Как выяснили учёные, работа спутников Statrlink и им подобных решений создаёт помехи для радиообсерваторий во всём мире. По данным Радиоастрономического института общества Макса Планка (MPIfR), это свидетельствует о необходимости защиты от подобных помех.

Источник изображения: Obelixlatino/pixabay.com

«Используя телескоп LOFAR нам удалось обнаружить радиоволны на частотах от 110 до 188 МГц для 47 из 68 спутников, за которыми мы наблюдали. В этот интервал входит защищённый диапазон частот в 150,05–153 МГц, выделенный под радиоастрономические наблюдения Международным телекоммуникационным союзом (ITU)», — цитирует ТАСС представителя Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON).

Ещё в феврале 2022 года Международным астрономическим союзом (МАС) был сформирован Центр по защите неба от флотилий спутников, который и выдвинул гипотезу о том, что спутники связи будут препятствовать наблюдениям как с помощью оптических телескопов, так и в радиодиапазоне. Проверка гипотезы осуществлялась с помощью сети телескопов LOFAR, разбросанных по территории Европы.

Оказалось, что большинство спутников, за которыми велись наблюдения, «видны» в нескольких областях диапазона 110–188 МГц, выделенным ITU для астрономических наблюдений. Это может заметно сказаться на качестве наблюдений, поскольку астрономам часто приходится следить за очень слабыми сигналами из космоса.

По имеющимся данным, представители SpaceX вышли на учёных и теперь они занимаются разработкой мер, благодаря которым можно будет снизить уровень радиошума от спутников, а новые экземпляры — менее заметными не только в оптическом, но и в радиодиапазоне.

Известно, что сразу после выхода первых партий на орбиту, астрономы выяснили, что спутники мешают наблюдениям даже в оптическом диапазоне, регулярно оставляя следы при съёмке. В результате в феврале прошлого года создан подведомственный МАС Центр по защите неба от флотилий спутников для координации совместной борьбы с последствиями использования подобных технологий как в видимом, так и в радиодиапазонах. Как известно, в планах SpaceX вывод на орбиту ещё десятков тысяч спутников.

Наша галактика, как и вся Вселенная, полна вещами, о которых мы пока даже не догадываемся. Эти вещи и явления вскрываются по мере совершенствования инструментов наблюдения за космосом, что наглядно показала работа нового радиотелескопа MeerKAT в ЮАР. 200-часовый цикл наблюдения обнаружил в центре нашей галактики тысячи нитеподобных структур, о которых учёные до этого даже не подозревали.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

Следует сказать, что первые нитеподобные структуры в центре Млечного Пути обнаружены более 40 лет назад. Астроном Фархад Юсеф-Заде (Farhad Yusef-Zadeh) из Северо-Западного университета в штате Иллинойс всю жизнь посвятил изучению этого явления. Первые обнаруженные нити были релятивистскими — это были разогнанные до околосветовой скорости потоки электронов. Нити длиной до 150 световых лет располагались параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости нашей галактики, за что их прозвали «струнами арфы». Предполагается, что «струны» — это выстроенные по силовым линиям магнитного поля потоки частиц, хорошо видимые в радиодиапазоне и, скорее всего, они связаны с деятельностью сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути (Стрелец А*, Sgr A*).

Новое наблюдение с помощью радиотелескопа MeerKAT открыло нечто похожее и при этом иное — тысячи коротких нитей длиной от 5 до 10 световых лет, расположенных параллельно плоскости нашей галактики и расходящиеся радиально из её центра. Учёные потратили больше года на картирование этих объектов, с указанием точных длин и углов расхождения. Предполагается, что эти нити также являются результатом деятельности чёрной дыры Стрелец А*. Точнее, некоего события, происшедшего с дырой около 6 млн лет назад. Это могло быть одновременное падение множества вещества на чёрную дыру и, как следствие, резкий рост активности в аккреционном диске с выбросом энергии.

«Было неожиданностью внезапно обнаружить новую популяцию структур, которые, кажется, указывают в направлении чёрной дыры, — сказал Юсеф-Заде. — Я был ошеломлён, когда увидел это. Нам пришлось проделать большую работу, чтобы установить, что мы не обманываем себя. И мы обнаружили, что эти нити не случайны, а, похоже, связаны с истечением нашей чёрной дыры. Изучая их, мы могли бы узнать больше о вращении чёрной дыры и ориентации аккреционного диска. Приятно, когда находишь порядок посреди хаотического поля ядра нашей галактики».

Земным астрономам не всегда предоставляется возможность удобного наблюдения за планетой Уран. Полный оборот вокруг Солнца этот газовый гигант совершает за 84 года. Для современных учёных время удобного наблюдения за северным полюсом Урана началось около десяти лет назад, чем они сразу воспользовались и нашли там типичный для атмосферных планет циклон.

Циклон над северным полюсом Урана в трёх разных диапазонах частот. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/VLA

Заглянуть под покров облаков на Уране астрономы смогли с помощью радиотелескопа VLA (Very Large Array («Очень большая антенная решётка»), состоящего из 27 антенн, расположенных в Нью-Мексико (США). Сканирование в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн (K, Ka и Q) показало наличие циклона в атмосфере над северным полюсом планеты — закрученных в спираль по ходу вращения Урана потоков чуть более тёплого и сухого воздуха.

Это стало первым наблюдением циклона над северным полюсом планеты. Ранее признаки циклона были обнаружены над её южным полюсом, когда там много лет назад пролетал зонд NASA «Вояджер-2». Но зонд не смог заглянуть под покров облаков и измерить температуру воздушных потоков, с чем успешно справился массив радиотелескопа VLA.

Данная работа стала финальным аккордом в череде изучения атмосфер планет Солнечной системы. Теперь мы точно знаем, что на всех планетах с атмосферой вне зависимости от её строения (это камень или газовый гигант), присутствуют такие атмосферные явления, как полярные циклоны. На Земле они формируются преимущественно над водой и мигрируют в процессе своего развития, тогда как над безводными мирами они рождаются над полюсами.

«Эти наблюдения говорят нам гораздо больше об истории Урана. Это гораздо более динамичный мир, чем можно было подумать, — сказал ведущий автор работы Алекс Экинс (Alex Akins) из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. — Это не просто голубой газовый шар. Здесь многое происходит "под капотом"».

Изображение Урана в натуральных цветах, сделанное зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Данные сделанных наблюдений и новые исследования Урана в ближайшие годы необходимы также с практической стороны. В начале 30-х годов NASA рассчитывает послать автоматическую межпланетную станцию для изучения спутников Урана и планеты. Для разработки наиболее развёрнутого плана экспедиции о месте разведки необходимо узнать как можно больше, чем учёные будут заниматься всё оставшееся до полёта время.

В журнале Nature впервые вышла статья, в которой учёные сообщили о создании обучаемого машинного алгоритма для обнаружения в радиоастрономических сигналах признаков разумной инопланетной деятельности. Искусственный интеллект смог проявить себя и помог найти восемь кандидатов на такие сигналы, хотя повторное наблюдение не смогло подтвердить эти находки. Но перспективы только раскрываются.

Источник изображения: Jim West/Alamy

До сравнительно недавнего времени проекты по множеству программ SETI — мероприятий по поиску внеземных цивилизаций — не могли похвастаться достаточным набором данных, чтобы их можно было бы обрабатывать с позиций машинного обучения. Сбор информации для таких операций начали в 2015 году после финансирования научной программы Breakthrough Listen миллионером Юрием Мильнером при участии Стивена Хокинга. Это стало крупнейшим в истории финансированием программы SETI, средства на которую достались астрономам Калифорнийского университета в Беркли.

Группа учёных проанализировала данные из 820 звёздных систем, за которыми наблюдал крупнейший на сегодня поворотный 100-метровый телескоп им. Роберта К. Берда в Грин-Бэнк. Наблюдения собрали миллионы сигналов, обработать вручную которые было бы невозможно. Впрочем, учёные давно используют алгоритмы для отсеивания всевозможных помех, но до появления машинного обучения многие интересные сигналы обнаружить было очень и очень сложно, если вообще возможно.

