігаючи тільки крихітну ділянку неба

не більшу, ніж ніготь пальця
на відстані витягнутої руки.

І на цьому зображенні

ви можете бачити тисячі галактик.

Ми знаємо, що у всьому всесвіті,
напевно,

тисячі мільйонів, мільярдів галактик.

деякі з них схожі на нашу галактику,
інші значно відрізняються.

Тож ви думаєте, окей, добре
я можу продовжити цю подорож.

Це просто. Я можу лише використати
дуже потужний телескоп

і дивитись на небо,
ніяких проблем.

Цього дійсно достатньо,
якщо ми будемо так діяти.

Це все тому,
що досі я говорила

лише про видиму частину спектру,
тобто речі, які можуть побачити наші очі,

і це лише крихітний шматочок,

маленький, маленький шматочок того,
що може запропонувати нам всесвіт.

Існує також 2 дуже важливі проблеми, які
пов'язані з використанням видимого світла.

Ми не тільки втрачаємо можливість
вивчати інші процеси,

які випромінюють інші види світла,

але ще й існує 2 проблеми.

Перша з них - це пил, про який
я згадала раніше.

Цей пил не дає видимому світлу
потрапити до нас.

Тобто, дивлячись далі у космос --
ми бачимо менше світла.

Пил не пропускає його.

Але існує дійсно дивна проблема, яка
пов'язана з використанням видимого світла

для спроб вивчення всесвіту.

Зараз зробіть перерву на хвилину.

Припустимо, ви стоїте на вулиці,
на розі дуже жвавої вулиці.

Проїжджає автомобіль.

Автомобіль швидкої допомоги.

У нього дуже голосно
працює сирена.

(імітує звук сирени)

Звук сирени змінюється,

коли авто наближається і
віддаляється від вас.

Його водій не змінює тон сирени,
щоб панькатись з вами.

Це є лише результатом
вашого сприйняття.

Звукові хвилі, коли авто
наближалось до вас,

стискались,

і змінювались
у бік більшої тональності.

Коли авто віддалялось --
звукові хвилі розтягувались,

і вони звучали на тон нижче.

Те ж саме відбувається з світлом.

Світлові хвилі об'єктів,
які рухаються нам назустріч,

стискаються і вони
здаються нам більш синіми.

Світлові хвилі об'єктів,
які рухаються від нас,

розтягуються і вони здаються
червонішими.

Тож ми називаємо ці ефекти
синім і червоним зміщенням.

Зараз наш всесвіт розширюється,

все рухається геть одне від одного,

і це означає, що все у всесвіті
здається червоним.

І, як не дивно, дивлячись глибше у всесвіт,

більш віддалені об'єкти рухаються
все швидше і віддаляються від нас,

тож вони виглядають більш червоними.

Якщо ми повернемось до
Hubble Deep Field

і продовжимо занурюватись глибше
у всесвіт,

використовуючи лише Хаббл,

коли ми дістанемось до деякої межі,

усе буде виглядати червоним

і це створює деяку проблему.

Урешті-решт,
ми подивимось так далеко,

що усе світло
зміститься до інфрачервоного

і ми не зможемо побачити нічого.

Має бути якийсь вихід.

У іншому випадку,
я обмежена у своїй подорожі.

Я хочу досліджувати увесь всесвіт,

не лише те, що я можу побачити перш,
ніж світло зміститься до інфрачервоного.

Існує спосіб.

Він називається
радіоастрономія.

Астрономи використовували його
десятиліттями.

Це фантастичний метод.

Я покажу вам радіотелескоп Паркс,
який ніжно називають «The Dish».

Ви, можливо, бачили фільм.

І радіо - це дійсно геніально.

Воно дозволяє нам зануритись значно
глибше у всесвіт.

Його не зупиняє пил,

тож ви можете бачити все у всесвіті,

і зміщення до інфрачервоного
вже не така проблема

тому що ми можемо будувати приймачі,
які отримують сигнал здалека.

Тож, що бачить Паркс, коли ми направимо
його до центру Чумацького Шляху?

Ми повинні побачити
щось надзвичайне, так?

Що ж, ми дійсно бачимо щось цікаве.

Весь цей пил зник.

Як я згадувала раніше, радіохвилі
проходять крізь пил і це не проблема.

Але вигляд цілком інший.

Ми можемо бачити, що центр
Чумацького Шляху світиться,

і це не світло зірок.

Це світло називається
синхротронне випромінювання

і воно формувалось з електронів, які
обертаються навколо космічних магнітних полів.

Площина світиться цим світлом.

І ми також можемо бачити дивні клаптики,
які відриваються від нього,

і об'єкти, які розташовані
не на одній лінії

з усім, що ми можемо бачити
нашими власними очима.

Але дійсно важко
пояснити це зображення,

тому що, як ви можете бачити,
у нього дуже мала роздільна здатність.

Радіохвилі мають велику довжину

і це робить роздільну здатність
зображення дуже поганою.

