Как астрономы-любители обнаружили центр Галактики с помощью труб и палок
Долгое время центр Млечного Пути был надёжно скрыт от глаз наблюдателей плотными облаками пыли и газа. Всё изменилось в 1930-х годах. Радиоастрономия позволила пробить эту завесу и заглянуть в сердце Галактики. Самое удивительное, что сделано это открытие было не в обсерватории, а на картофельном поле. Рассказываем, как любители заложили основу нового раздела астрономии и почему учёные долгое время не признавали их достижений.
Карл Янский и «Карусель»
В конце 1920-х годов компания Bell Labs столкнулась с проблемой: новой трансатлантической радиотелефонной связи мешали постоянные шумы. Искать их источник поручили молодому физику Карлу Янскому. В 1928 году в штате Нью-Джерси Янский построил странное сооружение, которое официально называлось «антенной Брюса», но в историю вошло как «Карусель Янского».
Это была конструкция из латунных труб и дерева длиной 30 метров и высотой 6 метров. Чтобы вращать эту махину и определять, откуда приходит сигнал, Янский использовал четыре колеса от списанного автомобиля Ford Model T. Вся установка стоила меньше 1000 долларов, но именно она открыла новую эру в астрономии. Янский слушал эфир два года и разделил помехи на три типа:
- Треск от близких гроз.
- Шум от далёких гроз, отражённый ионосферой.
- Непонятное постоянное шипение.
Карусель Янского — первый в мире радиотелескоп
Поначалу физик думал, что «шипит» Солнце. Но, сверяя графики, он заметил странность: пик шума наступал каждый день на 4 минуты раньше. Это соответствует разнице, которая отличает солнечные сутки от звёздных, — времени полного оборота Земли относительно звёзд.
Из этого физик сделал вывод: сигнал идет не от Солнца, а из глубокого космоса. Сверившись с картами, Янский понял, что его источник находится в созвездии Стрельца — там, где расположено ядро Галактики Млечный Путь.
Один в поле воин: телескоп на даче
Казалось бы, мир должен был ахнуть. Газета New York Times даже выпустила передовицу об открытии, но профессиональные астрономы его проигнорировали. В Великую депрессию у научных организаций не было денег на эксперименты, а радиоволны считались уделом инженеров, а не «настоящих» учёных.
Целое десятилетие радиоастрономию двигал вперёд один человек — любитель Гроут Ребер из Иллинойса. Прочитав статьи Янского, он понял: чтобы видеть чётче, нужна не антенна-палка, а тарелка, собирающая сигнал в пучок.
Телескоп Гроута Ребера
В 1937 году Ребер на собственном заднем дворе построил первый в мире параболический радиотелескоп. Зеркало диаметром 9,6 метра он собрал из 45 листов оцинкованного железа на деревянном каркасе. Ребер в одиночку составил первую радиокарту неба. Его данные перевернули представления о физике космоса:
- Самый мощный сигнал действительно шёл из созвездия Стрельца.
- Чем длиннее была волна, тем ярче светился центр Галактики.
Это противоречило теории теплового излучения звёзд. Ребер доказал, что радиоволны имеют «нетермическую» природу: их испускают электроны, разгоняющиеся в магнитных полях до огромных скоростей.
Знакомство со Стрельцом А*
После войны за дело взялись профессионалы. Технологии, которые использовались при создании радаров, позволили создать чувствительные приёмники, и к 1950-м годам астрономы поняли: центр Галактики — это сложный и шумный «мегаполис», который назвали Стрелец А (Sgr A).
Но чтобы разглядеть детали на расстоянии 26 000 световых лет, одной тарелки было мало. Учёные объединили несколько антенн в систему, которая получила название интерферометр. В результате получился гигантский виртуальный телескоп. В феврале 1974 года Брюс Балик и Роберт Браун направили такой инструмент в сердце Млечного Пути.
Они увидели нечто невероятно компактное и мощное. Объект был настолько уникальным, что в 1982 году Роберт Браун предложил добавить к названию звёздочку — Sgr A*. В квантовой физике так обозначают атомы в возбуждённом состоянии, и это имя идеально подошло загадочному источнику.
Звёздная чечётка вокруг пустоты
Астрономы нашли «сердце», но не знали, из чего оно состоит. Одни считали, что это скопление мертвых звёзд, другие подозревали чёрную дыру. Точку в споре поставили две группы учёных под руководством Райнхарда Генцеля и Андреа Гез. С 1990-х годов они следили за движением отдельных звёзд в самом центре Галактики, используя телескопы с лазерной коррекцией атмосферных искажений.
Главной героиней стала звезда S2. Она носится вокруг центра с безумной скоростью — до 7650 км/с, что составляет почти 3% скорости света! Она делает полный оборот всего за 16 лет. Законы физики неумолимы: чтобы заставить звезду так вращаться, в центре должна быть колоссальная масса. Расчёты показали, что в объёме размером с Солнечную систему упаковано 4 миллиона масс Солнца. Единственный объект во Вселенной с такой плотностью — сверхмассивная чёрная дыра. За это открытие Генцель и Гез получили Нобелевскую премию.
Фотография тени
Финальным аккордом стало изображение, которое астрономам удалось получить 12 мая 2022 года. Чтобы сфотографировать тень чёрной дыры галактики M87, учёные объединили 8 обсерваторий по всей планете в Телескоп горизонта событий (EHT). Это дало разрешение, достаточное, чтобы разглядеть яблоко на Луне с Земли. На снимке удалось увидеть яркое кольцо — это раскалённый газ, свет которого изогнут гравитацией дыры. Тёмный провал в центре этого кольца — та самая «тень» — область, откуда не может вырваться даже свет.
Фото тени сверхмассивной чёрной дыры в центре Галактики M87
Что дальше?
Меньше чем за 100 лет наука прошла путь от деревянной вертушки на колесах «Форда» до глобального телескопа размером с Землю. Радиоастрономия доказала, что чёрные дыры — это не математический курьез, а реальность, управляющая эволюцией галактик.
Теперь, когда учёным известно, где искать и куда смотреть, они планируют изучить магнитные поля у горизонта событий и понять, как сверхмассивные чёрные дыры выбрасывают в космос струи энергии. История радиоастрономии только начинается.