При обработке пакетов радиоданных самой сложной и рутинной работой считается отсеивание радиосигналов от земных (и околоземных, если говорить о спутниках) источников. Радиоэфир вокруг Земли настолько насыщен и разнообразен, что анализ с помощью классических алгоритмов может упустить то единственное зерно истины, ради поиска которого всё затеяно. Внести помехи может даже микроволновая печь, не говоря о сотовой связи и множестве других источников. Новый алгоритм машинного обучения должен был отсеять подобные помехи из миллионов наблюдений, и он с этим в целом справился.

После того, как ИИ скормили всю собранную информацию, алгоритм отметил, как интересные, 20 тыс. сигнатур. Учёные уже вручную перебрали отмеченные ИИ сигналы и выделили из них 8 кандидатов на «техносигнатуры» — сигналы с вероятными признаками искусственного и внеземного происхождения. К сожалению, повторные наблюдения звёздных систем, откуда были приняты эти сигналы, не дали результата — подобных сигналов больше не было.

Главным для исследователей стало подтверждение способности обучаемого алгоритма отсеивать помехи земного происхождения. Новые программы помогут собирать свежие пакеты радиосигналов, благо радиоастрономы продолжают получать всё новые и новые инструменты. В частности, готовится программа исследований по поиску внеземных искусственных сигналов на самом крупном в мире китайском радиотелескопе FAST с 500-м сплошной антенной. Те или иные алгоритмы машинного обучения будут задействованы для обработки данных с этого инструмента, и чем больше будет работ в этом направлении, тем надёжнее будет результат.

Расположенная в Индии обсерватория Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) уловила сигнал с длиной волны в диапазоне 21 см, известной также как «радиолиния нейтрального водорода», от галактики, находящейся на рекордном расстоянии от Земли — 8,8 млрд световых лет.

Источник изображений: mcgill.ca

Галактика, обозначенная как SDSSJ0826+5630, произвела этот сигнал 8,8 млрд лет назад. Он позволил оценить содержание газа в галактике и выяснить, что её масса двукратно превышает массу видимых звёзд в ней. Галактики производят электромагнитное излучение в широком диапазоне, однако сигналы радиолинии нейтрального водорода пока удавалось принимать только от близлежащих, а следовательно, более молодых источников.

Трудность приёма сигналов на этих длинах волн от более далёких галактик связана с тем, что при преодолении больших расстояний длины волн таких сигналов увеличиваются, что приводит к уменьшению энергии волны. Учёным помог феномен гравитационного линзирования, предсказанный в общей теории относительности (ОТО) более века назад.

ОТО предполагает, что обладающие массой объекты искажают пространство и время; чем больше масса, тем сильнее искривление. Искривляется и траектория движения света, проходящего мимо массивного объекта — в результате его источник может появляться на нескольких точках неба, а сила сигнала может увеличиваться.

Произведённый SDSSJ0826+5630 радиосигнал был в 30 раз усилен другой галактикой, действующей как линзирующее тело, в результате чего расположенный на Земле телескоп смог этот сигнал принять. Значит, подобные сигналы можно будет принять и от других удалённых галактик, а длинноволновые радиотелескопы помогут лучше исследовать механизмы эволюции объектов молодой Вселенной.

Результаты исследования опубликованы в мартовском выпуске британского научного журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Согласно новым исследованиям, наша галактика Млечный Путь оказалась заметно легче, чем предполагалось по оценённой ранее плотности распределения материи во Вселенной. В нашей галактике оказалось только 10 % обычного вещества, тогда как в остальной Вселенной его в среднем 16 %, а всё остальное и у нас и в остальной части пространства — это тёмная материя. В Млечном пути её оказалось на 6 % больше, что удивительно.