Це зображення також чорно-біле,

тож ми, насправді, не знаємо,
якого кольору там усе.

Що ж, повернемось до нашого часу.

Ми можемо будувати телескопи,

які можуть подолати ці проблеми.

Зараз я показую вам зображення
Мерчісонської радіообсерваторії.

фантастичного місця для побудови
радіотелескопів.

Воно пласке, сухе

і, що найбільш важливо,
без зайвих радіохвиль:

немає мобільного зв'язку,
немає Wi-Fi, нічого.

лише дуже-дуже "радіо-глухе" місце,

тож це ідеальне місце
для побудови радіотелескопа.

Телескоп, над яким я
працювала декілька років,

називається Murchison Widefield Array,

і я хочу показати вам
трішки моментів з того, як він будувався.

Це група студентів
та аспірантів,

які приїхали до міста Перт.

Ми звемо їх
Студентська Армія,

вони будують радіотелескоп
в якості волонтерів.

Немає жодних
додаткових балів за це.

Вони збирають
ці радіо диполі.

Вони сприймають лише сигнал
низької частоти, як радіо або телевізор.

Ми розвертаємо
їх по пустелі.

Фінальна версія телескопа
покриває 10 км. кв.

західноавстралійської пустелі.

Також цікавий факт -- тут немає
рухомих частин.

Ми лише розвертаємо
ці маленькі антени

у вигляді бджолиних сот.

Це досить дешево.

Кабелі передають сигнали

з антен

і передають їх до
центральних процесорів.

І через розмір цього телескопа,

через те, що ми побудували його
по всій пустелі,

ми можемо отримувати
кращу роздільну здатність, ніж Паркс.

Тож, зрозуміло, що усі ці кабелі
передають сигнал до процесора,

який відправляє дані до суперкомп'ютера
сюди, у Перт,

і тут настає моя черга.

(Зітхає)

Радіодані.

Я провела останні п'ять років

працюючи з дуже складними і
цікавими даними,

на які реально ніхто
не дивився до цього.

Я витратила багато часу
обраховуючи їх,

витрачаючи мільйони годин
центральних процесорів суперкомп'ютерів

у спробі дійсно
зрозуміти ці дані.

І з цим телескопом,

з цими даними,

ми провели огляд усього
південного неба,

Галактичне і позагалактичне
MWA вишукування неба.

або, як я його називаю,
GLEAM.

І я дуже схвильована.

Це дослідження має ось-ось бути
опубліковане, але його ще не показували,

тож, фактично, ви -- перші,

хто побачить це південне
дослідження всього неба.

Я дуже рада поділитися з вами
деякими зображеннями з цих пошуків.

Зараз уявіть, що ви
поїхали до Мерчісона,

ви розкинули табір
під зірками

і дивитесь на південь.

Ви бачили південний
центральний диск,

галактика зростає.

Якщо я увімкну зображення
з радіовипромінення,

то ось, що ми спостерігали
з нашого дослідження.

Ви можете бачити, що площина галактики
більше не темна від пилу.

Вона осяяна синхротронним
радіовипромінюванням

і тисячами крапок у небі.

Наша велика Магелланова хмара,
наш найближчий галактичний сусід,

помаранчевий, замість його
більш знайомого синьо-білого кольору.

Тож тут багато чого відбувається.
Давайте поглянемо ближче.

Якщо ми оглянемося назад
до центру галактики,

де ми спочатку бачили зображення
Паркс, яке я показувала раніше,

у низькому розширенні,
чорно-біле,

і ми подивимось на
зображення від GLEAM,

то ви побачите, що роздільна здатність
збільшилась у сто разів.

Ми тепер маємо кольорове
зображення неба,

технологія техніколор.

Це не фальшиві кольори.

Це справжні кольори радіохвиль.

Я лише зафарбувала
хвилі найнижчої частоти у червоний,

хвилі найбільшої частоти
у синій,

і хвилі середньої частоти
у зелений.

В результаті, це дає нам
усі кольори веселки.

І це не лише фальшиві кольори.

Кольори у цьому зображенні
говорять нам про фізичні процеси,

які відбуваються
у всесвіті.

Для прикладу, якщо ви поглянете
вздовж площини галактики,

Воно освітлене синхротронним
випроміненням,

яке, в основному,
червоно-помаранчеве,

але якщо придивитись,
то можна побачити блакитні цяточки.

Якщо масштабувати,

то побачимо, що
це іонізована плазма

навколо дуже
яскравих зірок,

і виявляється, що вона
блокує червоне світло,

і через це такі
зірки здаються синіми.

Це може розповісти нам
про регіони, в яких формуються зірки

у нашій галактиці.

І ми одразу ж бачимо їх.

Ми дивимось на галактику, і колір
говорить нам, що такі регіони там є.

Ви можете бачити
маленькі мильні бульбашки,

маленькі кругові зображення
навколо галактичної площини,

і ці залишки наднових.

