В КНР окончательно введён в эксплуатацию самый большой и чувствительный в мире одиночный радиотелескоп. Он обещает раскрыть многие тайны Вселенной.
Рождение исполина
Речь идёт об инструменте FAST. Это аббревиатура от словосочетания Five hundred meter Aperture Spherical Telescope, то есть "Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой". Это огромная "тарелка" диаметром 500 метров, расположенная в естественной карстовой впадине.
По площади FAST держит мировой рекорд, обгоняя такие масштабные инструменты, как американский Arecibo (диаметр 300 метров) и российский БСА (размеры 200 × 400 метров). А поскольку чувствительность радиотелескопа прямо пропорциональна его площади, то FAST оказался ещё и самым чувствительным в мире. Другими словами, он способен обнаруживать предельно тусклые объекты.
При этом FAST принимает излучение в огромном диапазоне длин волн: от 10 сантиметров до 4,3 метра. Тем самым он перекрывает значительную часть диапазона радиоволн, пропускаемых земной атмосферой: от долей миллиметра до первых десятков метров.
Зеркало телескопа состоит из 4500 отдельных ячеек. Такая структура позволяет тонко регулировать его форму, компенсируя различные деформации.
Строительство объекта началось в 2011 году. С 2016 года проводились тестовые наблюдения. И вот несколько дней назад телескоп был окончательно сдан в эксплуатацию. Как сообщает агентство "Синьхуа", все технические показатели телескопа достигли запланированного уровня или превысили его.
Согласно материалу издания Universe Today, в 2020–2024 годах FAST проведёт обзор всего доступного ему участка неба. В его поле зрения попадут многочисленные квазары, радиогалактики, нейтронные звёзды, космические мазеры и так далее.
При этом на обзор будет тратится половина наблюдательного времени телескопа, а другая половина будет выделена под иные задачи. Расскажем о них подробнее.
Карты материи во Вселенной
Почти 80% атомных ядер во Вселенной приходится на межгалактический газ, ещё 10% – на межзвёздный. То есть задача составить карту распределения атомов по Вселенной в основном сводится к картированию межгалактического газа. Последний на 75% состоит водорода и на 23% – из хорошо перемешанного с ним гелия.
К счастью для астрономов, атомы водорода излучают радиоволны длиной 21 сантиметр. Поэтому экстремальная чувствительность позволит FAST построить крупномасштабные карты распределения вещества в значительной части наблюдаемого космоса.
Подобная информация позволит проверить модели расширения Вселенной и теории гравитации, уточнить представления о тёмной энергии, а возможно, даже найти дополнительные измерения.
Более подробные карты FAST построит для Местной группы галактик. Помимо прочего, это позволит проверить наши представления о природе тёмной материи.
Поясним. Считается, что именно тёмная материя под действием собственной гравитации собралась в зародыши современных галактик. Её притяжение накапливало вокруг этих сгустков газ, из которого впоследствии образовались звёзды.
Здесь и кроется проблема. Согласно модели холодной тёмной материи (наиболее популярной среди специалистов), в Местной группе должно было образоваться несколько тысяч галактик. Наблюдается же лишь около двадцати. Где же остальные?
Есть гипотеза, что всё остальное – это тёмные галактики. Так называются гипотетические галактики, в которых звёзды вообще не образуются из-за слишком низкой плотности вещества. Такие системы состоят только из тёмной материи и притянутого её гравитацией газа, в основном водорода.
Пока тёмные галактики – только плод теоретических построений. Найдено лишь несколько систем, экстремально бедных звёздами. Однако чувствительности FAST должно хватить, чтобы обнаружить в Местной группе легионы этих галактик-призраков. Всего нескольких минут накопления сигнала будет достаточно, чтобы найти облако атомарного водорода массой в десять тысяч солнц.
Если же наблюдения покажут, что в Местной группе нет тёмных галактик в нужном количестве, учёным придётся пересмотреть свои представления о природе тёмной материи.
Космические маяки
Ожидается, что FAST поможет открыть множество радиопульсаров. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о них. Напомним, что это нейтронные звёзды, излучающие радиоволны узким лучом.
По теоретическим оценкам, в Галактике порядка миллиарда нейтронных звёзд, в том числе до 200 тысяч действующих пульсаров. В то же время наблюдателям пока известно лишь около трёх тысяч этих удивительных объектов.
Даже в режиме тестовых наблюдений, в котором FAST находился с 2016 года, он помог открыть 102 новых пульсара. Это больше, чем обнаружили за тот же период все исследовательские группы из Европы и США на всех инструментах.
Как полагают эксперты, года работы в полноценном режиме новому телескопу хватит, чтобы открыть около тысячи новых нейтронных звёзд.
Лазеры и молекулы
Ещё один интригующий класс объектов наблюдения – космические мазеры, то есть природные радиолазеры. Механизм работы мазеров в Млечном Пути более или менее понятен специалистам, хотя и здесь нужно прояснить много деталей. А вот чрезвычайно мощные мегамазеры, вспыхивающие в ядрах других галактик, – практически Terra Incognita. Хотя эти объекты известны уже около 40 лет, астрономы до сих пор не знают, какие процессы приводят их в действие.
Учёные надеются, что FAST поможет пролить свет и на эту загадку. В частности, он имеет шанс стать первым телескопом, обнаружившим мегамазер на основе метанола (пока эта молекула проявляла себя только в более скромных мазерах).
Кстати, о молекулах. В диапазон телескопа попадают спектральные линии 14 молекул. В частности, огромная чувствительность инструмента позволит искать в Галактике сложную органику. Подобные наблюдения должны дать бесценную информацию об экзотической химии межзвёздной среды. Именно в ней, возможно, скрывается ключ к происхождению жизни .
Вместе со всем Востоком
Наконец, FAST может стать основой масштабной сети радиотелескопов, работающей как единый инструмент (радиоинтерферометр). Подобные системы обеспечивают огромную разрешающую способность (способность различать мелкие детали). Например, именно такая сеть позволила в 2019 году получить долгожданное изображение чёрной дыры.
Обычно в подобной схеме выделяется крупный основной телескоп, а остальные работают как вспомогательные элементы. При этом все инструменты должны находиться, попросту говоря, с одной стороны земного шара.
В случае "портретирования" чёрной дыры первую скрипку играл инструмент ALMA, расположенный в Чили. Поэтому в сеть могли быть включены только телескопы Западного полушария.
FAST может стать центром интерферометра, который объединит китайские, индийские, японские и российские радиотелескопы. К нему могут подключиться и инструменты Восточной Европы. Новая масштабная интерферометрическая система также может подарить человечеству многочисленные удивительнейшие открытия.
