Текст уведомления здесь

Телескоп больше Земли

«РадиоАстрон» отмечает четырехлетие на орбите

Космическая обсерватория «РадиоАстрон» была запущена в 2011 году и 18 июля отмечает четыре года работы на орбите. Этот инструмент позволяет астрономам получить самую детальную картину источников электромагнитного излучения Вселенной из возможных на сегодняшний день.
Добавить в закладки
Комментарии
«Острота зрения» любого приемника электромагнитного излучения, например человеческого глаза, зависит от двух параметров — длины волны излучения и размера принимающего инструмента (например, диаметра зрачка глаза, объектива оптического телескопа или антенны радиотелескопа). При фиксированном размере инструмента «острота» зрения тем выше, чем короче длина волны. При фиксированной длине волны чем больше размеры инструмента, тем он «зорче». В силу этих зависимостей радиотелескопу, для того чтобы сравняться по остроте зрения с человеческим глазом, надо быть размером в десятки и даже сотни километров. Такое невозможно и по техническим, и по экономическим причинам.

Но в середине ХХ века радиоастрономы нашли выход: они предложили имитировать огромный радиотелескоп двумя или несколькими небольшими радиотелескопами, расположенными на расстоянии, равном размеру нереалистично большого радиотелескопа, и соединенными специальными линиями связи. Так родились радиоинтерферометры и системы апертурного синтеза. Более того, в середине 60-х годов прошлого века молодые советские радиоастрономы Леонид Матвенко, Николай Кардашев и Геннадий Шоломицкий предложили разнести телескопы радиоинтерферометра на транс- и межконтинентальные расстояния. Именно таким должен быть размер инструмента для того, чтобы рассмотреть структуру небесного радиоисточника в 1000 раз «четче» , чем доступно наземным оптическим телескопам. Такие «виртуальные» радиотелескопы, сопоставимые с размером Земли, заработали в конце 60-х годов и получили название радиоинтерферометров со сверхдлинными базами, РСДБ.

Если пойти еще дальше и вынести один из радиотелескопов в космос, можно получить виртуальный телескоп огромного размера и уникальной «зоркости». Именно для этого и нужен «РадиоАстрон»: с его помощью сеть РСДБ имитирует радиотелескоп размером до 30 диаметров Земли — именно таков апогей (наиболее удаленная от центра Земли точка) орбиты «РадиоАстрона».

Последние этапы сборки перед установкой космического аппарата под обтекатель ракеты-носителя. Фото: Wikipedia


Работы по расширению РСДБ-сети в космос начались в Советском Союзе в середине 1970-х годов, в Институте космических исследований РАН. В 1978 году там же началась разработка наземно-космического интерферометра «РадиоАстрон». До середины 1980-х годов это был советский проект, а затем он превратился в международный, с участием более десятка стран во всем мире. С 1990 года головной организацией по проекту «РадиоАстрон» является Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

Основной компонент «РадиоАстрона» — космический аппарат «Спектр-Р», разработанный НПО им. Лавочкина. Кроме него в наблюдениях участвуют наземные радиотелескопы по всему миру, которые проводят согласованные наблюдения. Каждый телескоп записывает огромный объем данных, например только собственно «Спектр-Р» передает на Землю около 140 мегабит в секунду, из которых 128 мегабит в секунду » РСДБ-данные. Первичная обработка данных проводится в Астрокосмическом центре Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, в Институте Макса Планка в Германии и в Объединенном европейском институте РСДБ в Нидерландах. Сейчас первичную обработку прошли данные за первый — второй годы работы «РадиоАстрона», и исследователи начали получать первые результаты работы радиотелескопа.

Небо в радиодиапазоне

Если бы человеческий глаз видел в радиодиапазоне, то привычный вид неба был бы совсем иным — на нем практически не видны были бы звезды. Звезды излучают, в основном, в оптическом диапазоне, и невооруженному глазу видны те из них, что находятся в нашей Галактике, и то лишь наиболее яркие. В радиодиапазоне на небосводе преобладают внегалактические радиоисточники. Они находятся от Земли так далеко, что радиоизлучение проводит в дороге до Земли время, сопоставимое с возрастом Вселенной (последний составляет 13,7 миллиарда лет). Эти источники очень компактные, и даже в самые лучшие оптические телескопы рассмотреть их структуру невозможно.

Полученную с помощью наблюдений «РадиоАстрона» карту внегалактических источников руководитель Астрокосмического центра Николай Кардашев считает одним из наиболее значимых результатов работы космической обсерватории.

