Новый взгляд на Млечный Путь⁠⁠

Высокоэффективные технологии позволяют узнать о нашей галактике больше, чем когда-либо прежде.

Инфракрасные датчики телескопа Спитцер работают на длинах волн, выходящих за пределы оптического диапазона, препятствием для которого служит космическая пыль. Они запечатлели этот потрясающий вид центра Млечного Пути и проникли сквозь многочисленные преграды, чтобы обнаружить мириады звёзд. Изображение: NASA, JPL-Caltech, Susan Stolovy (SSC / Caltech) и др.

Многое может измениться в течение года. Сперва появилась фотография оранжево-чёрного кольца, «кружащегося» в далекой галактике. В 2019-м её напечатали в научных журналах, оповестив весь мир о первом в истории изображении чёрной дыры. Затем, в начале прошлого года, ученые опубликовали изображение Солнечной системы, основанное на полученных данных. Она «парила» на границе бесчисленного количества ослепительных молекулярных облаков и звёздных колыбелей. Результаты ниспровергли почтенную модель нашего спирального галактического рукава.

Звёздные колыбели демонстрируют нам, как рождаются звёзды, а чёрные дыры символизируют их окончательное уничтожение. Основываясь на изображениях этих двух необычных объектов, астрономы сейчас стараются доработать соответствующие теории. И в процессе они формируют новый взгляд на галактику Млечный Путь.

Центр Млечного Пути стал пристанищем для более чем 100 000 сверхновых, указывающих на то, что в прошлом этот регион, должно быть, пережил период интенсивного звёздообразования. Сегодня область по-прежнему заполнена звёздами, которые сформировались в самом начале существования нашей галактики. Изображение: ESO/Nogueras-Lara, и др.

Борьба с ветряными мельницами

Сверхмассивные чёрные дыры, находящиеся в центре большинства галактик, являются своеобразными вратами природы к космической аннигиляции, т.е. к полному уничтожению. Эйнштейн неохотно описывал их существование, зато писатели-фантасты относятся к подобным объектам с энтузиазмом.

Долгое время считалось, что сделать фотографию чёрной дыры практически невозможно. Для этого потребовался бы телескоп размером с саму Землю. Именно таким стал Телескоп горизонта событий — Event Horizon Telescope (EHT), названный в честь односторонней границы чёрной дыры, разделяющей две реальности: нашу и неизвестную.

В пределах горизонта событий свет не может ускользнуть из-под её гравитационного влияния. Это означает, что мы никогда не сможем увидеть, что скрывается в центре чёрной дыры. Но мы можем видеть её «тень» — абсолютно чёрный центр, окружённый блестящим кольцом гравитационно линзированных фотонов, которые испускаются горячим газом, циркулирующим вокруг дыры. Чтобы увидеть этот силуэт, в 2017-м году Телескоп горизонта событий использовал сеть из восьми радиообсерваторий по всему миру, чтобы создать виртуальный аппарат размером со всю Землю.

По всеобщему мнению, изображение, полученное EHT, стало поворотным событием. Объект исследования Телескопа горизонта событий — центр галактики M87 — достаточно велик, чтобы охватить всю Солнечную систему. Но M87 находится настолько далеко, что её чёрная дыра соответствует видимому размеру в небе нашей собственной чёрной дыры меньшего размера, Стрельцу A* (произносится как «Стрелец А со звёздочкой», обозначающей сверхъяркий радиоисточник). Работавший в Гарвардской организации Black Hole Initiative (BHI), пока его команда готовилась к очередной серии наблюдений в марте прошлого года, основатель и директор EHT Шеп Доулман удивлялся тому, что его детище всё-таки смогло сдвинуть наблюдения с мёртвой точки.

Телескоп горизонта событий использует технологию интерферометрии со сверхдлинной базой, чтобы связать между собой массив радиотелескопов по всей планете и создать виртуальный аппарат, размером со всю Землю. В 2017-м году астрономы использовали восемь подобных установок в шести различных регионах для того, чтобы заглянуть в центр Млечного Пути и галактики М87. С тех пор в состав EHT вошли несколько новых объектов из Гренландии, Франции и Аризоны, что улучшит возможности системы для будущих научных проектов. Изображение: ROEN KELLY, позже ESO/O, FURTAK.

«До этого момента никто толком не знал, что мы сможем это сделать», — говорит он, вспоминая свои ранние неудачи. «Не было никаких гарантий, что мы что-нибудь увидим. В 2006-м году мы попытались провести этот эксперимент с помощью телескопов на Гавайях и в Аризоне, и у нас ничего не вышло. Мы получили лишь дырку от бублика, потому что на одном из объектов произошел сбой».

Позже команда обнаружила, что данные испортил металлический чип, который упал в приёмник антенны. «Это была ужасная неудача», — рассказывает Доулман.

Доулман не был новичком в погоне за чёрными дырами. В своей докторской диссертации 1995-го года в Массачусетском технологическом институте он сосредоточился на Стрельце A*, который на тот момент ещё не был окончательно идентифицирован как чёрная дыра. В последующее десятилетие на изображениях в ближнем инфракрасном диапазоне обнаружили несколько звёзд, движущихся по узким орбитам вокруг Стрельца A* со скоростью до 17,7 миллионов км/ч, или 1/60 скорости света. Только невероятно плотная масса чёрной дыры могла объяснить такое их движение.

Но навязчивой идеей Доулмана стало собрать прямые доказательства, он не стал довольствоваться теоретическими изысканиями на основе имевшихся данных. В 2007-м году команда снова воссоединилась и опять наблюдала за Стрельцом A*, на этот раз при помощи дополнительного телескопа в Калифорнии. По словам Доулмана, было сложно вернуться к наблюдениям на новом месте. Но «в тот раз мы добились успеха, и мы смогли, используя три радиообсерватории… впервые измерить размер Стрельца A*».

Их большая авантюра закончилась успехом. Основываясь на расстоянии между физическим расположением телескопов, EHT смог увидеть объекты шириной всего в 50 миллионов километров. Это соответствовало размеру тени, которую должен был отбрасывать Стрелец A*, исходя из его предполагаемой массы. Но что, если бы тень чёрной дыры была больше или меньше этой? Команда ничего бы не увидела. Как бы то ни было, данные указывали на что-то прямо в середине Стрельца A*, как раз подходящего размера для обнаружения, хотя пока и скрытое от глаз. Это что-то должно было быть чёрной дырой.

Атакамская большая решётка миллиметрового/субмиллиметрового диапазона имела решающее значение для успеха EHT. Её антенны шириной 12 метров являются одними из самых высокотехнологичных из когда-либо построенных, и сигналы от многих из них можно комбинировать для имитации поведения одной антенны с шириной, равной расстоянию между двумя самыми дальними установками. Изображение: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Публикация этих результатов в журнале Nature в 2008-м году «стала ключевым моментом … рождения EHT», — говорит Доулман. «Потому что только тогда у нас появилось убедительное доказательство того, что мы можем обнаружить что-то размером с видимую тень. После этого мы быстро начали процесс создания Телескопа горизонта событий, чтобы совершить-таки переход от измерения размеров к визуализации».

Также в 2008-м году с помощью тех же радиообсерваторий в Калифорнии, Аризоне и Гавайях Доулман доказал, что система — многопозиционный телескоп, основанный на интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI) — способна работать на очень коротких длинах волн (1,3 миллиметра, а не в диапазоне традиционных 3,5 мм), необходимых для получения изображения чёрной дыры Стрелец A*, угловой размер которой составляет всего около 20 микросекунд. В радиоастрономии наблюдение на более коротких волнах (то есть более высоких частотах) позволяют получать чёткие изображения с лучшим разрешением.

