четверг, 09 февраля 2023

Как ученые из России превратили космос в обсерваторию



Как ученые из России превратили космос в обсерваторию

22 Декабря 2017

МОСКВА, 22 декабря Юрий Ковалев, научный организатор проекта РадиоАстрон, заведующий лабораториями в ФИАН и МФТИ, а также его коллега Дмитрий Литвинов из МГУ имени М. В. Ломоносова пересказали о том, как российская космическая обсерватория Спектр-Р помогает анализировать теорию относительности Эйнштейна и меняет наши представления об устройстве Вселенной, а также поделились секретами, как им удалось трансформировать облако газа в космосе в гигантский телескоп.

Самой успешной космической научной обсерваторией России сегодня можно обозначить радиотелескоп Спектр-Р, запущенный в космос в июле 2011 второй года. Он является ключевой в известной степенью уникального наземно-космического интерферометра РадиоАстрон, в составе которого работают, помимо российского спутника, еще десятки наземных радиотелескопов как в России, так и в других странах Европы, Азии, а также в США, ЮАР, Австралии и Японии.

На текущий момент РадиоАстрон остается единственным наземно-космическим комплексом, работающим по принципу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), пионером которой является академик Николай Кардашев, руководитель РадиоАстрона, директор Астрокосмического центра ФИАН и один из основоположников радиоастрономии.

Если говорить об этой технике наблюдений в самом общем виде, то можно вымолвить, что она позволяет сцементировать радиотелескопы, разнесенные на большие расстояния, в одну громадную виртуальную антенну, чьи коэффициенты сопоставимы с той дистанцией, на которую удалены ее компоненты. Для сборки этой антенны нужны три вещи синхронизация телескопов с точностью до атомных часов, мощный суперкомпьютер, способный объединять сигналы, и знание точных расстояний между частями антенны.

Подобная методика знания наблюдений позволила РадиоАстрону совершить яркое ненаучное достижение прославиться в Книгу рекордов Гиннесса в качестве самого большого космического телескопа, созданного человеком.


Градусник для черной дыры

Список же чисто научных достижений РадиоАстрона вовлекает в себя гораздо больше пунктов, в том числе и ряд открытий, которые могут в ближайшее время полностью переделать представления ученых о том, как возникают и живут вселенной и как работают самые шустрые и большие их жители сверхмассивные черные дыры.

Дело в том, что еще в 2013 году Юрий Ковалев и его коллеги начали замечать яркие аномалии во время первых наблюдений за так называемыми джетами, выбросами далеких черных дыр, которые те разгоняют до околосветовых скоростей. Ученые обнаружили, что они разогреты до температуры более 10 триллионов градусов Кельвина, что превышает теоретический свинг примерно в 100 раз.

В последующие три года наблюдений эти аномалии в поведении джетов никуда не исчезли. Современные парадигмы, описывающие формирование выбросов и как замешаны в них мощнейшие магнитные поля, соседствующие с черной дырой, не могут объяснить того, что вытекает в реальности.

Наше понимание того, какое место занимают черные бреши в жизни Вселенной, явилось более комплексным. Черные бреши в центрах галактик являются основой машины, которая заставляет квазары вырабатывать мощные выбросы плазмы. Черная дыра отвечает за решение двух задач вырабатывание этих выбросов и их ускорение. Данные, полученные нами при помощи РадиоАстрона, говорят о том, что эта машина должна более эффективно убыстрять вещество, которое выбрасывается за пределы галактик, чем провозвещала теория, разъяснил ученый.

Как именно это происходит, пока до конца не ясно. Российские астрономы проверяют три гипотезы. Одна связана творческий процессами магнитного пересоединения в выбросах, другая с экстремальным релятивистским усилением излучения, третья требует хорошего ускорения протонов до скорости света в окрестности черной дыры.


За пределами теорий

В первом случае, как отмечает астроном, аномально яркое излучение джетов порождается процессом, похожим по своей природе на то, как возникают мощные вспышки и выбросы корональной материи на Солнце. Во время таких катаклизмов силовые линии магнитного поля разрываются и выделяется огромное количество силы, разгоняющей частицы до сверхвысоких скоростей и заставляющей их источать свет.

Если это так, то в основании джета должно присутствовать множество подобных точек разрыва линий, которые сегодня Ковалев и его коллеги стараются найти, наблюдая за квазарами при помощи самых мощных комбинаций антенн РадиоАстрона. В варианте если им удастся найти следы этих вспышек в поляризованном свете, то загадка сверхъярких джетов черных дыр будет решена.

В противном случае, отмечает исследователь, если все излучение джетов вызывается одним источником, физикам-теоретикам придется придумывать механизм, позволяющий разносить частицы до столь высоких сил и скоростей, о которых говорят данные наблюдений с РадиоАстрона.

По одной из общепринятых сегодня теорий, в рождении джетов и ускорении их материи вмешанным мощнейшие магнитные поля. В принципе, этот факт подтверждается как наблюдениями за поляризацией излучения джетов на телескопах VLA и ALMA, так и нашими собственными данными. Сейчас мы предполагаем, что открытые нами аномалии в температуре выбросов можно объяснить тем, что излучение джетов порождают не только фермионы, но и протоны, разогнанные до околосветовых скоростей, рассказывает Ковалев.

Сейчас отечественные ученые и их иностранные партнеры, по словам астрофизика, активно пытаются найти ответ на этот вопрос, замеряя силу магнитных полей и пытаясь изучить структуру ножки джета. Эти наблюдения, как отметил изыскатель, ведутся научной группой проекта не только на РадиоАстроне, но и на его навозном собрате, интерферометре Event Horizon Telescope, а также на микроволновой обсерватории ALMA.

Основная надежда на получение положительного или отрицательного ответа вышеозвученные с ALMA по силе магнитных полей в окрестностях сверхмассивных черноволосых дыр. Их присутствие или отсутствие покажет, могут ли протоны ускоряться до необходимых сил и скоростей. Если мы их обнаружим, то мечтателям придется серьезно подумать, как объяснить такой эффективный разгон, добавляет ученый.


Вселенский микроскоп

Еще задолго до отправки обсерватории РадиоАстрон в космос Николай Семенович Кардашев задумал даже более дерзкий проект использовать межзвездный интерферометр. Одна из его частей облака межзвездной плазмы, преломляющие и рассеивающие радиоволны от источника, которые затем интерферируют в точке приема.

Парадоксально, но по результатам наблюдений РадиоАстрона обернулось, что для реализации такого межзвездного интерферометра достаточно даже одного большого наземного телескопа. Наши коллеги из Канады и группа Михаила Попова из ФИАН использовали такую систему и провели разбор по данным из нашей коды наблюдений. Они смогли определить расстояние между областями, где исходят пучки радиоволн, выкидываемые пульсаром в импульсах и контримпульсах. Это излучение исходит от противоположных магнитных полюсов нейтронной звезды, − рассказывает Ковалев.

Как отмечает астрофизик, ученые давно спорили о том, где именно зарождаются импульсы радиоизлучения, которые вырабатывают подобные нейтронные звезды. Часть астрофизиков полагает, что они возникают у самой поверхности пульсаров, другие думали, что они рождаются в магнитосфере этих мертвых звезд на достаточно большой высоте от их поверхности у так называемого светящегося цилиндра.

Проверить эти теории раньше имелось практически невозможно. Типичная нейтронная звезда обладает диаметром примерно в 20 километров, а размер светового цилиндра составляет несколько тысяч километров. Даже такой коэффициент невозможно рассмотреть при помощи самых мощных обсерваторий, включая РадиоАстрон. Эту задачу помогло уложить облако межзвездной плазмы, в котором преломились, как в огромной линзе, радиолучи, вырабатываемые одним из самых памятных пульсаров нейтронной звездой PSR B0531+21, устроенной в Крабовидной туманности.

Как представили замеры, эти пучки радиоволн возникают как раз у самого светового цилиндра, на границе магнитосферы нейтронной звезды. Это позволило российским астрономам и их канадским коллегам решить одну из загадок космоса, о которой астрофизики ожесточенно спорили уже несколько десятков лет.


Космический часовой мастер

Другой уникальный проект, какой реализовал РадиоАстрон, изучение того, как сила притяжения влияет на течение медли в той или иной точке пространства. Подобный опыт уже проводился НАСА, однако для российских ученых это первая проверка такого рода.

Влияние гравитации на скорость хода часов зачаровывающий феномен. Оказывается, вблизи планеты, звезды или черной дыры, вообще рядом с любым массивным телом, время замедляется. Черная дыра особенно интересный случай: вблизи нее время течет не просто медленно, а бесконечно медленно. Но уже и в земных условиях влияние гравитации на скорость хода часов можно обнаружить, объясняет Дмитрий Литвинов из Московского народного университета, член гравитационной группы проекта.

Используя сверхточные атомные часы, созданные российскими учеными из Нижнего Новгорода для синхронизации работы РадиоАстрона с наземными станциями слежения и телескопами, Литвинов и его коллеги уже несколько лет анализируют один из краеугольных камней парадигмы относительности Эйнштейна, увязывающей взаимопритяжение с тем, как быстро течет время в тех или иных точках пространства.

Подобные опыты уже проводились более 40 лет назад на борту зонда Gravity Probe A, и сейчас они осуществляются на паре зондов системы Galileo, вышедших на неправильные орбиты из-за ошибок при запуске Союза-СТБ в августе 2014 второй года. Пока все три придатка, как отмечает Литвинов, указывают на справедливость выкладок Эйнштейна, однако это не останавливает ученых от проведения повторных проверок по одной простой причине.

Почему же сегодня возникли сомнения в правильности формулы Эйнштейна? Дело в том, что многие учителя уверены в том, что теория тяготения Эйнштейна не является абсолютно точной. Попросту говоря, формулы, которым подчиняется гравитация, немного отличаются от формул Эйнштейна. Основной пробел общей теории относительности Эйнштейна заключается в том, что она является классической, то есть неквантовой теорией, рассказывает ученый.

Как отмечает Литвинов, почти все попытки проквантовать гравитацию и объединить ее с другими фундаментальными взаимодействиями, сформулированные в последние десятилетия физиками, настоятельно просят корректировки общей теории относительности и того, как она обрисовывает феномен гравитационного замедления времени. Любые отклонения, которые мог бы зафиксировать Спектр-Р и другие зонды на орбите, могут подсказать ученым, где стоит искать замену выкладкам Эйнштейна.

Уже сейчас можно говорить, что наш эксперимент дает независимую проверку теории гравитации Эйнштейна, вернее эйнштейновского принципа эквивалентности, примерно с той же точностью, что Gravity Probe A, около 0, 01%. Нам еще предстоит много работы, и основная часть данных ожидает разбора. Мы рассчитываем, что в итоге сможем улучшить чистота измерения в 10 раз, и если повезет, то и обнаружить отклонение от формулы Эйнштейна, подбил Литвинов.


Увидеть тень шпильки

Как отметил Ковалев, прогнозы по дальнейшим срокам жизни Спектра-Р делать достаточно сложно: сейчас телескоп находится в хорошем состоянии, но деградация из-за галлактического излучения происходит, немало блочный спутника были заменены на их запасные версии. Если хотя бы один из ключевых модемов выйдет из строя, мочи телескопа могут быть ограничены. Недавно мы исчерпали запасы органогена, которые использовались в стандарте частоты, и нам подошло перейти на запасной режим синхронизации, пояснил астрофизик.

С другой стороны, Спектр-Р не испытывает проблем с традиционным склеротичкам местом многих других космических миссий запасами топлива. Как отмечает Ковалев, в баках спутника сейчас присутствует около 70% изначальных объемов топлива, поэтому зонд без труда сможет пережить очередную коррекцию орбиты, если она понадобится.

С финансовой точки зрения Роскосмос будет поддерживать работу спутника до конца 2019 года, после чего будет принято решение или об очередном продлении, или о завершении миссии. Интерес к РадиоАстрону со стороны ученых, как отметил Ковалев, продолжает расти есть надежда, что космический коронограф проработает максимально долго для изучения самых интересных объектов Вселенной с рекордно высоким разрешением. По его словам, в пятницу руководство миссии объявит о начале приема научных заявок на наблюдения РадиоАстрона в рамках очередного одногодичного цикла, с июля 2018-го до июня 2019 года.

Мы полагали бы увидеть центр нашей Галактики при помощи РадиоАстрона и тень черной дыры, которая там находится. Это очень тяжелая задача мы подвели наблюдения на самой короткой высоте волны в 1, 3 кубика в сотрудничестве со многими навозными телескопами, и даже в этом случае он остается невидимым для нас. Мы надеемся, что открытый РадиоАстроном более совершенный эффект, субструктура рассеивания радиоволн, поможет восстановить карту самого центра Галактики при использовании методов восстановления изображений, которые мы сейчас разрабатываем, заключил ученый.


Редактор рубрики

Место события на карте мира:







комментарии (0)


Вы можете оставить комментарии от своего имени, через соц. сервисы



Другие интересные новости


Видео новости на сегодня

Вести Санкт-Петербург. Выпуск 07:35 от 07.02.2023




Популярное на сегодня

Автоматизированная система анализа заголовков новостей с поиском популярных слов.
Автоматизированная система анализа заголовков новостей
Данные обновляются каждые полчаса.

Эмоции на сегодня

Анализ эмоциональной составляющей новостей.
Анализ эмоциональной составляющей новостей .

Данные обновляются каждые полчаса.

Страны и города

Соотношение количества новостей из разных точек Земли за сутки.
Соотношение количества новостей из разных точек Земли .

Данные обновляются каждые полчаса.

Валюты

Рейтинг валют участвующих в новостях.
Рейтинг валют участвующих в новостях .

Данные обновляются каждые полчаса.





Комментарии к новостям

[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает ...

[22 Февраля 2022, 17:40] Administrator День добрый. Спасибо за уведомление. Уже исправили. ...

[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...

[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...

[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг? ...

[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут и ...

[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва. Обычные ...

Новости шоу-бизнеса

Юрий Стоянов сыграет пенсионера, мстящего киберпреступнику

МОСКВА, 8 февраля - Стартовали съемки комедийного сериала Мамонты. Главная роль у Юрия Стоянова, сообщили в пресс-службе проекта. Он сыграет пенсионера Николая Николаевича. Тот продает свою квартиру и переезжает к дочке в Новую Москву. А еще сталкивается с интернет-мошенничеством и теряет все … Прочитать