Камеры Тони Тайсона раскрыли тёмное содержимое Вселенной. Теперь, с камерой обсерватории Рубин с разрешением 3,2 миллиарда пикселей, он готов изучать тёмную материю и тёмную энергию с беспрецедентной детализацией.
23 июня 2025 года Тони Тайсон принял участие в презентации в Вашингтоне, округ Колумбия, чтобы представить изображение, создание которого заняло почти 30 лет: 10 миллионов галактик, парящих на чернильно-чёрном фоне. Чтобы рассмотреть каждую галактику в деталях, пришлось бы растянуть изображение на 400 телевизоров. Это первый портрет космоса из обсерватории Веры К. Рубин (1), нового астрономического комплекса, построенного Соединёнными Штатами на горе в Чили. И он охватывает всего 0,05% галактик, которые гигантская камера обсерватории запечатлеет в течение следующего десятилетия.
Эта камера открывает новую эру невероятно ярких фотографий в астрономии; это также главное творение Тайсона.
Тайсон, космолог из Калифорнийского университета в Дэвисе и главный научный сотрудник обсерватории Рубин, работал в Bell Labs в 1970-х годах, когда столкнулся с новым чипом для получения изображений. Он назывался прибором с зарядовой связью (CCD). И тогда Тайсон понял, что он может произвести революцию в изучении Вселенной. Преобразуя входящий свет в электрические сигналы, CCD-датчики прекрасно подходят для обнаружения слабых, далёких объектов в космосе. Тайсон использовал эту технологию для создания первой высокоточной карты тёмной материи — загадочной тяжёлой субстанции, которая связывает галактики, словно невидимый клей.
Затем, в 1990-х годах, другие астрономы использовали одну из CCD-камер Тайсона для изучения расширения Вселенной и обнаружили то, что тогда казалось ошибкой: расширение набирало обороты. Это необычное ускорение выявило наличие тёмной энергии.
Сегодня тёмная материя и тёмная энергия, составляющие вместе 95% содержимого Вселенной, остаются полнейшей загадкой. Ещё в 1990-х годах Тайсон понимал, что для изучения этих тёмных сущностей потребуется более мощная камера, поэтому он основал проект, который впоследствии стал Обсерваторией Рубин. Сейчас, в 85 лет, он наконец представляет миру своё детище.
Камера Legacy Survey of Space and Time (LSST) обсерватории Рубин состоит из 189 CCD-матриц общим разрешением 3,2 миллиарда пикселей. Это крупнейшая цифровая камера из когда-либо созданных. В течение следующих 10 лет она будет многократно фотографировать около 20 миллиардов галактик. Среди прочего, фотоальбом будет рассказывать запутанную историю того, как тёмная материя и тёмная энергия совместно формировали структуру нашей Вселенной.
Журнал Quanta Magazine побеседовал с Тайсоном как до публикации изображения, так и в день его публикации. Наш разговор о тёмной материи, тёмной энергии и многолетнем развитии обсерватории Рубин был отредактирован и сжат для ясности.
Quanta Magazine: Можете ли вы рассказать мне, как вы создали карту тёмной материи?
Тони Тайсон: Меня всегда, даже в детстве, интересовало измерение практически необнаружимых объектов — очень-очень слабых сигналов, сначала в радиодиапазоне, а затем в оптическом диапазоне. Bell Labs предоставили мне полную свободу действий в разработке новых систем, которые могли бы обнаруживать эти чрезвычайно слабые сигналы. Однажды Джордж Смит, один из изобретателей прибора с зарядовой связью, зашёл ко мне в кабинет и сказал: «Знаешь, учитывая твой интерес к астрономии, тебя это может заинтересовать». Это была вот такая маленькая штуковина длиной пару миллиметров, известная сегодня как CCD.
В то время меня очень интересовало, как выглядят галактики, словно их переместила вся эта невидимая тёмная материя между нами. Свет галактик искажается гравитацией тёмной материи, поэтому изображение галактики вытягивается и превращается в небольшую дугу. Поэтому я разработал очень простой детектор с CCD-матрицей, который обнаруживает эту характерную дугообразную форму на небе. Этот эффект называется слабым гравитационным линзированием. Обнаружив мираж, можно инвертировать карту, чтобы увидеть распределение тёмной материи.
Quanta Magazine: И как вы помогли открыть тёмную энергию?
Тони Тайсон: Я построил Big Throughput Camera (камеру с большой пропускной способностью), которая на тот момент была крупнейшей CCD-камерой в мире. Я намеревался установить её на самый большой телескоп, который мне удастся раздобыть, — телескоп Национального научного фонда США в Чили. У нас было много времени для наблюдений, чтобы делать всё, что мы хотим, но мы также поддерживали другие группы.
Две группы наблюдали за сверхновыми, чтобы понять, насколько быстро расширяется Вселенная. Все знали — или думали, что знали, — что Вселенная замедляется из-за тёмной материи. Эти группы обнаружили то, что считали неверным ответом: расширение Вселенной на самом деле ускорялось в течение последнего миллиарда лет. Чтобы галактики разлетались друг от друга всё быстрее, их должна толкать некая сила — растяжение пространства-времени. Энергия, заставляющая пространство расширяться, — это то, что мы называем тёмной энергией.
Quanta Magazine: Почему вы решили, что миру нужна такая обсерватория, как Рубин?