Это, в свою очередь, позволяет астрономам снимать всё меньшие и меньшие объекты.

Наконец, в 2009-м году проект принес свои первые плоды, добыв убедительное доказательство наличия теневой структуры в галактике M87 в созвездии Девы. Итоговая статья 2012-го года, наряду с ранее опубликованными результатами 2008-го года по Стрельцу A*, положила начало запуску современного телескопа EHT, говорит Доулман. «Представьте, если бы мы не обнаружили этого в 2009-м году. Я бы потратил на проект годы своей жизни, и не факт, что чего-то добился бы», — размышляет он. «Вам нужны люди, готовые в некотором смысле рискнуть своей карьерой. Вам нужны люди, готовые сражаться с ветряными мельницами».

Эллиптическая галактика M87 находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от нас. Центральная сверхмассивная чёрная дыра является первым подобным объектом, изображение которого нам удалось получить после многих лет усилий EHT. Она также является источником высокоэнергетической плазмы, простирающийся на 8000 световых лет и берущей своё начало в центре галактики. Изображение: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

В погоне за двумя чёрными дырами

Галактика M87 подарила команде Доулмана вторую цель. Её сверхмассивная чёрная дыра имеет массу около 6,5 миллиардов Солнц, в отличие от Стрельца A*, чья масса примерно равняется 4,5 миллионам Солнц. Но поскольку расстояние до M87 оценивается в 55 миллионов световых лет, её силуэт сравним по визуальным размерам с чёрной дырой Стрелец A*, диаметр которой можно сопоставить со средним расстоянием от Солнца до Меркурия. При этом последняя расположена более чем в 2000 раз ближе, чем чёрная дыра в галактике М87 — примерно в 26000 световых лет.

«Нет других известных нам чёрных дыр, чей силуэт на небе настолько сильно выделялся бы», — говорит Доулман. «Каждый раз, когда мы начинали свои наблюдения, мы отслеживали их обе, потому что никогда не знаешь, за какой из них будет легче следить».

Для успешной работы Телескопа горизонта событий, все его составные части должны быть расположены в местах с идеальной погодой. По мере того как Земля вращается, каждый радиотелескоп последовательно передает другому свои обязанности, чтобы максимально увеличить время наблюдения. Вращение планеты эффективно перемещает их по различным областям рефлектора виртуального телескопа , повышая качество собранных данных.

В апреле 2017-го года были получены безупречные данные как по M87, так и по Стрельцу A* благодаря пяти абсолютно безоблачным ночам на всех шести объектах — на Гавайях, Южном полюсе, в Аризоне, Мексике, Испании и Чили. Петабайты данных, хранящихся на жестких дисках, физически отправлялись со всех станций на суперкомпьютеры в Бостоне и Бонне для интенсивной обработки и сопоставления. Чёрная дыра M87 победила — вместе с Эйнштейном. Гипотетическое описание её внешнего вида, основанное на общей теории относительности, было удивительно похоже на то, какое изображение в итоге получил Телескоп горизонта событий.

К марту 2020-го года в BHI заговорили о том, что есть шанс создать отдельное изображение Стрельца A*, основываясь на данных 2017-го года. Хотя эта чёрная дыра и была первоначальной целью Доулмана, наблюдение за ней проводить весьма непросто. И, как и в устаревших камерах, Телескоп горизонта событий требует, чтобы объекты находились неподвижно для получения резкой экспозиции. Плазма, вращающаяся вокруг Стрельца A*, может изменить форму за считанные минуты. Это затрудняет фотографирование. «Тот факт, что Стрелец A* движется, означает, что для того, чтобы изобразить её структуру, нам придётся смоделировать перемещения этой чёрной дыры– по сути, снимая фильм», — говорит Доулман.

