Науково-популярні статті з різних галузей астрономії

Дослідження, які виконують в Європейській південній обсерваторії

Послуговуючись телескопами ЄПО, вчені дуже продуктивно проводять дослідження в усіх галузях астрономії. Вони вивчають різноманітні космічні об’єкти: від  близьких до нас небесних тіл (Сонце, планети, їхні супутники й комети в Сонячній системі) до найдальших об’єктів у Всесвіті. А проспостерігати дуже далекі небесні тіла означає побачити їх такими, якими вони були мільйони чи й мільярди років тому назад, адже випромінювання поширюється зі скінченною швидкістю. Отже, чим більш віддалені космічні об’єкти нам вдалося виявити й розгледіти, тим далі в минуле Всесвіту ми заглянули!

Розкажемо про деякі напрямки наукових пошуків у ЄПО.

У Ла-Силья за допомогою згаданого вище спектрографа «HARPS», установленому на 3,6-метровому телескопі, відкрито цілу низку позасонячних планет, або екзопланет. Так називають планети, які обертаються не навколо Сонця, а навколо інших зір. «HARPS» ― це прилад, який дає змогу визначати з високою точністю швидкість зорі в напрямку променя зору. Якщо навколо зорі обертається планета, то ця так звана променева швидкість зорі змінюється з певною регулярністю. Отже, наявність таких змін свідчить про існування планети біля зорі. В обсерваторії Ла-Силья виявлено екзопланети різних мас: і планети-велетні, сумірні за масою з Нептуном, і менш масивні — всього в кілька разів важчі від Землі.

«Дуже великий телескоп» в обсерваторії Параналь допомагає вивчати реліктове випромінювання. Це космічне випромінювання, яке виявлено в короткохвильовому радіодіапазоні (на субміліметрових, міліметрових і сантиметрових хвилях). Реліктове випромінювання ще називають мікрохвильовим фоновим випромінюванням; його інтенсивність у просторі однакова у всіх напрямках. Дослідження цих променів допомагає зрозуміти, яким був ранній період еволюції Всесвіту.

Послуговуючись обладнанням ЄПО, астрономи досліджують дуже цікаві явища, котрі мають назву гамма-спалахи. Це найпотужніші викиди енергії у Всесвіті. Вони припадають на гамма-діапазон електромагнітних хвиль і виникають на величезних віддалях від Землі. Гамма-спалахи дуже короткочасні: їхня тривалість не перевищує кількох хвилин. За допомогою «Дуже великого телескопа» вчені проспостерігали післясвітіння (випромінювання у видимому світлі) найдальшого від Землі гамма-спалаху. Світло від нього до нас йшло понад 13 млрд. років; він виник тоді, коли Всесвіту було приблизно 600 млн. років.

З допомогою комплексу радіотелескопів «ALMA» вчені здобувають інформацію про об’єкти раннього Всесвіту: перші зорі й галактики. Більшу частину випромінювання від них можна зареєструвати на радіохвилях саме міліметрового й субміліметрового діапазону, на яких і працює «ALMA». У ближчих до нас ділянках Усесвіту цей комплекс радіотелескопів дає змогу дуже докладно вивчати процеси формування зір і планет. Зорі й планети народжуються в хмарах пилу, а це перешкоджає спостереженням у видимому світлі. «ALMA» ж допомагає дослідити протозорі й протопланети, тобто зорі й планети в процесі формування. До того ж, астрономи сподіваються здобути зображення екзопланет на ранніх етапах їхньої еволюції. Завдяки «ALMA» фахівці мають змогу докладно вивчати хімічний склад велетенських газово-пилових хмар, з яких утворюються зорі й планети. Принагідно зазначмо, що найближча до нас область зореутворення ― молекулярні хмари, що проектуються на добре відоме усім зимове сузір’я Оріона; у тих хмарах відбуваються процеси формування масивних зір. Послуговуючись радіотелескопами «ALMA», учені досліджуватимуть різноманітні явища на Сонці, вивчатимуть звичайні (так звані нормальні) зорі, аналізуватимуть газ із діючих вулканів на супутнику Юпітера Іо, складатимуть карти поширення газу й пилу в нашій та інших галактиках.

Послуговуючись оглядовими телескопами, астрономи сканують нашу Галактику ― Молочний Шлях, ― щоб скласти її докладну структурну карту.

 Фотографія кулястого зоряного скупчення в сузір’ї Центавра, яку отримано за допомогою «Оглядового телескопа “Дуже великого телескопа”»

Окремі цікаві результати європейських астрономів

За допомогою інструментів Європейської південної обсерваторії вчені зробили цілу низку дуже важливих для науки відкриттів. Назвімо деякі з них.

1. На основі спостережень за допомогою телескопів у Ла-Силья астрономи виявили, що Всесвіт розширюється з прискоренням. Учені спостерігали так звані Наднові зорі — зорі, що раптово спалахують і стають на короткий час настільки яскравими, як  галактики в цілому. Те, що космічний простір у масштабах усього Всесвіту розширюється, відомо вже майже століття. А от про прискорене розширення Всесвіту астрономи дізналися 1998 р.

2. Кілька років тому, послуговуючись «Дуже великим телескопом», астрономи  виявили наймасивнішу та найяскравішу зорю з усіх, відомих тепер науці. Вона належить молодому зоряному скупченню, позначеному RMC 136, котре, у свою чергу, міститься в близькій до нас галактиці Велика Магелланова Хмара. Зоря дістала назву RМС 136а1; її відносять до типу голубих гіпергігантів. Маса цієї зорі перевищує сонячну масу аж у 265 разів, а світить вона приблизно в 10 млн разів яскравіше, ніж наше Сонце! Відстань від Землі до зорі RМС 136а1 досить велика — світло від неї до нас іде 165 тисяч років. Через велику віддаленість навіть таку яскраву зорю не вдається спостерігати неозброєним оком, але її можна побачити в хороший любительський телескоп у Південній півкулі.

Такі дуже масивні зорі трапляються у Всесвіті надзвичайно рідко. Вони формуються в дуже щільних зоряних скупченнях. Щоб виявити таку зорю, потрібно мати інструмент з дуже високою роздільною здатністю, яким і є «Дуже великий телескоп». Зорю RМС 136а1 відкрила група астрономів під керівництвом Пола Кроутера в червні 2010 р.

3. А ось ще один недавній дуже цікавий результат, що його здобули європейські астрономи. Вони виявили планету з масою, близькою до маси Землі, причому біля сонцеподібної зорі. Це зоря Альфа Центавра (астрономи позначають її α Centauri, скорочено α Cen) ― найяскравіша зоря в сузір’ї Центавра та одна з найяскравіших зір південного неба. Альфа Центавра ― не одиночна зоря, а система з трьох зір, які обертаються навколо спільного центра мас. Це найближча до нас зоряна система; світло від неї до Землі йде 4,3 року. Дві близькі між собою компоненти цієї системи дістали позначення Альфа Центавра А та Альфа Центавра В. Третя компонента, названа Альфа Центавра С, або Проксима Центавра, більш віддалена від спільного центра мас. Ця зоря, хоч і невелика, зате добре відома, оскільки саме вона є найближчою до нас зорею.

Так от, землеподібну планету виявлено біля зорі Альфа Центавра В. Учені (Ксав’є Дюмуск з колегами) відкрили її на основі обробки чотирирічного ряду спостережень із 3,6-метровим телескопом обсерваторії Ла Силья, який обладнано приймачем «HARPS».

Згадувана тут землеподібна планета розміщена дуже близько до своєї зорі (на відстані приблизно 6 млн. км) і робить повний оберт навколо неї всього за 3,2 земної доби. Астрономам вдалося зареєструвати її, вимірюючи дуже малі коливання в русі зорі Альфа Центавра В, які зумовлені гравітаційним притяганням планети. Описуване тут відкриття особливо цікаве тим, що це перша планета з масою, близькою до маси Землі, котру виявлено біля сонцеподібної зорі. Але умови на її поверхні дуже відрізняються від земних умов ― через близькість до своєї зорі на поверхні планети дуже жарко.