Радиотелескоп DSA-110. Источник изображения: Caltech

Новые данные об объёме барионной (обычной или регистрируемой) материи в Млечном Пути получены после изучения загадочных быстрых радиовсплесков (Fast Radio Bursts, FRB). Первый такой радиосигнал миллисекундной длительности и мощности в несколько дней светимости Солнца был случайно зарегистрирован в 2007 году. Природа этого явления остаётся неизвестной и для её разгадки, в частности, в США под патронатом Калтеха создаётся радиотелескоп Deep Synoptic Array (DSA-110). Радиотелескоп будет состоять из 110 разнесённых «тарелок», первые 65 из которых начали принимать данные примерно год назад.

Массив DSA-110 должен будет помочь в привязке FRB к небесным объектам — он будет максимально точно определять, откуда исходит радиосигнал, что поможет в поиске его источников. За 2022 год обсерватория засекла 30 событий FRB, что больше, чем за все годы с момента регистрации первого события 15 лет назад. Кроме главной цели обсерватории — привязки FRB к объектам на небе — анализ принятого радиосигнала позволяет получить и другие данные. Например, узнать о распределении материи на пути следования радиоимпульса от неизвестного источника к Земле.

В зависимости от того, какие частоты в принятом радиосигнале отсутствуют (поглощены на пути следования сигнала), мы можем точно рассчитать, какой и сколько материи было на пути радиоимпульса. Это ведёт к количественной оценке вещества в нашей галактике. Млечный Путь оказался более прозрачным, чем остальная Вселенная: в нём меньше 10 % барионного вещества и более 90 % тёмной материи.

Астрономы считают, что этого можно было ожидать. Существующие модели эволюции галактик допускают сценарии, когда материя на определенных этапах изгоняется из гало галактик, а на других — втягивается обратно. Впрочем, наблюдения продолжатся и обещают принести много нового в понимание процессов во Вселенной. Статья о работе доступна на сайте arXiv.org по ссылке.

Сравнительно недалеко от нас, на расстоянии всего 500 млн световых лет, замечено образование пары из сверхмассивных чёрных дыр. Поразительно, но эта пара возникла не из двойной звёздной системы. Каждый из этих объектов пришёл на встречу издалека вместе со своей собственной галактикой, и теперь они на пару «закусывают» окружающими их звёздами и веществом своих галактик пока не сольются в одну ещё более массивную чёрную дыру.

Тесная пара чёрных дыр в представлении художника. Источник изображения: scitechdaily.com

Открытие сделано благодаря наблюдению за объектом UGC4211 в созвездии Рака. Это кандидат на роль сливающихся галактик на поздних стадиях процесса. Примерно на такой стадии и в такой последовательности через 4,5 млрд лет будет проходить слияние нашей галактики Млечный Путь с галактикой Андромеда, с которой мы уже фактически пришли в соприкосновение.

Астрономы уже давно наблюдают за UGC4211 во всём доступном диапазоне электромагнитного излучения от гамма до оптического, а новые наблюдения с помощью радиотелескопа ALMA (Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива) добавили ряд ключевых и неизвестных до этого деталей. Главным из наблюдений стало то, что в самой горячей области в месте слияния галактик учёные обнаружили не одну, а две соседствующие сверхмассивные чёрные дыры.

Тесная пара чёрных дыр по данным наблюдений. Источник изображения: M.J. Koss

Согласно сделанным выводам, до встречи каждая из двух обнаруженных чёрных дыр располагалась в центре своей галактики. После слияния галактик чёрные дыры рекордно сблизились до расстояния всего в 750 световых лет и продолжают расти на поглощении окружающего вещества. Происходящие процессы с большой вероятностью приведут в будущем к слиянию этих сверхмассивных чёрных дыр.

Тем самым у нас появляется возможность регистрировать гравитационные волны от нового механизма слияния таких объектов, тогда как раньше мы искали гравитационные волны от слияния чёрных дыр в двойных звёздных системах. Это тем более важно, что слияние галактик чаще происходило в ранней Вселенной, о которой мы знаем очень и очень мало. Сделанное у нас под боком открытие позволяет надеяться, что во времена рассвета Вселенной возникло множество пар чёрных дыр от слияния галактик, а детектирование гравитационных волн от слияния таких пар станет массовым явлением, которое прольёт свет на эволюцию галактик, чёрных дыр и самой Вселенной.