Также осложнеют ситуацию 251 триллион километров самого разнообразного вещества, расположенного между чёрной дырой и Землёй в диске Млечного Пути,. «Газ, находящийся между нами и Стрельцом A*, даёт эффект размытия (даже если бы Стрелец A* и оставался неподвижен), — объясняет Доулман, — так что это отдельный вид проблемы. Мы обходим размытие, в основном, проводя наблюдение на более высоких частотах, где подобные эффекты уменьшаются». Для создания чёткого изображения команда также разрабатывает специализированные алгоритмы, предназначенные для дальнейшего смягчения эффекта размытия.

Однако чёрная дыра M87 в 1000 раз больше и стабильнее, чем Стрелец A* — она слишком велика, чтобы изменить свой профиль за одну ночь. Если бы все чёрные дыры звёздной массы, обнаруженные с помощью гравитационных волн, были масштабированы до размера чупа-чупсов, чёрная дыра M87 возвышалась бы над ними, как зияющая пасть шириной в полтора километра. Серия наблюдений в этом году может показать, насколько чёрная дыра M87 изменилась за четыре прошедших года. Ведь в 2020-м все соответствующие мероприятия были отменены из-за COVID-19.

Будучи нанесённой на рисунок млечного пути, Волна Рэдклиффа (линия красного цвета) кажется удивительно прямой. Наше Солнце обозначено желтой точкой. Изображение любезно предоставлено Алиссой Гудман, Гарвардский университет.

Космические совпадения

Ключевую роль в успехе EHT сыграл инженер-электрик Джонатан Вайнтроуб, руководитель отдела цифровой обработки сигналов в Submillimeter Array (SMA) на Гавайях. В 2006-м году, чтобы создать единую виртуальную антенну, он модернизировал шесть из восьми антенн SMA для более коротких волн, использовав сверхохлажденные (4 Кельвина — примерно -269.15 ℃) атомные часы и приёмники. Адаптация матриц, изначально разработанных для длины волны 3,5 мм, до 1,3 мм была критически важной из-за необходимости получения чётких изображений с высоким разрешением.

«Есть различные линии поглощения, которые делают атмосферу Земли непрозрачной для радиоволн», — говорит Вайнтруб. «Но в атмосфере есть “окна“, которые можно использовать, и они находятся именно на этих предпочтительных длинах волн (3,5 мм и 1,3 мм)».

Также случается, объясняет Вайнтруб, что при наблюдении на более короткой длине волны в 1,3 мм, с помощью телескопа в один диаметр Земли, EHT достигает минимального разрешения, необходимого для того, чтобы увидеть в небе что-то размером со Стрельца A*. Это можно сравнить с наблюдением за футбольным матчем на поверхности Луны с Земли. Еще одно преимущество подобного диапазона: волны длиной в 1 мм не только проникают сквозь водяной пар, распространенный в атмосфере Земли, но также и сквозь галактическую пыль. «Как сказал бы Шеп (Доулман), это чудесное космическое совпадение», — говорит Вайнтруб.

Еще одно удачное совпадение произошло как раз в то время, когда Доулман расширял EHT после своего успеха в 2009-м году — к сети была подключена чилийская Атакамская большая решётка миллиметрового (субмиллиметрового) диапазона (ALMA). Она остаётся крупнейшей радиообсерваторией в мире и сыграла важную роль в успехе EHT. «Чтобы перейти от оценки размеров этих объектов к созданию изображений, вам понадобится очень чувствительная установка с технологией интерферометрии со сверхдлинной базой, расположенная в центре массива из радиотелескопов», — говорит Доулман.

Доулман стал главным исследователем проекта по объединению сигналов от 64 антенн ALMA в одну 85-метровую виртуальную антенну. Вайнтруб помогал спроектировать систему на раннем этапе. Названная ALMA Phasing Project, она синхронизировала в цифровой форме синусоидальные волны от всех антенн в один коррелированный сигнал. Это было необходимо для компенсации незначительных различий во времени, которое требуется радиоволнам, чтобы достичь каждой антенны, поскольку каждая из них находится на немного разном расстоянии от целей в небе.