4. Послуговуючись «Дуже великим телескопом» та деякими іншими інструментами, астрономи визначили відстань до найдавнішого та найдальшого з відомих тепер квазарів. Квазари ― це ядра далеких галактик, які випромінюють у простір дуже багато енергії. Причиною настільки великої активності цих об’єктів є так звані чорні діри (компактні й дуже масивні тіла) всередині галактичних ядер. Квазар, про який іде мова, виявлено 2011 р. британськими астрономами при використанні інфрачервоного телескопа, що на Гавайських островах. Цей космічний об’єкт дістав позначення ULASJ 1120+0641; на небесній сфері він проектується на сузір’я Лева. Названий квазар дуже віддалений від Землі: світло від нього до нас іде приблизно 13 млрд. років. Отже, тепер ми бачимо його таким, яким він був, коли Всесвіту було всього 770 млн.років. Квазар ULAS J1120+0641 унікальний. Він сформований тільки з водню ― інших хімічних елементів тоді ще не було. Чорна діра в його центрі за масою у 2 млрд. разів переважає наше Сонце. А світить цей квазар у 6,3×10¹³ разів сильніше від Сонця! Його ще називають найяскравішим об’єктом раннього Всесвіту. Як настільки масивний і яскравий об’єкт міг утворитися в такому ранньому Всесвіті ― загадка для вчених.

5. У ЄПО підтверджено, що в центрі нашої Галактики є масивна чорна діра. Для цього астрономи 16 років проводили спостереження центральної області нашої зоряної системи. Вони помітили й дослідили рухи кількох окремих зір тієї області навколо центра Галактики. Виявилося, що ці зорі рухаються так, ніби в центрі нашої зоряної системи є чорна діра, маса якої перевищує масу Сонця в 3 млн. разів!

З допомогою «Дуже великого телескопа» вчені дослідили центральні області інших галактик. Вони здобули переконливі аргументи на користь того, що там теж містяться дуже масивні чорні діри.

6. Послуговуючись «Дуже великим телескопом», астрономи вперше сфотографували позасонячну планету (2004 р.). Ця екзопланета має позначення 2М1207b; вона обертається навколо холодної невеликої зорі, яка належить до класу коричневих карликів. Екзопланета віддалена від нас на 173 св. років. Вона є планетою-гігантом: її маса у п’ять разів перевищує масу Юпітера.

Перша фотографія екзопланети 2М1207b

7. На початку поточного року вчені оголосили про ще один цікавий результат досліджень. Послуговуючись комплексом телескопів «ALMA», астрономи вперше в історії науки спостерігали процес формування велетенських планет. Спостереження стосуються молодої зорі, позначеної HD142527, навколо якої є газово-пиловий диск. Сама зоря ще теж перебуває на стадії формування, поглинаючи речовину з диска. Астрономам вдалося виявити потужні потоки газу в диску. На думку фахівців, ці потоки утворюються завдяки притяганню з боку великих планет у процесі їх формування. Існування таких потоків вже було передбачено раніше, а завдяки радіотелескопам «ALMA» астрономи побачили їх безпосередньо.

8. Послуговуючись «Дуже великим телескопом», астрономи провели докладні спостереження об’єкта — залишку Наднової зорі, яку було видно у південній півкулі неба тисячоліття тому, у 1006 р. Надновими називають зорі, які раптово спалахують і на короткий час стають надзвичайно яскравими, так що помітні і вдень. Наднова, про яку йдеться, дістала позначення SN 1006. Її залишком є кільце з речовини, котре світиться й розширюється (сузір’я Вовка). Проспостерігавши його й докладно проаналізувавши результати спостережень, астрономи вперше в історії науки здобули підтвердження того, що залишки Наднових можуть породжувати загадкові космічні промені. Так називають часточки, які мають дуже велику енергію, виникають поза Сонячною системою і летять у просторі зі швидкостями, близькими до швидкості світла.