Черные дыры, молодые звезды и пульсары

Наиболее мощные источники радиоизлучения — это активные галактические ядра. По современным представлениям, это черные дыры массой в миллионы и миллиарды раз больше Солнца, затягивающие окружающую их материю, — звезды и межзвездное вещество. Этот процесс сопровождается колоссальным выделением энергии, небольшая часть которой излучается в диапазоне радиоволн. По этому излучению астрономы могут судить об устройстве гигантской энергостанции с центральной черной дырой.

Еще один тип источников — мазеры. Мазерные источники в большинстве своем связаны с областями активного звездообразования. Их исследование позволяет строить модель образования звезд и планетных систем, а далее подбираться к моделированию условий возникновения жизни.

Наконец, пульсары, они же — вращающиеся нейтронные звезды. Такой объект представляет собой финальную стадию эволюции обычной звезды. Она наступает, когда «топливо» в звезде заканчивается, термоядерные реакции прекращаются и, соответственно, нечем поддерживать давление излучения, удерживающее ее вещество от схлопывания под действием гравитации.

Пульсар PSR B1509-58 в рентгеновском диапазоне. Иллюстрация: NASA/CXC/SAO (X-Ray); NASA/JPL-Caltech


Звезда размером в миллионы километров при этом сжимается до десятков километров, плотность материи в ней невероятно высока: спичечный коробок, наполненный материей нейтронной звезды, потянул бы на весах столько же, сколько кубический километр земных скальных пород. Нейтронная звезда обладает сильным магнитным полем, быстро вращается и, подобно маяку, выдает яркий «луч», но в радиодиапазоне. Когда луч оказывается направлен в сторону Земли, радиотелескопы регистрируют его, и получается характерный «пульсирующий» сигнал.

Из-за того что эти объекты очень маленькие — 10 километров, а самые близкие к нам находятся на расстоянии тысяч и десятков тысяч световых лет, даже «РадиоАстрон» не может их разглядеть. Но излучение пульсаров по дороге от нейтронной звезды до Земли проходит через межзвездную среду, которая его задерживает и размывает подобно тому, как мутное стекло размывает солнечный свет. Наблюдения «РадиоАстрона» помогают исследовать эти размытые пятна с рекордно высокой четкостью и делать выводы о свойствах межзвездной среды.

Что мы узнали благодаря «РадиоАстрону»

До запуска «РадиоАстрона» считалось, что восстановить исходный сигнал пульсаров невозможно. Однако оказалось, что в некоторых направлениях от некоторых пульсаров излучение регистрируется достаточно ясно. Это говорит о том, что межзвездная среда устроена не так, как до сих пор представляли ученые. С помощью «РадиоАстрона» можно исследовать ее свойства, а зная их, «очистить» исходный сигнал пульсаров и благодаря этому исследовать их строение.

«РадиоАстрон» также позволил зарегистрировать излучение нескольких мазерных источников. Один из них находится за пределами нашей Галактики и связан с активным галактическим ядром. Оказалось, что источник излучения более компактен, чем это допускается современными научными теориями. Энергия, излучаемая такими объектами, известна. Механизм излучения предполагает определенный размер излучающей области. Поскольку этот размер оказался меньше предполагаемого, это сравнимо с обнаружением под капотом обычного автомобиля мощного авиадвигателя. Так что теперь ученым придется пересматривать представления об устройстве мазерных источников.

Также по результатам наблюдений «РадиоАстрона» потребуется пересмотреть модели излучения активных галактических ядер в радиодиапазоне. Яркость этого излучения ограничена фундаментальными физическими процессами. Выше этого предела радиоизлучение будет поглощаться электронами, возникающими в результате взаимодействия фотонов собственного излучения излучения с материей. В результате излучение будет самоподавляться.

Художественное изображение квазара. Иллюстрация: ESO/M. Kornmesser6


Тем не менее, по наблюдениям «РадиоАстрона», яркость некоторых внегалактических объекта выше этого предела. Теоретически это возможно, если источник излучения движется на наблюдателя с околосветовой скоростью. Однако тогда необходимо понять, что разгоняет их до такой скорости.

Чтобы объяснить все эти результаты, нужны как теоретические работы, так и дальнейшие наблюдения. Для столь сложной техники, как аппарат «Спектр-Р», четыре года на орбите — уже немалый срок, на год превышающий расчетный, но ученые предполагают, что аппарат прослужит еще несколько лет.
Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы