Вчені створили найдетальніші зображення галактик в історії. Навіщо

Надмасивна чорна діра в центрі галактики, яку ледь видно в центрі зображення, викидає потужні струмені речовини в космос

Автор фото, R. TIMMERMAN/LOFAR

Підпис до фото,

Надмасивна чорна діра в центрі галактики, яку ледь видно в центрі зображення, викидає потужні струмені речовини в космос

Астрономи опублікували найбільш детальні зображення галактик за межами нашої власної - знімків кращої якості ще ніколи не оприлюднювали, пише науковий кореспондент BBC News Паллаб Гош.

Зображення були створені на основі даних, зібраних радіотелескопом Low-Frequency Array (LOFAR або так звана "Низькочастотна антенна решітка") після майже десятирічної роботи.

LOFAR - це мережа з понад 70 тисяч невеликих антен у дев'яти європейських країнах та центром проєкту в голландському містечку Ексла.

Зазвичай комбінуються тільки сигнали антен, розташованих в Нідерландах: таким чином утворюється радіотелескоп з "лінзою" діаметром приблизно 120 км.

Але використовуючи сигнали всіх європейських антен, вчені збільшили діаметр цієї "лінзи" майже до 2 тис. км, що забезпечує 20-кратне збільшення роздільної здатності.

Для порівняння, найбільший зі звичайних радіотелескопів, російський РАТАН-600, який почав працювати в 1974 році, має антену діаметром лише 600 метрів.

Нові зображення мають дуже високу роздільну здатність і розкривають внутрішній устрій галактик з безпрецедентною деталізацією.

Багато з них можуть дати уявлення про роль чорних дір у формуванні зірок і планет.

Дослідники вважають, що ці зображення змінять наше уявлення про еволюцію галактик.

Радіоастрономія

На зображеннях - радіохвилі, які випромінюють галактики.

Підпис до фото,

Радіосигнали приймають 70 тисяч антен метрової висоти у дев'яти європейських країнах

Астрономам часто доводиться вивчати радіохвилі від астрономічних об'єктів, а не видиме світло, яке вони випромінюють: воно занадто легко розсіюється в міжзоряному просторі на шляху від джерела до об'єктива телескопа.

Багато областей космосу, які у видимому спектрі здаються абсолютно порожніми і чорними, активно випромінюють в інших діапазонах: радіо, ультрафіолетовому, інфрачервоному, рентгенівському або ж від них йдуть високоенергійні гамма-частинки.

Радіотелескопи астрономи використовують ще з 1930-х років. Однак звести разом сигнали з 70 тисяч антен вдалося вперше. Це дозволило істотно поліпшити якість знімків.

Поєднання сигналів від такої кількості антен - непростий процес.

Команда під керівництвом доктора Лії Морабіто з Університету Дарема у Великій Британії витратила шість років на розробку абсолютно нового способу прийому сигналу від кожної антени, його оцифровки, передачі на центральний процесор, а потім об'єднання всіх даних в зображення, які не тільки мають величезний науковий інтерес, але і виглядають фантастично.

Для створення одного зображення необхідно оцифрувати, передати в центральний процесор і потім об'єднати понад 13 терабіт необроблених даних в секунду.

Обробляти такі величезні обсяги інформації треба суперкомп'ютерами.

З їхньою допомогою за пару днів терабайти даних від цих антен вдається перетворити на кілька гігабайтів, готових до використання.

"Так довго працювати з цими даними, нарешті отримати такі зображення й бути, можливо, першою людиною, яка це побачить, - це неймовірно", - зізнається Лія Морабіто.

Галактичний джет

Зображення на початку статті зробив один з членів команди доктора Морабіто.

На ньому - ледь видима галактика, яка розташувалася в центрі струменів речовини (астрономи називають їх "джетами") оранжевого кольору, що випускаються в обидві сторони. Кожен "джет" набагато більший від самої галактики.

Джети утворюються за рахунок взаємодії речовини з надмасивними чорними дірами в центрах галактики.

З самої чорної діри вийти не може ні речовина, ні випромінювання, але в її околицях за рахунок обертання виникають сили, що викидають речовину в космос, іноді з величезними швидкостями, близькими до швидкості світла.

Астрономи спостерігають "джети" не вперше, але у цих є одна особливість: темні смуги на правому "джеті", яких раніше не бачили.

На думку астрономів, ці смуги відповідають періодам порівняно низької активності чорної діри, коли вона "вивергає" менше речовини.

Таким чином зображення дає дослідникам уявлення про "цикл сну" чорної діри.

Автор фото, N. RAMIREZ-OLIVENCIA/LOFAR

На іншій фотографії зображені дві галактики, які зіштовхуються.

Яскрава пляма ліворуч - це наднові, що вибухають і викидають у простір перегрітий газ і космічний пил.

Автор фото, F. SWEIJEN/LOFA

На ще одному знімку - галактика, що випустила світло, коли Всесвіту було всього 2,6 мільярда років.

Вище і нижче - струмені речовини, викинуті чорною дірою в центрі галактики.

Зазвичай такі ранні галактики неможливо детально вивчити. Але тепер астрономи вперше змогли розглянути структуру однієї з них в радіодіапазоні, що дозволяє краще зрозуміти, як чорні діри взаємодіють з навколишнім середовищем.

"Фабрика на паливі з чорних дір"

З цих зображень випливає, що галактики - це не просто набір зірок.

Автор фото, L. K. MORABITO/L.K. WILLIAMS

Підпис до фото,

На фотографії зліва зображена галактика у видимому світлі. В центрі - вона ж у радіодіапазоні, а праворуч - зображення з високою роздільною здатністю

За словами доктора Ніла Джексона з Манчестерського університету, це динамічні "фабрики" з виробництва сонць і планет, що працюють на паливі з чорних дір.

"Стало ясно, що для того, щоб зрозуміти еволюцію галактик, нам потрібно зрозуміти природу чорної діри в їхньому центрі. Тому що вона, схоже, фундаментально впливає на еволюцію галактик", - говорить доктор Джексон.

"Зображення з такою високою роздільною здатністю дозволяють нам збільшувати масштаб, щоб побачити, що насправді відбувається, коли надмасивні чорні діри відкидають ці струмені речовини в космос", - додає вчений.

А доктор Морабіто каже, що подібні зображення допомагають астрономам дізнатися, як насправді йдуть процеси утворення зірок і планет, у тому числі й нашої Сонячної системи.

"Ми починаємо розуміти, як еволюціонують галактики. І чорні діри - величезна частина цієї еволюції, тому що "джети" можуть виносити з собою паливо, призначене для зореутворення", - розповідає вчена.

"Рухаючись від центру галактики, вони можуть порушувати її структуру. Вони можуть навіть запускати процеси формування зірок або навпаки, перешкоджати їм, зменшуючи кількість нових зірок", - відзначає Лія Морабіто.

За підсумками першого набору результатів дослідження опубліковано вже дев'ять наукових робіт по динаміці чорних дір в галактиках.

Але це тільки початок. Протягом наступних кількох років вчені збираються дослідити мільйони галактик.

"Я думаю, на нас точно чекають сюрпризи. Коли ви починаєте робити щось нове в астрономії, ви завжди знаходите те, чого ніколи не очікували. І саме на це я чекаю з нетерпінням", - підсумовує доктор Морабіто.