Татарстан помог в разгадке тайн Вселенной

1,5-метровый телескоп РТТ-150 с общей массой 38 т, управляемый компьютерами с расстояния 200 м с помощью автоматизированной системы наведения

НОВЫЙ ВОЗРАСТ ВСЕЛЕННОЙ НА 50 МЛН. ЛЕТ ПРЕВЫСИЛ ПРОШЛУЮ ОЦЕНКУ

В отдельном томе ноябрьского выпуска наиболее известного европейского научного журнала Astronomy and Astrophysics опубликована 31 статья большой международной коллаборации ученых по результатам обработки астрономических наблюдений, полученных на космическом спутнике «Планк». Как выяснила газета «БИЗНЕС Online», в международной коллаборации по исследованию параметров Вселенной участвуют и татарстанские ученые. Всего в ее состав вошли ученые из 132 научных организаций из 25 стран. Они представили последние данные о составе нашей Вселенной: теперь ее возраст известен с большей точностью, стало понятно, сколько в ней темной материи и темной энергии. Также был составлен самый большой в истории каталог скоплений галактик. Европейский космический спутник «Планк» был запущен в космос в 2009 году и проработал там до октября 2013 года. Он назван в честь выдающегося немецкого физика Макса Планка, который получил Нобелевскую премию в 1918 году за вклад в создание и развитие нового научного направления — квантовой физики.

В ходе исследования выяснилось, что обычная, барионная материя, из которой состоят планеты, звезды, галактики и люди, составляет 4,9% от всей энергии Вселенной. Неуловимая темная материя, которую никто не видел и о существовании которой можно судить только по создаваемой ей гравитации в галактиках и их скоплениях, — еще 26,8%, и это несколько больше, чем предполагалось прежде (23%). Темная энергия, которая несет ответственность за ускоренное расширение Вселенной, составляет 68,3%, что меньше предыдущей оценки в 72,6%. Кроме того, новая оценка возраста Вселенной составила 13,8 млрд. лет, что почти на 50 млн. лет больше, чем считалось ранее, отмечает «Газета.ru».

Профессор КФУ, руководитель центра астрофизики академии наук РТ, участник коллаборации «Планк» Ильфан Бикмаев рассказал газете «БИЗНЕС Online» о том, чем интересны полученные научные результаты и каким был вклад татарстанских ученых.

— Что представляет из себя спутник «Планк»?

— Основным инструментом космического спутника «Планк» является охлаждаемый телескоп с размером главного зеркала 1,5 метра, предназначенный для наблюдений в миллиметровом диапазоне длин волн. Основной научной задачей спутника было сканирование всего неба с целью составления карты колебаний микроволнового реликтового излучения. Микроволновое излучение — это «отпечаток» (реликт) событий, которые происходили в нашей Вселенной, когда она была еще очень молодой, в возрасте 380 тысяч лет. Сейчас возраст Вселенной составляет почти 14 миллиардов лет.

Запуск спутника «Планк» с космодрома Куру во французской Гвиане 14 мая 2009 года ракетой-носителем Ariane 5 Европейского космического агентства

В наблюдаемом диапазоне длин волн присутствуют фотоны не только микроволнового излучения, но и других составляющих нашей Вселенной — галактик, звезд нашей Галактики, межгалактической, межзвездной и межпланетной пыли. С одной стороны, эти дополнительные источники излучения сильно мешали решению основной задачи спутника «Планк» и искажали поток от микроволнового излучения. То есть ученым необходимо было «разложить свет от разных источников по своим полочкам» и выделить из всего набора фотонов только те, что принадлежат микроволновому фону (тому самому «отпечатку прошлого» Вселенной — прим. ред.). Это была чрезвычайно тяжелая задача, но она была решена. Эту работу выполнили западные коллеги.

С другой стороны, спутник «Планк» дал ученым информацию о большом количестве других источников во Вселенной, которых мы ранее не наблюдали. К числу таковых относятся скопления галактик — самые массивные объекты во Вселенной, которые нам известны в настоящее время. Им отводится ключевая роль «пробных шариков» Вселенной для исследования природы темного вещества и темной энергии. Но, чтобы использовать скопления галактик для решения этих задач, сначала надо найти их на небесной сфере.

ТАТАРСТАНСКИЕ УЧЕНЫЕ ОТКРЫЛИ НОВЫЕ СКОПЛЕНИЯ ГАЛАКТИК

— Какую часть работы выполнили татарстанские ученые?

