Телескоп размером с Землю, или Как заглянуть в черные дыры
Как создаются телескопы размером с нашу планету и даже больше? Можно ли с Земли разглядеть спичечный коробок на Луне? И что гигантские инструменты недавно рассказали нам о черных дырах? Naked Science рассказывает об одной из самых впечатляющих технологий для исследования Вселенной.
Недавно научный мир облетела новость: ученые в небывалых подробностях изучили блазар OJ 287. Блазар — это разновидность ядра галактики, в котором хозяйничает сверхмассивная черная дыра.
«В небывалых подробностях» — это перевод с сухого языка цифр фразы «с разрешением в 12 угловых микросекунд». Оно позволило «Радиоастрону» различить детали размером в доли светового года в блазаре, удаленном на миллиарды (!) световых лет. Благодаря уникальной зоркости инструмента астрономы проверили гипотезу, что в центре OJ 287 скрывается не одна, а целых две сверхмассивные черные дыры. Исследователи заключили, что эта модель хорошо согласуется с наблюдениями. Об этой новости Naked Science уже рассказывал, а сейчас мы поговорим о том, как достигается такое невероятное разрешение.
Что такое 12 угловых микросекунд? Оптический телескоп, имеющий такое разрешение, мог бы с Земли различить на Луне спичечный коробок, а не то что отпечаток ботинка астронавта. Жаль, что таких оптических телескопов не существует.
Зато существуют такие радиотелескопы. Правда, они изучают не следы астронавтов на Луне, а черные дыры, далекие галактики и природные космические лазеры (точнее, мазеры). Но это, согласитесь, не менее интересно.
Строго говоря, такой радиотелескоп был ровно один: российский «Радиоастрон». Его главной частью был космический аппарат «Спектр-Р». Запущенный в космос в 2011 году, он прекратил функционировать в 2019 году, проработав намного дольше положенного срока. За это время «Радиоастрон» пронаблюдал около 250 космических объектов и накопил четыре петабайта данных. Их обрабатывают и интерпретируют до сих пор. Вот и недавняя новость — тоже заслуга «Радиоастрона».
Но сам принцип, благодаря которому работал этот инструмент, очень давно используется для исследования Вселенной и регулярно приносит новые открытия. Например, именно так в 2019 году было получено нашумевшее первое изображение черной дыры (точнее, ее «тени»).
Системы, приносящие столь удивительные результаты, называются интерферометрами. Разберемся, как они работают и почему их часто называют телескопами размером с планету.
Разрешение на любопытство
Посмотрите в ночное небо. Насколько тусклые звезды вы можете заметить? Теперь переведите взгляд на Луну. Насколько тонкие детали вы различаете? Вот вы и познакомились с двумя главными характеристиками астрономического инструмента: чувствительностью и разрешением. Первая — про способность выделять из фона слабые объекты. Вторая — про возможность разглядеть мелкие подробности объектов ярких. Понятно, что астрономов интересует «и то, и другое и можно без хлеба», но в этой статье мы поговорим о разрешении.
Как оно измеряется? Когда мы смотрим на далекий предмет, наш глаз оказывается в вершине треугольника, основание которого — этот самый предмет. Это проиллюстрировано ниже (масштаб цинично искажен).
Понятно, что чем меньше объект и чем дальше от нас он находится, тем меньше угол δ, под которым мы его видим. Разрешение, или