Джеймс Гич - Галактики. Большой путеводитель по Вселенной

На протяжении всей истории наблюдательной астрономии, практически без исключений, ее предмет был одним и тем же – сбор фотонов. Мы – охотники за светом, а эти фотоны – наша единственная прямая связь с дальней Вселенной, ведь их путешествие к Земле от далекой звезды или газового облака заняло, возможно, миллиарды лет. Они практически не встречают препятствий на своем пути, лишь изредка поглощаясь и вновь излучаясь, трансформируясь или отражаясь. В этом плотном потоке света закодирована информация, которую мы должны изучить, чтобы познать историю космоса. К сожалению, учитывая колоссальный размер разделяющего нас расстояния, количество той энергии, которая доходит до Земли из любой галактики, невероятно мало. Чем дальше мы пытаемся, тем сложнее это становится: галактики выглядят все меньше, бледнее, и их труднее обнаружить. Что еще хуже, те мельчайшие сигналы – небольшие порции света, засекаемые нашими детекторами и представляющие собой ничтожную каплю в океане всего излучения, – которые все-таки достигают пределов Земли, тонут вкипящем море электромагнитного шума как естественного, так и искусственного происхождения: от солнечного света, уличных огней, радиопередач и поглощения и повторного испускания инфракрасного излучения каплями воды и водяным паром в атмосфере.

Эллиптическая галактика NGC 1132 отлично иллюстрирует тезис о безупречной сферической форме массивных древних галактик. Эллиптические галактики, как правило, пассивны: они прошли период сборки своей звездной массы в более раннюю эпоху Вселенной, когда интенсивность процесса формирования галактик была значительно выше. Как правило, эллиптические галактики обнаруживаются в самом плотном окружении – звездных группах и скоплениях – и, скорее всего, прошли через период активных слияний в прошлом. Вокруг NGC 1132 можно увидеть тысячи шаровых звездных скоплений, которые маленькими световыми точками окружают звездное свечение галактики. Как и всегда, фон снимка полон еще более далеких галактик – тех самых «городов», оставшихся за пределами нашего видения

Чтобы уловить эти драгоценные частицы информации, астрономам приходится разрабатывать все более хитроумные стратегии и техники, позволяющие очистить их и привести в пригодное для изучения состояние.

Все сводится к двум важнейшим инструментам: телескопу , захватывающему и фокусирующему свет, и детектору , записывающему эту информацию. Самой главной целью в нашей науке всегда была разработка более крупных телескопов и более чувствительных камер и детекторов. К сожалению, астрономическое оборудование очень сложное и дорогостоящее и неизбежно становится все сложнее и дороже. Большинство профессиональных астрономов (таких, как я) не проводят исследования на телескопах, принадлежащих их институтам: они слишком малы и плохо расположены (с точки зрения погодных условий), чтобы выполнять наблюдения необходимым уровнем чувствительности. Так что эти телескопы в основном используются для образовательных целей. Для проведения современных исследований астрономы объединяются в многонациональные консорциумы, привлекая финансирование и экспертное сообщество для создания гигантских телескопов и соединяющихся с ними астрономических камер. При этом в мире есть лишь несколько мест, где можно разместить такие сооружения: поставьте сложнейший телескоп туда, где бол́ьшую часть времени облачно, – и вы зря потратите время и деньги.

Лучшие места для установки телескопов, как правило, расположены высоко в горах, в сухом климате и достаточно далеко от любых цивилизованных поселений, чтобы засветка не снижала качество наблюдения. Разумеется, всегда есть возможность разместить телескопы в космосе (самый известный пример – «Хаббл»), но история с финансированием и техническим сопровождением такого проекта будет не менее сложной. Одно из лучших мест на Земле для ведения астрономических наблюдений – пик Мауна-Кеа высотой более чем 4000 м, расположенный на острове Гавайи, который стал домом для многих лучших телескопов мира. Среди лучших локаций и самая сухая в мире пустыня – чилийская Атакама, где находятся Европейская южная обсерватория и новый комплекс радиотелескопов Атакамская большая [антенная] решетка миллиметрового диапазона, а также Южный полюс – замечательный сухой регион, на котором действует нейтринная обсерватория IceCube.

По мере того, как Земля вращается, «неподвижные» звезды оставляют свой след на небе. На этом снимке с длинной выдержкой – Очень большой телескоп на горе Серро-Параналь, который выглядит карликом на фоне небесной сферы. Даже просто глядя в это бесконечное пространство, мы можем исследовать Вселенную и ее состав и пытаться понять, как она возникла

В мире полно астрономов, мириады астрономических целей, сравнительно немного телескопов и крайне мало времени в году, когда можно проводить наблюдения. Так как же нам все-таки удается сделать хоть что-то? Решение довольно простое: астрономы соревнуются друг с другом за получение доступа к каждому телескопу, составляя краткий запрос с указанием того, что именно они хотят наблюдать и почему, и приводя научное обоснование необходимости проведения исследования.

Предложения направляются в Комитет распределения времени наблюдений с помощью телескопа (англ. Telescope Allocation Committee, TAC ), где группа научных сотрудников рассматривает каждый запрос, оценивая научную значимость и осуществимость эксперимента, и затем распределяет драгоценное время пользования каждым телескопом. Если вы хотите просто сделать снимок Луны с помощью восьмиметрового телескопа VLC в Чили [2] Very Large Telescope ( VLC ; рус. «очень большой телескоп») – комплекс из четырех отдельных 8,2-метровых и четырех вспомогательных 1,8-метровых оптических телескопов, объединенных в одну систему. Среди оптических телескопов это самый большой на Земле по общей площади зеркал с наибольшей разрешающей способностью в мире. Установлен в Паранальской обсерватории Европейской южной обсерватории на горе Серро-Параналь высотой 2635 м в Чили. – Прим. пер . , у вас нет ни единого шанса попасть в график его использования. Но если вы активно работаете в актуальном и востребованном направлении и предлагаете какой-то новый интересный эксперимент, обещающий серьезно повлиять на дальнейшее развитие науки, вам может повезти получить временный доступ к телескопу. А если вы хотите сделать что-то совершенно безбашенное (интересное, но с высоким риском неудачи), вас могут попросить сократить проект и провести первичные пилотные работы, которые позволят оценить осуществимость эксперимента, например понаблюдать за одной галактикой вместо десяти, изучить то, что вы обнаружили, а потом уже вернуться к этому в следующем году. Разумеется, на самые большие телескопы, расположенные в самых выгодных для наблюдения регионах и снабженные самым лучшим оборудованием, у нас очень высокий спрос. С похожими проблемами сталкиваются и те астрономы, которые, как правило, не используют телескопы, то есть астрономы-теоретики и работающие с симуляторами, так как бо́льшая часть их исследований выполняется на суперкомпьютерах. Теоретики предпочитают огромные мощные компьютеры, которые могут выполнять самые большие и сложные вычисления, и им нередко приходится биться за время работы на общих компьютерных комплексах высокой производительности – процесс получения разрешения протекает примерно так же, как и у тех, кто добивается доступа к телескопу. К счастью, эти машины не нужно вывозить в столь экзотические и удаленные места: кондиционируемого помещения со стабильной подачей электричества будет вполне достаточно.