Большой взрыв
Одной из величайших загадок науки является вопрос о происхождении Вселенной. Сегодня мы знаем, что Вселенная постоянно расширяется. Если смотреть в обратном направлении, то материя и энергия уплотняются до бесконечности. И именно там должно находиться начало нашей современной Вселенной — по чистым вычислениям, 13,8 миллиарда лет назад. Согласно преобладающей сегодня теории, здесь находится начало пространства, времени и материи.
Однако с помощью методов измерения, основанных на электромагнитном излучении, невозможно исследовать самую первую фазу непосредственно после Большого взрыва – но с помощью гравитационных волн это возможно.
Гравитационные волны
В 2015 году впервые были измерены гравитационные волны — спустя 100 лет после того, как они были описаны в теории относительности. Но что такое гравитационные волны? Согласно Эйнштейну, любая масса оставляет в четырехмерном пространстве-времени вмятины. Когда эти массы движутся, возникают волны. Эти волны распространяются в космосе со скоростью света, искажая пространство.
Гравитационные волны возникают в космосе постоянно. Однако на Земле их можно измерить только в том случае, если очень большие массы движутся с очень большой скоростью, например, при слиянии двух черных дыр. Для этого нужны очень чувствительные измерительные приборы: два огромных интерферометра, которые улавливают сигналы, находятся в США. Однако большая часть высокоточной техники, используемой в этих измерительных приборах, а также многие программы для обработки данных были разработаны в Германии – в Институте гравитационной физики имени Макса Планка в Потсдаме и Ганновере.
Галактики
Галактики — это «острова миров» в бесконечном море космоса. Здесь собираются звезды, планетные системы, пылевые облака, газовые туманности и темная материя. Их удерживает вместе сила гравитации. Галактики имеют разную структуру — от простых эллипсов до сложных спиральных галактик с четко очерченными «рукавами», таких как наша Млечная дорога. Несколько галактик объединяются в группы и скопления разного размера. Самые большие из этих скоплений галактик содержат несколько тысяч галактик.
Туманность Андромеды — ближайшая к нам галактика, которая примерно такого же размера, как Млечный Путь. Это самое удаленное астрономическое объект, которое мы можем увидеть с Земли невооруженным глазом.
Супернова
Некоторые звезды умирают впечатляющим образом: яркий взрыв массивной звезды в конце ее развития называется суперновой. Название (nova = лат. «новая») восходит к Тихо Браге. В 1572 году датский астроном наблюдал внезапное появление очень яркой звезды на небосводе.
При взрыве сверхновой большая часть звезды преобразуется в энергию и выбрасывается в космос. Остается нейтронная звезда или черная дыра. Особенно впечатляет супернова, когда массивная так называемая гигантская звезда, например красный гигант, исчерпала свое топливо. Под действием собственной гравитации она сжимается и выделяет огромное количество энергии. Супернова может на некоторое время светить ярче, чем вся галактика, в которой она находится.
Гигантская космическая обсерватория
Европейское космическое агентство ESA планирует в 2034 году запуск необычной миссии: LISA (Laser Interferometer Space Antenna) будет измерять гравитационные волны из космоса. Детектор состоит из трех спутников, которые будут следовать за Землей на расстоянии нескольких миллионов километров. При этом они должны постоянно поддерживать свое положение относительно Земли и друг друга с точностью до миллиметра. С помощью этого гигантского высокоточного измерительного прибора можно измерить крошечные изменения расстояния, вызванные гравитационными волнами. Принцип измерения тот же, что и на Земле. Но в таких масштабах и в вакууме, который царит в космосе, можно измерить даже очень слабые гравитационные волны с частотой менее одного герца. Они возникают, например, при столкновении галактик. Детекторы на Земле, напротив, могут регистрировать только сигналы с частотами от нескольких десятков герц до нескольких килогерц.
Научная фантастика? Вскоре за тремя детекторами последуют три детектора интерферометра LISA.
© Университет Флориды / С. Барке, обработка
Тайна радиовсплесков
Вокруг нас постоянно мелькают молнии. Но без специальных приборов их не увидеть, потому что они длятся всего несколько тысячных долей секунды. В 2014 году Лаура Спитлер и ее команда из Института радиоастрономии имени Макса Планка обнаружили первый из этих быстрых радиовсплесков (англ. Fast Radio Bursts, сокр. FRB) в северном полушарии. Сегодня ученые предполагают, что в день происходит около 10 000 FRB. Они исходят из глубин Вселенной, возможно, от нейтронных звезд, остатков мощных взрывов массивных звезд.
__
Эти сверхбыстрые вспышки наблюдаются с помощью радиотелескопов, таких как 100-метровый телескоп в Эффельсберге в Эйфеле, среднегорном массиве на западе Германии. Это один из крупнейших полностью подвижных радиотелескопов, который может быть нацелен практически на любую точку неба. На протяжении почти 50 лет он является одним из самых мощных телескопов в мире.
Радиотелескоп Эффельсберг — один из крупнейших полностью подвижных радиотелескопов в мире.
© Институт радиоастрономии имени Макса Планка, Бонн / Норберт Такен