Тони Тайсон: Мы не понимаем 95% нашей Вселенной. Это просто ошеломляет.
И я сказал: «Мы можем добиться большего. Мы можем построить телескоп большего размера, создав более крупные мозаики из более крупных CCD-матриц». Нам пришлось изобрести новый тип CCD, потому что нам нужна была информация за пределами видимого спектра света, от ультрафиолета до ближнего инфракрасного. И нам нужно было разработать очень умное программное обеспечение, которое могло бы найти ответ. Но к 2000 году стало ясно, что мы сможем всё это выполнить.
Quanta Magazine: Как вам удалось донести эту идею до остального мира?
Тони Тайсон: Каждые 10 лет американские физики и астрономы проводят большой конкурс, собирая предложения по следующему крупному объекту, который им следует построить. Им очень понравилась моя идея, которую я назвал «Телескопом тёмной материи» — потому что я хотел именно этого. Но им не понравилось название, поскольку телескоп мог выполнять множество других функций, например, обнаруживать астероиды, угрожающие Земле. Я хитроумно поместил изображение астероида, угрожающего Земле, на последней странице своего проекта. Им это очень понравилось.
Поэтому они переименовали телескоп в Большой синоптический обзорный телескоп. И мы все бросились искать значение слова «синоптический». Никому оно никогда не нравилось. И вот недавно, после смерти нашей подруги Веры Рубин, которая помогла подтвердить существование тёмной материи, мы переименовали объект в честь Веры.
Сам обзор неба по-прежнему называется LSST, но теперь мы говорим, что это сокращение от Legacy Survey of Space and Time (Обзор наследия пространства и времени).
Quanta Magazine: Расскажите мне о LSST и его научных целях.
Тони Тайсон: Камера весит примерно как небольшой внедорожник. Её разрешение в фокальной плоскости составляет 3200 мегапикселей. Она расположена в центре трёхзеркального телескопа, который мы в итоге спроектировали. Через каждые 30 секунд экспозиции, которые мы снимаем на участке неба, мы будем отправлять миру оповещение обо всех изменениях в этом участке. Мы ожидаем, что каждую ночь будет происходить от 8 до 10 миллионов таких изменений — новых явлений, которых раньше не было, например, далёких взрывающихся объектов, новых астероидов или комет.
Камера также позволит нам получать гораздо более точные карты тёмной материи. Это важно, поскольку позволит нам увидеть, как сгустки тёмной материи эволюционировали от диффузных форм до нитевидных по мере старения Вселенной, что поможет определить свойства тёмной материи. Это стало возможным благодаря слабому гравитационному линзированию — методу, который я впервые применил в 1980-х годах.
Сравнивая пары галактик в каждом участке неба, мы можем сделать нечто совершенно иное, чем то, что делалось ранее. С помощью слабого гравитационного линзирования мы можем оглянуться назад и увидеть воздействие тёмной энергии на тёмную материю в течение космического времени. Мы можем фактически определить, ускоряется или замедляется расширение Вселенной с течением времени. Возможно, оно осциллирует, кто знает? Предположим, что Вселенная ведёт себя очень странно: она не только ускоряет своё расширение, но и замедляет его, а затем вновь ускоряет. Если это правда, мы можем обнаружить это впервые. Это прояснит, что такое тёмная энергия.
Quanta Magazine: Тема тёмной энергии сейчас особенно актуальна, поскольку исследования DESI и DES, в ходе которых наблюдались миллионы, а не миллиарды галактик, обнаружили признаки того, что тёмная энергия может ослабевать (2). Что вы думаете?
Тони Тайсон: Что же, мы, очевидно, добиваемся прогресса. Я думаю, это воодушевляет. Хотя сигнал и слабый, он наводит на размышления. И это даёт ещё больше оснований для обсерватории Рубин попытаться сделать это с очень высокой точностью.
Quanta Magazine: Каковы были первые снимки Рубин?
Тони Тайсон: Было приятно увидеть нечто столь прекрасное. Как учёный, я обычно изучаю данные, содержащие такую информацию, но увидеть это своими глазами — совершенно другое дело — великолепные цвета и высокая размерность. Это просто поражает воображение, в том числе и моё. Я снял шляпу учёного и посмотрел на это глазами ребёнка.
Quanta Magazine: Какова была реакция других людей — как учёных, так и не учёных?
Тони Тайсон: Любопытно, что реакция была такой же, как у меня: «Вау!», с двумя восклицательными знаками. Они просто поражены богатством и потенциалом открытий, которые предлагает LSST. Сегодняшнее волнение в зале просто заразительно.
Quanta Magazine: Чего нам ожидать в будущем? Думаю, Рубин не скоро сможет ответить на какие-либо вопросы о тёмной материи и тёмной энергии.
Тони Тайсон: Это займёт много лет, поскольку нам нужны сверхглубокие снимки обширной области Вселенной. Но я думаю, что уже к пятому году мы будем знать довольно много.
Примечания
1. Мы советуем всем читателям посетить официальный сайт обсерватории Веры К. Рубин, чтобы посмотреть свежие фотографии в высоком разрешении. Если вы учёный или студент, то вы сможете найти много ценной информации по учёбе или работе в обсерватории и научному сотрудничеству.
2. Мы публиковали русский перевод похожей статьи: Уменьшение тёмной энергии может помочь избежать «болота» невозможных вселенных.
Автор перевода @arielf
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.