«Європейський надзвичайно великий телескоп»

Європейська південна обсерваторія планує спорудити величезний наземний рефлектор з діаметром дзеркала 39 метрів. Цей інструмент, що його називають «Європейський надзвичайно великий телескоп», скорочено «ЄНВТ» (англійською the European Extremely Large Telescope, скорочено E-ELT), стане найбільшим телескопом у світі. Його установлять на горі Сьєрро-Армазонес (висота 3060 м) , яка всього на 20 км віддалена від гори Сьєрро-Параналь (де, нагадаймо, зведено «Дуже великий телескоп»). Телескоп «ЄНВТ» — найдорожчий і найпрестижніший проект ЄПО за всю історію її існування. План будівництва затверджено торік улітку. Якщо все йтиме згідно з планами, то цей інструмент уведуть в дію 2022 року.

Конструкція «ЄНВТ» матиме п’ять дзеркал. Це унікальна й новітня оптична конструкція, яка дасть виняткову якість зображення. Головне дзеркало діаметром 39 м не буде монолітним. Воно складатиметься з майже 800 шестикутних сегментів, кожен з яких матиме поперечник 1, 4 м,  а товщину — всього 5 см. Вторинне дзеркало буде монолітним й матиме діаметр 4,2 м. Телескоп обладнають адаптивною оптикою, яка виправлятиме негативний вплив турбулентності атмосфери. Це потрібно, щоб забезпечити високу якість зображення. Адаптивні дзеркала будуть вмонтовані в оптику телескопа. Більш ніж 6 000 спеціальних приводів дадуть змогу змінювати форму головного дзеркала до тисячі разів за секунду.

«Європейський надзвичайно великий телескоп» в уявленні художника

Поле зору телескопа становитиме третину видимого поперечника повного Місяця. «ЄНВТ» збиратиме в 15 разів більше світла, ніж найбільший оптичний телескоп, що діє тепер.

«ЄНВТ» обладнають кількома науковими інструментами. За кілька хвилин можна буде переключатися від одного інструмента до іншого. За дуже короткий час телескоп можна буде наводити з одного небесного об’єкта на інший. «ЄНВТ» дасть змогу  проводити спостереження від ультрафіолетової  частини електромагнітного спектра до середньої інфрачервоної.

З допомогою «ЄНВТ» учені сподіваються вирішити багато питань з астрономії. Зокрема, великих успіхів астрономи очікують у галузі дослідження екзопланет. На думку фахівців, «ЄНВТ» допоможе виявити не тільки великі екзопланети, але й планети земної маси. До того ж, є сподівання, що цей телескоп допоможе здобути прямі зображення великих екзопланет і навіть дасть інформацію про їхні атмосфери. Ще астрономи мають надію за допомогою «ЄНВТ» дослідити найбільш ранні стадії формування планетних систем і виявити воду й органічні молекули в протопланетних дисках навколо зір.

З допомогою «ЄНВТ» вчені спостерігатимуть найвіддаленіші об’єкти Всесвіту, котрі разом з тим є і найбільш давніми небесними тілами. Можливо, вдасться з’ясувати, яким чином сформувалися перші об’єкти Всесвіту: найдавніші зорі, найдавніші галактики й  чорні діри. Послуговуючись цим інструментом, астрономи проводитимуть докладне вивчення перших галактик. «ЄНВТ» допоможе зрозуміти, як змінювалася із часом кількість тих чи інших елементів у Всесвіті, як формувалися зорі в галактиках тощо.

Одна з цілей створення «ЄНВТ» — проведення спостережень, які б допомогли дослідити таке надзвичайно цікаве явище, як прискорене розширення Всесвіту. За допомогою цього телескопа проводитимуть спостереження, що дадуть змогу визначити, чи змінюються з часом фундаментальні фізичні константи. Якщо такі зміни виявлять, то це вплине на основні закони фізики.

Джерело: науково-популярний журнал «Світогляд», 2013, № 3, с. 70—76