Небесный патруль: как новый телескоп совершил 800 000 открытий за ночь

В ночь на 24 февраля телескоп обсерватории имени Веры Рубин впервые встал на дежурство, разослав ученым беспрецедентное число — около 800 000 — сообщений о происходящих в космосе событиях. Самая большая в мире цифровая камера, огромное поле зрения и система быстрого реагирования обещают множество открытий, включая космические взрывы, перепись угрожающих Земле астероидов, новые главы истории нашей галактики и, возможно, разгадку тайны темной материи.

Дежурство по небу

Древние мудрецы считали небеса вечными и неизменными, противопоставляя их суетной земной жизни. Сейчас мы знаем, что космос полон драматических событий. Взрываются сверхновые, сталкиваются обычные и нейтронные звезды, вспыхивают ядра галактик — этот список можно продолжать долго. Кроме того, в поле зрения телескопов появляются неизвестные астероиды и кометы, включая редких гостей, пришедших в Солнечную систему из межзвездных пространств.

Все эти события астрономы называют переходными явлениями, или транзиентами. С Земли они выглядят очень похоже: на снимке неба появляется светящаяся точка, которой на предыдущем снимке не было — или была, но не такая яркая. Иногда установить природу вспышки довольно просто, а иногда очень сложно. Но сначала транзиент нужно обнаружить и изучить.

Главная трудность в том, что неизвестно, когда и в какой точке неба его ждать. Время больших телескопов слишком ценно, чтобы тратить его на ожидание, а поле зрения у них, как правило, очень узкое. 

Отчасти проблему решают сети небольших патрульных телескопов. Автоматика обнаруживает вспышку и наводит на нее инструмент. Благодаря автоматизации даже телескоп диаметром менее метра открывает почти сотню сверхновых в год. Это гораздо больше, чем несколько десятилетий назад фиксировали все обсерватории мира. Правда, обнаружить еще не значит изучить: небольшому инструменту трудно собрать много информации о вспышке. Поэтому система посылает в информационную сеть сообщение, что в данном участке неба обнаружено нечто интересное. Получив такое оповещение, астрономы могут навести в нужную точку крупные телескопы.

Однако ученых не слишком удовлетворяют действующие системы. Во-первых, небольшой инструмент может обнаружить только сравнительно яркие — то есть мощные или близкие — вспышки. Далекие и слабые, которых гораздо больше, останутся ему недоступны. Во-вторых, делегирование наблюдений другой обсерватории означает потерю времени. Это не очень страшно, ведь, скажем, типичная вспышка сверхновой продолжается несколько недель. Однако именно из-за задержек у астрономов очень мало информации о том, как начинаются подобные катаклизмы, зато много — о том, как они развиваются и заканчиваются.

Флагман новой эпохи

Телескоп обсерватории имени Веры Рубин, принадлежащей США и расположенной в Чили — инструмент невиданного прежде класса. Обычно телескопы имеют либо широкое поле зрения, либо высокую чувствительность, то есть способность различать тусклые объекты. Новый инструмент сочетает то и другое. Его поле зрения составляет 9,6 квадратных градуса, что почти в 50 раз больше полной Луны. Сканируя новый участок неба каждые 40 с, он всего за три ночи будет обходить все южное небо. При этом главное зеркало диаметром 8,4 м ставит его в один ряд с самыми чувствительными инструментами. Цифровая камера имеет 3,2 млрд пикселей, и это мировой рекорд. Телескоп способен различить объекты от 25-й до 28-й звездной величины. Для сравнения: человек видит невооруженным глазом звезды до 6-й величины. Инструмент настолько чувствителен, что мог бы обнаружить пламя свечи с расстояния в тысячу километров, и фиксирует столь мелкие детали, что на его снимках можно было бы различить мяч для гольфа с дистанции 25 км.

В ночь на 24 февраля обсерватория впервые включилась в патрульные наблюдения. Компьютеры сравнивали изображения с эталонными и обнаруживали любые изменения. Система автоматически определяла, что видит телескоп. Изощренные алгоритмы отсеивали тривиальные события, такие как пролет спутников или движение известных астероидов. Только за одну ночь астрономы отправили в астрономическую сеть около 800 000 оповещений. В их числе сообщения о сверхновых, переменных звездах, вспышках в галактических ядрах, скрывающих сверхмассивные черные дыры, и открытиях новых астероидов. Время от получения снимка до отправки сообщения составляло всего две минуты, после чего любая обсерватория в мире могла навести свои телескопы на обнаруженный объект. Это не предел: планируется довести число сообщений до семи миллионов за ночь, что более чем в сто раз перекроет рекорды других обсерваторий.

Мировая астрономия не захлебнется в этом потоке, поскольку все сообщения имеют стандартный машиночитаемый формат. Сообщения принимают и классифицируют компьютеры, люди только задают приоритеты.

Водопад открытий

В этом году обсерватория имени Веры Рубин начнет еженощный десятилетний обзор неба. В объектив телескопа попадут около 20 млрд галактик, 17 млрд звезд нашей галактики и как минимум 6 млн объектов Солнечной системы, прежде всего астероидов и комет. Уже за первый год обзора инструмент сфотографирует больше объектов, чем все остальные оптические телескопы вместе взятые за всю историю астрономии. Каких же результатов ожидают специалисты от столь масштабного проекта?

Разумеется, обсерватория будет фиксировать сверхновые всех типов и другие космические взрывы, число которых пока трудно прогнозировать. Это позволит исследователям гораздо лучше понять, как живут и умирают звезды. Возможно, ученым повезет обнаружить и катаклизмы неизвестной природы. 

Много дел у телескопа и в Солнечной системе. Сейчас ученым известно около миллиона астероидов и комет. Обзор должен увеличить это число многократно, а может быть, и в десятки раз. Результатом должна стать самая детальная карта в истории карта Солнечной системы, включающая окрестности Земли, пояс астероидов между Марсом и Юпитером и малоизученные окраины за орбитой Нептуна. В том числе планируется переписать от 60% до 90% околоземных астероидов размеров от 140 м до 1 км (по текущим оценкам, известно около 30% таких астероидов). Подобные тела при падении на Землю могут привести к масштабным жертвам и разрушениям, хотя и не грозят глобальным катаклизмом.

Обзор впишет новые главы и в историю Галактики. Десятилетние наблюдения, каждые три ночи возвращающиеся к одному и тому же участку неба, выявят небольшие смещения звезд за несколько лет. Этого достаточно, чтобы открыть новые звездные потоки. Эти потоки — остатки небольших галактик, когда-то разорванных гравитацией Млечного Пути. Сейчас ученым известно 23 потока, но их должно быть гораздо больше.

Хотя главная цель обзора — поиск всевозможных транзиентов, огромное поле зрения и высокая чувствительность телескопа позволит решить и другие задачи. Каждый участок южного неба будет снят более 1200 раз, что позволит составить превосходную карту распределения галактик по небесной сфере. В том числе инструмент должен зафиксировать маленькие и тусклые галактики, никогда прежде не попадавшие на крупномасштабные карты. Число и расположение этих «звездных островов» позволит проверить модели образования галактик. Поскольку в нем активно участвовала темная материя, эта информация прольет новый свет на свойства этой загадочной субстанциии, возможно, позволит установить ее природу.

Можно еще долго перечислять результаты, которых астрономы ожидают от телескопа, собирающего 10 ТБ изображений за ночь. Несомненно одно: такой громадный поток информации означает новую эпоху в астрономии.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора