Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН назвал дату запуска радиотелескопа "Миллиметрон" в космос: 2025 год. Проект станет самым масштабным за всю историю радиоастрономии. Космический телескоп будет работать в режиме интерферометра, его наблюдения синхронизируют с сетью наземных обсерваторий.
Рис. 01 Состав обсерватории «Миллиметрон»
Миллионокилометровый телескоп
"Миллиметрон" станет уже вторым космическим радиотелескопом, разработанным в ФИАНе. Его предшественник — "Радиоастрон" — был выведен на орбиту четыре года назад, с его помощью было получено качественное изображение близкой галактики 3С84. Теперь на очереди дальние уголки космоса. "Миллиметрон" способен "видеть" очень слабое излучение, длина волны которого не превышает нескольких миллиметров. Только с его помощью можно исследовать самые холодные области Вселенной, где температура всего на несколько градусов выше абсолютного нуля.
"Радиоастрон"
"Миллиметровый диапазон очень сложный для наблюдений, — рассказывает директор ФИАНа, член-корреспондент РАН Николай Колачевский. — Приборы, которые фиксируют излучение, должны постоянно охлаждаться до низких температур. Иначе их собственные шумы будут заглушать сигналы из космоса. Инженеры предложили уникальное техническое решение: систему терморегуляции, которая поддерживает температуру приборов и зеркала телескопа на уровне жидкого гелия. Это примерно минус 270 градусов Цельсия."
Другая особенность "Миллиметрона" — размер. Для наблюдения за черными дырами он имеет ключевое значение. "Сама черная дыра ничего не излучает. Излучает материя, которая падает в нее. Мы видим тень черной дыры, она и есть объект нашего исследования. Чем длиннее телескоп, тем выше у него угловое разрешение. Представьте себе две светящиеся точки в пространстве. Например, фары автомобиля. Если вы издалека посмотрите на них невооруженным глазом, они сольются в одну точку. Чтобы этого не произошло, вам нужно увеличить угловое разрешение. Это можно сделать с помощью бинокля или подзорной трубы. Для наблюдения же за космическими объектами нужен очень большой телескоп", — объясняет Николай Колачевский.
Добиться нужного эффекта удалось благодаря режиму интерферометра. Космический телескоп ведет наблюдения синхронно с наземными. Принимая сигнал одновременно, они образуют один гигантский радиотелескоп размером в миллион километров.
Квазары и термояд
Одна из задач проекта "Миллиметрон" — заглянуть в ядро активных галактик. Современная космология утверждает, что там находятся квазары — самые яркие объекты во Вселенной. По сути, это массивные черные дыры, масса которых в миллион раз превышает массу Солнца. Они притягивают к себе вещество. Попадая в мощное гравитационное поле, материя нагревается до состояния плазмы и начинает ярко светиться. При этом часть вещества не уходит в воронку, а выбрасывается обратно в космос с помощью мощных струй, называемых джетами. Почему так происходит, до конца не понятно. Существует гипотеза, что причиной всему вращение черной дыры. Но есть и другая точка зрения, утверждающая, что появление джетов провоцирует само вещество. "Мллиметрону" предстоит подтвердить эти догадки или их опровергнуть, кардинально перевернув наше представление о космосе.
Знания о квазарах могут принести большую практическую пользу, например, подсказать путь к новым источникам энергии. В окрестностях черной дыры раскаленная плазма активно взаимодействует с мощным магнитным полем. Возможно, что знания о том, как устроен этот процесс, помогут в будущем спроектировать на Земле реактор для управляемого термоядерного синтеза.
Темная материя
Современная наука считает, что Вселенная примерно на четверть состоит из вещества, которое не видимо глазу. Оно не излучает света и взаимодействует с видимой материей — из которой образована наша Земля, планеты, Солнце, — исключительно с помощью гравитации. Ученые спорят о том, что представляет собой темная материя, является ли она частицей и если является, то насколько тяжелой. Российские физики рассчитывают ответить на этот вопрос, "взвесив" ее с помощью "Миллиметрона".
"Темная материя взаимодействует с излучением точно так же, как и с объектами. С помощью гравитации. Благодаря силе притяжения, луч, проходящий мимо нее, искривляется. Такой же эффект вы можете наблюдать, если пропустите свет через линзу. Этот метод в науке называется гравитационным линзированием", — говорит Колачевский.
С помощью гравитационного линзирования можно косвенно определить свойства темной материи. Если на пути излучения количества ее сгустков будет мало и луч искривится не сильно, значит, есть основания утверждать, что темная материя состоит в основном из легких частиц.
По словам Колачевского, если эксперимент подтвердит существование темной материи, перед учеными откроется целый пласт новых фундаментальных задач.
"Конечная цель — найти эту частицу и определить ее место в физике элементарных частиц. Но для того чтобы сделать это, надо сначала определить ее характеристики. И самая важная характеристика — это ее масса. Ответ о массе один из ключевых", — считает ученый.