Главный вопрос жизни, Вселенной и всего такого

Одна из главных загадок современной астрономии — темная материя. Ученые знают, что во Вселенной, кроме видимых объектов, должно быть что-то, что имеет огромную массу. Но никто не понимает, что это такое. Есть лишь теория, согласно которой это непонятное нечто является причиной множества гравитационных аномалий, включая чрезвычайно высокие скорости вращения внешних областей галактик.

Чтобы обозначить это гипотетическое вещество, которое никто никогда не обнаруживал напрямую, ввели понятие «темная материя». Ее изучают больше ста лет, но пока есть лишь много гипотез, теорий и математических формул. Проблема в том, что, похоже, темная материя не реагирует на свет, поэтому ее и не получится увидеть.

Зато можно обнаружить следы воздействия темной материи на другие крупные космические объекты, такие как галактики. Однако для этого нужны чрезвычайно точные и масштабные приборы. Как раз таким инструментом и станет новый телескоп, который начали строить десять лет назад в Чили.

Сначала проект назвали Большим обзорным телескопом, но в историю он войдет как обсерватория имени Веры Рубин. Назван прибор в честь женщины-астронома, которая обнаружила первые признаки существования темной материи.

Помимо темной материи «Рубин» (так его кратко называют) займется изучением еще одной загадки — темной энергии. Речь о гипотетическом виде энергии, с помощью которой ученые объясняют, почему Вселенная расширяется с ускорением. «Можно сказать, что темная материя пытается построить космические объекты, а темная энергия — разъединить их», — объясняют разницу астрономы.

На видимую, то есть привычную нам материю приходится менее 5% массы Вселенной. Все остальное — это как раз темная энергия и темная материя, о которых мы практически ничего не знаем. Но совсем скоро все изменится.

Увидеть то, чего никто никогда не видел

Задача обсерватории имени Веры Рубин — собрать огромное количество данных, чтобы наконец получить четкое представление о темной материи. Но основной вопрос: как это сделать? Как увидеть то, чего никто никогда не видел?

Для обнаружения темной материи пригодится эффект гравитационного линзирования. Массивный объект (например, галактика) имеет достаточную массу для искривления пространства — времени. Подобно линзе они искривляют и лучи света. Определив силу эффекта гравитационного линзирования, ученые способны высчитать массу объекта линзирования.

Далее остается сравнить массу видимой галактики с массой, которую она должна иметь с учетом эффекта гравитационного линзирования. Разница между двумя показателями и будет той самой загадочной темной материей.

Проблема в том, что эффект линзирования настолько незначителен, что для вычленения из расчетов темной материи астрономам необходимо изучить данные десятков тысяч галактик. Ученые хотят наблюдать за ними по всей видимой части неба, чтобы получить представление обо всей темной материи, которая там находится.

Для этого и нужен очень мощный телескоп с широким полем зрения, что позволит одновременно отслеживать огромные участки неба. Плюс необходимо высокое разрешение, чтобы не просто наблюдать объекты, но и видеть их в мельчайших подробностях. Большинство существующих телескопов могут похвастаться чем-то одним — или широким полем зрения, или высоким разрешением. Так, запускаемые в космос телескопы в силу физических ограничений не могут иметь большое поле зрения, поэтому в основном они характеризуются высоким разрешением.

Обсерватория имени Веры Рубин получит и то и другое. Потому что здесь будет гигантское зеркало диаметром 8,4 метра, подключенное к цифровой камере c самым высоким в мире разрешением — 3200 мегапикселей.

Чудо техники

Обсерваторию начали строить в 2014 году на пике Эль-Пеньон горы Серро-Пачон в северной части Чили. На месте строительства есть несколько камер, через которые все желающие в прямом эфире могут следить за ходом строительства.

Общая стоимость проекта приближается к миллиарду долларов, из которых около $170 млн стоит сам телескоп. Частично проект профинансировали меценаты, среди которых есть и Билл Гейтс. Однако главным инвестором является Конгресс США.

Конструкция телескопа станет уникальной среди всех «коллег». Чтобы захватить очень широкое неискаженное поле зрения, вместо двух зеркал (как в других телескопах) здесь используются три. Основное зеркало имеет диаметр 8,4 метра, второе — 3,4 метра, а третье — 5 метров. Главное зеркало выполнено в виде цельного куска и создавалось на протяжении семи лет. Путем тщательной шлифовки его поверхность получилась идеально гладкой — все для максимальной чувствительности телескопа и улавливания как можно большего количества света.

Благодаря трем зеркалам относительно компактный телескоп сможет получать изображение в очень широком поле зрения диаметром 3,5 градуса. Для сравнения, видимые с нашей планеты Солнце и Луна имеют диаметр 0,5 градуса. Поле зрения аппарата будет втрое шире, чем у существующих телескопов с самым широким обзором. Фактически «Рубин» каждые несколько ночей сможет сканировать все видимое небо в южном полушарии планеты.

За четкость картинки будет отвечать самая большая в истории цифровая камера — 3200-мегапиксельная. Она состоит из 189 светочувствительных CCD-матриц, способных работать в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах света. В сборке камера имеет размеры с автомобиль и весит почти три тонны.

Предполагается, что ежегодно телескоп будет делать около 200 тысяч фотографий, которые займут 1,28 петабайта пространства. Люди не смогут самостоятельно обработать и изучить столь огромный объем информации, поэтому при обсерватории создан вычислительный центр мощностью 250 терафлопс и с хранилищем объемом 100 петабайт.

Не только темная материя

Уникальные возможности обсерватории будут использовать не только для поиска темной материи и темной энергии. Есть и более приземленные, но тоже крайне важные задачи. Так, телескоп займется картографированием малых тел Солнечной системы, в том числе околоземных астероидов и объектов пояса Койпера.

Особое внимание уделят поиску межзвездных объектов, пролетающих через Солнечную систему. Это относительно редкие гости, которые не связаны с гравитацией Солнца и прибывают к нам из других звездных систем. Обнаружить их сложно из-за высокой скорости и небольших размеров. До сих пор удалось открыть только два таких объекта — астероид 1I/Оумуамуа и комету 2I/Borisov.

Ожидается, что «глазастый» Большой обзорный телескоп сможет ежегодно находить от 5 до 70 межзвездных объектов. Многие возлагают на них большие надежды как на потенциальные заменители ракеты для исследования глубокого космоса. Есть теории, согласно которым в будущем на таких межзвездных объектах можно было бы размещать научно-исследовательские модули. Таким образом, роль двигателя выполнял бы условный межзвездный астероид, нужно будет только доставить к нему базу.

Еще одна сфера интересов телескопа — взрывы сверхновых. «Рубин» способен легко обнаруживать такие кратковременные оптические события и быстро фиксировать их.

Астрономы сходятся в том, что новая обсерватория — объект на грани фантастики, способный совершить не один прорыв. Возможно, он подтвердит существующую теорию темной материи. Или опровергнет ее и приведет ученых к чему-то совершенно новому. В любом случае «Рубин» расширит наши представления о Вселенной до границ, о достижении которых еще недавно мы и мечтать не могли.

---

Запуск обсерватории несколько раз откладывался. Особенно сильно сроки пришлось сдвинуть из-за пандемии COVID-19. Но, кажется, на этот раз все трудности позади и телескоп вот-вот вступит в дело. Первый запуск ожидается летом 2024 года, а на полную катушку обсерватория заработает еще через год — летом 2025-го. Получить доступ к данным телескопа смогут все желающие.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by