Основываясь на успехе наблюдений на длине волны в 1,3 мм, команда EHT теперь переходит к её еще более короткой версии в 0,87 мм (что улучшит разрешение на 50 процентов), при этом Стрелец A* продолжает оставаться в центре внимания. В следующем году к уже существующим восьми присоединятся три новых объекта с увеличенной пропускной способностью и с возможностью работы на более коротких диапазонах длинн волн — в Гренландии, Франции и Аризоне. Это позволит получить более чёткие изображения. Но наблюдение на таких коротких длинах волн также имеет и существенные недостатки, такие как большая уязвимость к несовершенствам поверхности антенны, атмосферным аберрациям и ограничениям приёмника. Это делает исследования ещё более сложными.

И даже эти «короткие» радиоволны всё ещё более длинны по сравнению, скажем, с инфракрасным, видимым или рентгеновским светом, наблюдаемым другими приборами. «Это фотоны очень низкой энергии», — говорит Доулман о свете, который они пытаются уловить. «Когда EHT наблюдал за Стрельцом A* в течение всего дня, все радиоволны, которые мы собирали, имели суммарную энергию, эквивалентную энергии комара, решившего приземлиться на вашу руку».

Картографирование пылевых облаков в 3D (слева направо). Обсерватория / Gaia рассчитывает точные дистанции до звёзд / Визуализация звёзд показывает влияние эффекта пыли на их цвет и яркость / Звёзды / Пылевые облака / Пыль делает звёзды более тусклыми и красными.

Измерить дистанцию до пылевых облаков, которые очень большие и объемные, довольно трудно. Астрономы решают подобную задачу не наблюдая за ними напрямую, а изучая искажения цвета видимых звёзд, находящихся за этими облаками. Затем они сравнивают полученные данные с точными измерениями дистанции до звёзд, проведёнными телескопом Gaia. Изображение: ROEN KELIX, A. GOODMAN, 2009.

Создание галактических волн

В 2019-м году группа учёных в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики (CfA), расположенном чуть ниже по улице от BHI в Гарвардском институте перспективных исследований Рэдклиффа, начала свои поиски ближе к «дому» — в нашем собственном спиральном рукаве Млечного Пути.

Их основным инструментом стал Gaia, обзорный телескоп Европейского космического агентства, который способен измерять расстояние до звёзд и определять их положение с беспрецедентной точностью. Будучи удалённым на 1,5 миллиона километров от орбиты Земли, Gaia располагается в точке Лагранжа L2, где объединенная гравитация Земли и Солнца уравновешивает собственную орбитальную центробежную силу космического аппарата.

Этот телескоп размером с внедорожник позволяет снимать Млечный Путь во всех направлениях с помощью набора зеркал, дифракционных решеток и ПЗС-датчиков для измерения расстояния до более чем миллиарда звёзд Млечного Пути, что составляет около одного процента от их предполагаемого общего числа в нашей галактике. Gaia делает это с высочайшей точностью с использованием низкотехнологичного метода, изобретенного греческим астрономом Гиппархом в 189 г. до н. э. для измерения дистанции до Луны: параллакса. Измеряя относительное положение, яркость и цвет каждой звезды до 70 раз в течение своей многолетней миссии, Gaia создает энциклопедическую карту расстояний Млечного Пути.

Используя свежие данные, полученные с помощью Gaia, а также наблюдения с наземных телескопов, команда Рэдклиффа обнаружила нечто экстраординарное: череду взаимосвязанных звёздных колыбелей, расположенных в плоскости спиралевидного диска нашей галактики, а также вне его. Синусоидальная цепочка молекулярных облаков, получившая название Волны Рэдклиффа, имеет длину в 9000 и ширину в 400 световых лет. Она простирается на 500 световых лет вне галактической плоскости, выше и ниже её, сразу за пределами Солнечной системы, примерно в 500 световых годах от Солнца.