Коли зірка вибухає,

її зовнішня оболонка
відкидається

і вона подорожує у космосі
збираючи матерію

і створює маленьку оболонку.

Це було давньою загадкою
для астрономів --

де ж залишки наднових.

Ми знаємо, що має бути багато високо-
заряджених електронів у цьому диску

для того, щоб створити синхротронне випромінювання, що ми бачимо,

і, на нашу думку, вони створені
залишками наднових,

але цього, здається, замало.

На щастя, GLEAM дуже, дуже добре
виявляє залишки наднових,

тож ми сподіваємось підготувати
наукову працю на цю тему.

Усе це добре.

Ми вивчили нашу маленьку
місцеву галактику,

але я хочу поглянути глибше,
я хочу піти далі.

Я хочу піти далі за
Чумацький Шлях.

Що ж, виявляється, ми можемо бачити дуже
цікавий об'єкт в правому верхньому куті,

і це локальна радіогалактика,

Центавр А.

Якщо ми масштабуємо її,

то можемо бачити, що є два
величезних шлейфи, що виходять в космос.

І якщо ви поглянете прямо у центр
між цими шлейфами,

ви зможете побачити
галактику, таку ж, як і наша.

Це спіраль. Вона має смугу пилу.

Це звичайна галактика.

Але ці шлейфи видимі
лише у радіочастотах.

Якщо б ми подивились у видимому спектрі --
ми навіть не знали б, що вони там є,

і вони у тисячі разів більші за
материнську галактику.

Що відбувається?
Що створює ці шлейфи ?

У центрі кожної галактики,
яку ми знаємо,

є надмасивна чорна діра.

Чорні діри невидимі.
Тому вони так називаються.

Все, що ви можете бачити, це відхилення
світла навколо них,

і іноді, коли зірка
або хмара газу надходить в їх орбіту,

вони розриваються
приливними силами,

утворюючи те, що ми називаємо
акреційний диск.

Цей диск яскраво світиться у
рентгенівському спектрі,

і величезні магнітні поля
можуть запустити матерію у космос

приблизно зі світловою
швидкістю.

Ці шлейфи видимі
у радіоспектрі

і це те, що ми вивчаємо
в нашому дослідженні.

Гарно, дуже гарно -- ми побачили одну
радіогалактику. Це добре.

Але якщо ви подивитесь на
верхню частину зображення,

ви побачите іншу
радіогалактику.

Вона трошки менша,
і це лише тому, що вона далі від нас.

Окей. Дві радіогалактики.

Ми можемо це бачити.
Це добре.

Що ж, а як щодо інших цяточок ?

Ймовірно, це лише зірки.

Але це не так.

Це все радіогалактики.

Кожна з цих крапок
на цьому зображенні

є далекою галактикою,

мільйони мільярдів світлових років
від нас

з надмасивною чорною дірою
у центрі,

яка виштовхує матерію
у космос зі швидкістю світла.

Це фантастично.

Це дослідження навіть більше,
ніж те, що я показала тут.

Якщо зменшимо масштаб до
повного обсягу дослідження,

то побачимо, що я знайшла 300 тисяч
таких радіогалактик.

Тож це дійсно епічна подорож.

Ми виявили
всі ці галактики

до найперших
надмасивних чорних дір.

Я дуже пишаюсь цим,
і це буде опубліковано наступного тижня.

Але це не все.

Я дослідила найвіддаленіші куточки
галактики в рамках цього вишукування,

але є дещо навіть
більше на цьому зображенні.

Тепер, я відведу вас назад
на початок самого часу.

Коли всесвіт сформувався,
був Великий Вибух,

який залишив всесвіт у вигляді
моря з гідрогену,

нейтрально зарядженого
гідрогену.

І коли сформувались найперші зірки
і галактики засвітились,

вони іонізували цей гідроген.

Тож всесвіт з нейтрального зарядженого
став іонізованим.

Це залишило сигнал
навколо нас.

Скрізь, він пронизує нас,

як Сила.

Через те, що це відбулось
так давно,

цей сигнал був зміщений
до інфрачервоного

і зараз він
дуже низької частоти.

Він такої ж частоти,
як і моє вишукування,

але він дуже слабкий.

Він розміром з одну мільярдну, порівняно
з будь-яким об'єктом цього вишукування.

Тож наш телескоп не досить чутливий
для того, щоб цей сигнал розпізнати.

Однак, є новий радіотелескоп.

Я не можу мати зоряний корабель,

але я, на щастя, маю

один з найбільших радіотелескопів
у світі.

Ми будуємо Square Kilometre Array,
новий телескоп,

і він буде в тисячу разів більший
за MWA,

в тисячу разів чутливіший,
і матиме більшу роздільну здатність.

Тож ми повинні знайти
десятки мільйонів галактик.

І, можливо, цей сигнал,

Я зможу дістатись до найперших зірок
і галактик, що сяяли,

до самого початку часу.

Дякую вам.

(Оплески)