— Сначала немного истории. Еще в далеком 1972 году Рашид Алиевич Сюняев вместе со своим учителем — академиком Яковом Борисовичем Зельдовичем — обнаружили астрофизический эффект, который был назван их именем — эффект Сюняева-Зельдовича. Скопления галактик состоят только наполовину из звезд и галактик. А половина их гигантской массы состоит из горячего газа заряженных частиц — электронов, протонов, ядер тяжелых элементов. Эффект Сюняева-Зельдовича позволяет при наблюдениях участков неба регистрировать искаженный спектр микроволнового излучения и делать вывод, что в данном направлении на небе есть скопление галактик. Используя эффект Сюняева-Зельдовича, спутник «Планк» обнаружил 1227 кандидатов в скоплениях галактик. На основе этих данных был составлен наиболее полный на настоящий момент каталог массивных скоплений галактик, опубликованный в одной из 31 статьи, где соавторами являются татарстанские ученые.

Далекое скопление галактик на расстоянии в 3 млрд. световых лет. Снимок получен на РТТ-150

— И как проходило исследование скоплений галактик? С помощью спутника «Планк» или другого оборудования?

— Аппаратура спутника «Планк» могла регистрировать лишь присутствие массивного объема горячего газа, принадлежащего скоплениям галактик, а сами галактики спутник не мог «разглядеть». Чтобы их увидеть, необходимы наблюдения с помощью наземных оптических телескопов. Поэтому европейскими астрономами (Франция, Италия, Германия, Россия, Дания, Норвегия, Испания) была организована специальная программа наземных наблюдений. Для этой задачи академик Рашид Сюняев (почетный член АН РТ и почетный профессор КФУ) предложил европейским коллегам использовать российско-турецкий 1,5-метровый телескоп (РТТ-150). Это телескоп Казанского университета, в 1999 году он был установлен в Национальной обсерватории Тюбитак (ТЮГ) в Турции в горах на высоте 2500 метров. Именно в этой работе по отождествлению новых скоплений галактик и проявили себя татарстанские ученые (профессор КФУ, руководитель центра астрофизики АН РТ Ильфан Бикмаев и старший научный сотрудник КФУ и ТЮГ, кандидат физико-математических наук Ирек Хамитов — прим. ред.).

Спутник «Планк» сканирует небо для измерения флуктуаций микроволнового реликтового фона Вселенной

— Что удалось установить по итогам изучения небесных светил с горных высот Турции?

— Анализ 1227 кандидатов в каталоге скопления галактик «Планк», выполненный учеными из Франции, показал, что лишь для 600 из них имеются оптические отождествления в существующих астрономических базах данных. То есть 600 кандидатов в скопления еще неизвестны астрономам, их надо было обнаружить в тех направлениях на небесной сфере, куда указал спутник «Планк». Примерно 300 кандидатов из указанных 600 попадают в области Северной небесной полусферы, которая доступна наблюдениям из Европы и Турции. Татарстанским астрономам совместно с их российскими коллегами в период с 2011 по 2014 год удалось выполнить на телескопе РТТ-150 наблюдения 120 (!) участков неба из отмеченных выше 300 областей. Таким образом, с помощью телескопа РТТ-150 нашим астрономам удалось выполнить значительную часть наземных оптических наблюдений в Северном полушарии неба. В результате проделанной работы было отождествлено 50 новых скоплений галактик. Измерения показывают, что эти скопления находятся на расстояниях от одного до семи миллиардов световых лет! Вот как далеко можно изучать Вселенную с помощью казанского телескопа в Турции. Результаты отождествлений скоплений галактик, выполненные на казанском телескопе, были чрезвычайно востребованы и использованы нашими западными коллегами из других рабочих групп проекта «Планк» для определения и уточнения параметров Вселенной.

Расположение на небесной сфере (красные точки) 1227 кандидатов в скопления галактик, обнаруженных спутником «Планк»

15 РАБОЧИХ ГРУПП, 400 УЧЕНЫХ

— Как ученым из многих стран мира, говорящим на разных языках, удалось координировать работу, которая проходила в разных уголках планеты?