Используя данные с индийского радиотелескопа SARAS3, команда исследователей под руководством учёных Кембриджского университета смогла приоткрыть завесу тайны над событиями самой ранней Вселенной — произошедшими всего через 200 млн лет после Большого взрыва. У нас пока нет возможности увидеть самые первые звёзды и галактики, но полученная информация дала намёк на их ключевые свойства.

Источник изображения: University of Cambridge

В данных SARAS3 учёные искали информацию о распространении нейтрального водорода в ранней Вселенной. Информацию об облаках водорода и их движении радиоастрономы получают на основе обнаружения так называемой 21-см линии в радиосигнале или радиолинии нейтрального водорода.

Анализ данных строился на том, что плотное облако нейтрального водорода, которое как туман поглощает свет от первых звёзд во Вселенной, может стать источником вторичного излучения, а по этим данным можно будет восстановить физические параметры как звёзд на раннем этапе развития Вселенной, так и галактик, скрытых от нас этим «туманом».

Как оказалось, учёных ждал сюрприз — 21-см линии с амплитудой требуемой интенсивности в данных не нашлось. Но в этой неудаче скрывалось открытие. Отсутствие сигнала позволило ввести ограничения на массу и энергию первых звёзд и, соответственно, первых галактик. Тем самым модель эволюции звёзд вскоре после Большого взрыва получила важные уточнения. Теперь астрофизики будут лучше представлять, насколько массивными и энергичными могут быть звёзды и галактики первого поколения и, как надеются исследователи, уточнённые данные помогут увидеть их «отражение» в облаке нейтрального водорода на заре Вселенной.

По-настоящему зафиксировать такие объекты учёные надеются к концу текущего десятилетия, когда в строй войдут радиотелескопы нового поколения, в частности, когда будет запущена площадка Square Kilometre Array (SKA) в Австралии. Но и современные инструменты могут удивить. «Джеймс Уэбб», например, увидел кандидата в самые древние галактики возрастом 286 млн лет после Большого взрыва.

Вчера мимо Земли на расстоянии двух орбит Луны пролетел астероид диаметром около 150 м. Объект не представлял для нас угрозы, но учёные решили воспользоваться шансом и заглянуть в его недра. О результатах эксперимента пока не сообщается, но в случае успеха опыт будет повторён в отношении более опасного астероида Апофис, который пролетит мимо Земли в 2029 году на удалении всего 32 тыс. км.

Комплекс HAARP. Источник изображения: HAARP

Для обнаружения астероидов используются более короткие радиоволны, которые дают представление о размерах объекта и позволяют вычислить его скорость и траекторию. Но для отражения угрозы желательно знать состав астероида. Эксперимент с зондом-камикадзе DART NASA показал, что удар по астероиду может удивить, если это космическое тело не монолитная скала, а скреплённая гравитацией груда камней, как оказалось на практике. Заглянуть внутрь астероида можно попытаться с помощью более длинных радиоволн, которые могут проникнуть на глубину и отразиться от его недр.

Вчерашний эксперимент поставлен на базе комплекса HAARP на Аляске (High Frequency Active Auroral Research Program). Антенна HAARP в момент максимального сближения астероида 2010 XC15 с Землёй облучила его радиосигналом частотой 9,6 МГц с двухсекундными интервалами. Отражённый сигнал принимался длинноволновыми антенными решётками Университета Нью-Мексико и радиообсерватории Оуэнс-Вэлли.

Через какое-то время после обработки данных мы сможем узнать о результате. В любом случае учёные смогут лучше подготовиться к встрече с Апофисом 13 апреля 2029 года. Ранее считалось, что этот астероид размерами до 340 м рискует столкнуться с Землёй в 2068 году, но уточнение его траектории позволило удалить этот объект из каталога опасных для Земли как минимум на 100 лет. Но узнать, как он устроен внутри — это ценно само по себе.