Некоторые расчеты показывают, что мы, возможно, даже «бороздили» волну Рэдклиффа 13 миллионов лет назад. «Если бы Солнце сейчас находилось внутри этой волны, это выглядело бы потрясающе», — говорит профессор астрофизики Гарвардского университета Алисса Гудман, активно участвовавшая в проекте. «Все эти красивые туманности, все массивные области звёздообразования были бы намного ближе, и их стало бы намного легче увидеть».

К огорчению некоторых традиционалистов, открытие волны Рэдклиффа разрушило почтенную астрономическую модель, получившую название «Пояс Гулда», представляющую знакомую полосу молекулярных облаков, которая проходит через Орион и соседние созвездия в виде окружающего Солнечную систему расширяющегося эллипса. В этой визуализации Солнце находится внутри кольца звёздообразующих облаков (так называемых звёздных колыбелей).

Волна Рэдклиффа (отмечена на рисунке красным цветом) представляет собой соединенную линию из звёздных колыбелей, молекулярных облаков и сверхновых. Здесь она наложена на изображение, с помощью которого художник передал своё видение нашей галактики.

Солнце помечено жёлтым цветом и находится на расстоянии около 500 световых лет от ближайшей точки Волны. Длинная змеиная структура составляет около 9000 световых лет в длину и 400 световых лет в ширину. Она поднимается и опускается примерно на 500 световых лет выше и ниже средней плоскости нашего галактического диска. Изображение любезно предоставлено Алиссой Гудман из Гарвардского университета.

Но команда не собиралась менять наше восприятие Млечного Пути. «Всё действительно началось как другой проект», — говорит Гудман, имея в виду своё партнерство с приглашенным профессором Жоау Алвесом из Венского университета, ведущим автором статьи об открытии, сделанном 7 января и опубликованном в журнале Nature. «Всё началось с идеи сделать что-нибудь с помощью телескопа Gaia, чтобы понять трёхмерную природу областей звёздообразования около Солнца во Млечном Пути. Вот настолько размытым был наш первоначальный план».

На стыке искусства и науки

Когда Алвес прибыл в Гарвард в 2018-м году в качестве стипендиата Рэдклиффа с целью составить лучшую карту галактики, он думал о Gaia, молекулярных облаках и звёздообразовании. Затем он столкнулся с историей и искусством, которые изменили его вселенную — или, по крайней мере, его взгляд на Млечный Путь.

В то время художница Анна фон Мертенс готовила в университете выставку «лоскутных одеял» и рисунков, основанных на исторических фотографиях ночного неба, запечатлённых на стеклянных пластинах, которые использовала Генриетта Ливитт, одна из известнейших женщин-вычислителей обсерватории Гарвардского колледжа на рубеже прошлого века.

Внимательный анализ этих пластин, выполненный Ливитт, открыл дверь в современную астрономию — в частности, привел к открытию цефеид, переменных звёзд, светимость которых увеличивается и уменьшается с регулярной точностью. Она осознала, что цефеиды с одинаковыми периодами обладают одинаковой внутренней яркостью. Это означало, что их можно было использовать как надёжные стандартные свечи для измерения расстояний. Открытие, теперь называемое законом Ливитт, позволило Эдвину Хабблу понять, что Млечный Путь — лишь одна из многих галактик, наполняющих гораздо большую расширяющуюся Вселенную.

На творениях фон Мертенс изображены звёздные следы, туманность Ориона и другие объекты исследования Ливитт. Алвес был заинтригован. Несколько раз он делился с фон Мертенс некоторыми из пластин с оцифрованными обзорами неба, которые он использовал в качестве исходных данных. Алвеса поразили вопросы фон Мертенс о них. По его словам, она спрашивала его о таких аспектах изображений, как артефакты, которые Алвес изначально считал неважными. «А потом я подумал: “Ага, почему бы мне тоже не взглянуть на это?“ Она всегда указывала на те вещи, на которые я не обращал внимания. Я был очарован этим. Я наблюдатель. Я должен смотреть на всё, а не только на то, что хочу увидеть», — говорит Алвес.