— В число соавторов обзора итогов работы входят 400 ученых из 132 астрономических организаций. Необходимость организации такой большой международной коллаборации ученых была связана с огромным объемом научных данных спутника «Планк», которые надо было оперативно обработать и проанализировать за короткий промежуток времени в один-два года. Международный научный комитет по проекту «Планк», в который входили несколько десятков ведущих астрофизиков мира, организовал виртуальную структуру под названием «Рабочие группы». Всего было создано около 15 рабочих групп, каждая из которых решала свои конкретные научные задачи, исходящие из наблюдений тех или иных астрофизических объектов, полученных спутником «Планк». В каждую из рабочих групп входили несколько десятков ученых из различных стран мира, работающих в своих институтах, центрах и университетах. В нынешний век такое взаимодействие происходило с использованием сети интернет на английском языке, но при необходимости можно было организовать рабочее совещание в институте, где работает руководитель рабочей группы.

В 2012 году российские и татарстанские ученые пару недель работали во Франции под Парижем, где показали результаты своей работы и убедили западных коллег, что наш 1,5-метровый телескоп РТТ-150 позволяет получать надежные отождествления и точные количественные измерения расстояний до скоплений галактик. Также нами был использован для этой задачи и крупнейший 6-метровый телескоп БТА специальной астрофизической обсерватории РАН. Таким образом, только два российских телескопа — РТТ-150 и БТА — смогли выиграть в негласной конкуренции за право участвовать в международном разделении труда в престижном космическом эксперименте «Планк». Это связано с тем, что РТТ-150 и БТА оснащены самым современным научным оборудованием.

— Коллаборация «Планк» будет продолжать работу или основные итоги подведены?

— Участие в международном проекте «Планк» татарстанских и российских ученых продолжается, так как еще не завершена работа по оптическим отождествлениям скоплений галактик. В декабре ожидается публикация очередной большой серии статей по результатам работы коллаборации в 2014 году. Ожидается, что число кандидатов в скопления галактик увеличится в полтора-два раза по сравнению с ранее обнаруженными 1227 кандидатами. Это значит, что в ближайшие два-три года предстоит дальнейшая кропотливая и интереснейшая работа в этом направлении.

Работа в рамках проекта «Планк» убедительно показывает, что время ученых-одиночек в науке прошло. Все простые законы Вселенной давно открыты. А более сложные закономерности можно обнаружить лишь путем коллективного труда наиболее передовых ученых из разных стран мира. Серия статей по проекту «Планк», опубликованная в ноябре 2014 года, подтверждает эту логику развития мировой науки. Очень здорово, что и татарстанские ученые, представляющие Казанский университет и академию наук РТ, смогли достойно войти в международную кооперацию в актуальном направлении современной астрофизики и космологии.

УЧЕНЫЕ ТАТАРСТАНА ВПЕРВЫЕ НАЧАЛИ ОСВАИВАТЬ НОВУЮ ОБЛАСТЬ АСТРОФИЗИКИ

— В чем основная польза полученного результата? Можно ли применять результаты обнаружения новых скоплений галактик также для каких-то исследований из смежных сфер или это служит преимущественно пополнению базы теоретических знаний человечества?

— Благодаря международному сотрудничеству в проекте «Планк» ученые Татарстана впервые в нашем регионе начали осваивать новую область астрофизики — исследование самых массивных и огромных объектов во Вселенной — скоплений галактик. Значит, теперь мы сможем на самом передовом уровне общаться с нашими западными партнерами. Раньше мы этого делать не умели. Теперь мы сможем научить этому наших аспирантов и студентов, со временем они пойдут дальше нас и будут делать новые открытия в новых областях астрофизики.

Кроме того, при создании аппаратуры спутника «Планк» для регистрации микроволнового излучения были реализованы новые технологические разработки в микроволновой технике, которые через некоторое время обязательно найдут применение в промышленности. Например, астрономы были первыми, кто в 1980-е годы начал применение так называемых ПЗС-матриц для регистрации света от далеких небесных источников. А теперь коммерческие ПЗС-матрицы устанавливаются во все сотовые телефоны, iPhone и ноутбуки для получения цифровых фотографий. Рынок этой промышленной продукции и доход от нее огромны.

Еще в качестве примера «практического применения» науки: физик Макс Планк, именем которого был назван космический спутник «Планк», сделал свои фундаментальные открытия в области квантовой физики в начале XX века. Без его теоретических результатов невозможно было бы создать, к примеру, лазерные технологии. А они сейчас широко используются в промышленности и медицине. Это несколько примеров того, насколько эффективны вложения в развитие фундаментальных исследований в физике и астрономии. Конечно, нельзя ожидать от них сиюминутной отдачи, но все передовые страны живут не только сегодняшним днем, но также проецируют свое развитие на жизнь следующих поколений — своих детей и внуков, то есть стараются развиваться на долгой шкале времени и потому вкладывают средства в фундаментальную науку.