После тридцати лет разработок в Австралии началось строительство крупнейшей в мире обсерватории — радиотелескопа Square Kilometre Array (SKA), который будет использовать для наблюдения за космосом более 100 тыс. антенн. Ожидается, что он поможет учёным выяснить, как и когда сформировались первые звёзды и галактики, а также — поможет изучить тёмную энергию, причины расширения Вселенной и открыть другие тайны космоса. И потенциально будет способствовать поискам инопланетной жизни.

SKA-Low в представлении художника. Источник изображения: Министерство промышленности, науки и ресурсов Австралии

Изначально SKA будет использовать два массива — один из них, SKA-Low из 131 072 антенн, будет расположен в Западной Австралии. Массив будет чувствителен к низкочастотным радиосигналам (50 – 350 МГц), он будет в 8 раз чувствительнее сопоставимых современных радиотелескопов и в 135 быстрее них будет заниматься картографией звёздного неба. Антенны SKA-Low будут собраны в 512 групп, по 256 антенн на каждую. От центрального компактного ядра размером 1 км в поперечнике дальнейшие станции будут расположены по трем спиральным рукавам, расходящимся от центра по огромной площади — максимальное расстояние между двумя самыми дальними станциями составит 65 км. Площадь системы составил 400 тыс. м².

Источник изображения: skao.int

Второй массив из 197 обычных «тарелок» — SKA-Mid, будет построен в Южной Африке. Существующий радиотелескоп MeerKAT станет частью массива SKA-Mid, к его тарелкам диаметром 13,5 м присоединятся более крупные тарелки SKA диаметром 15 м, объединенные в одну систему. Они смогут принимать сигналы с частотой от 350 МГц до 15,4 ГГц, а в перспективе и до 24 ГГц. Из центрального ядра диаметром около 1 км антенны будут располагаться в виде трех спиральных рукавов, покрывающих огромное расстояние — две самые дальние антенны в SKA-Mid будут удалены друг от друга на 150 км.

SKA-Mid. Источник изображения: skao.int

По словам директора объекта SKA-Low доктора Сары Пирс (Sarah Pearce), обсерватория определит следующие 50 лет земной радиоастрономии, отслеживая рождение и смерть галактик, обеспечивая учёным поиск новых типов гравитационных волн и расширяя границы известной человечеству Вселенной. По данным Пирс, SKA будет достаточно чувствителен для того, чтобы распознать гипотетический радар обычного аэропорта на планете, вращающейся вокруг звезды в десятках световых лет от Земли, поэтому он, возможно, поможет ответить на один из наиболее важных вопросов — одиноко ли человечество во Вселенной?

По мнению многих учёных, SKA способен «поменять правила игры» в астрономии и его появление станет важной вехой в исследованиях. По имеющимся данным, над разработкой десятилетиями трудились более 1000 человек. Как сообщают исследователи, благодаря высокой чувствительности радиотелескоп позволит «всмотреться» в глубокую древность и изучать события, буквально времён начала нашей Вселенной, когда формировались её первые звёзды, излучение от которых уже дошло до Земли.

Источник изображения: Министерство промышленности, науки и ресурсов Австралии

Как сообщила Прайс, вновь говоря о разрешающей способности телескопа, он способен «распознать мобильный телефон в кармане астронавта на Марсе, находящегося в 225 млн километрах». Более того, если у ближайших звёзд есть технологически развитые цивилизации близкого к нам уровня, SKA поможет распознать «утечки» радиоизлучения от их радио- и телекоммуникационных сетей. Это первый телескоп, достаточно чувствительный для этого — он будет объединять данные, собираемые на разных континентах.

Телескоп призван выполнить массу задач, и как было в с случае с «Хабблом», позволит делать открытия, недоступные современной науке в принципе.

В Австралии SKA Organisation сотрудничает с Государственным объединением научных и прикладных исследований (CSIRO) для строительства и управления телескопами.