В своей собственной работе Алвес задавался вопросом, могут ли на самом деле быть связаны между собой, казалось бы, несопоставимые области звёздообразования в нашей галактике. Во время полета в Париж, воспроизводя в своём воображении образы туманности Ориона и вдохновленный нетрадиционным мышлением фон Мертенс, он представил себе некую «рампу» из материи, простирающуюся от туманности до галактической плоскости. Он подумал, что эта рампа может связать Орион с другими молекулярными облаками. Но для уверенности ему требовалось измерить расстояние до облаков.

Комплекс молекулярного облака Ориона. Изображение: Rogelio Bernal Andreo

Взгляд сквозь облака

Проблема исследования молекулярных облаков состоит в том, что они представляют собой не единый твердый объект, а разрозненные его части, состоящие из межзвёздного газа. Из-за этого трудно измерить расстояния до этих звёздных колыбелей.

Поэтому команда Рэдклиффа и CfA объединила данные, добытые с помощью Gaia, с информацией о цвете звёзд, полученной с наземных телескопов, которая содержит подсказки о веществе, расположенном между Землей и этими звёздами. Из-за молекулярных облаков звёзды позади них кажутся более тусклыми и красными, чем они являются (это называется угасанием и покраснением, соответственно). Кэтрин Цукер, аспирантка Гарварда, провела год, сравнивая поля звёзд, покрасневших от прохождения их света сквозь газовые облака, с более голубыми звёздами, расположенными перед этими облаками. Поскольку расстояния до них известны, благодаря аппарату Gaia Цукер смогла вычислить расстояния до облаков между ними. Опубликованные ею результаты на сегодняшний день служат наиболее полным каталогом локальных положений молекулярных облаков.

«Хуан (Алвес) думал, что тёмные полосы (пылевые облака) в небе соединяют созвездия Ориона и Большого Пса», — вспоминает Цукер. (Большой Пёс также является известной областью звёздообразования.) «Я была настроена скептично. Идея тонких газовых нитей, соединяющих плотные звёздные калыбели в единую структуру, казалась довольно радикальной».

В конце концов, Цукер рассчитала расстояние до каждого известного молекулярного облака в пределах двух килопарсеков (8150 световых лет) от Солнца и снизила погрешность предыдущих измерений с 30 до 5 процентов. И эти облака стали выстраиваться в явную синусоидальную волну. «Когда я нанесла их на карту, то увидела, что они вписываются в трёхмерное изображение этой волны», — говорит Цукер. «Тогда я подумала: “Вау, Хуан (Алвес), ты действительно был прав!“»

Ранее считалось, что область звёздообразования и Молекулярное облако Тельца являются частью пояса Гулда. Однако на самом деле они входят в состав волны Рэдклиффа. Изображение: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech; благодарность: R. Hurt (JPL-Caltech), CC BY-SA 3.0 IGO.

Карты Цукер показывают, что Волна Рэдклиффа необычайно велика — это волнистая газовая змея массой в 3 миллиона Солнц, соединяющая ряд звёздных колыбелей и сверхновых. Волна состоит из «остатков вещества, недостаточно плотного, чтобы быть способными формировать звёзды», — объясняет Цукер. «Чуть дальше вдоль этой структуры расположены отдельные области (звёздные колыбели), похожие на узлы, которые схлопываются и создают звёзды». Подобного образования никогда не наблюдалось ни в одной галактике, не говоря уже о нашей собственной. Рампа, о которой изначально думал Алвес, едва ли составляет 1/20 всей Волны.

Специализирующийся на компьютерной визуализации Гудман нанёс данные команды на карту с помощью программного обеспечения, разработанного в Гарварде и получившего название «клей». Другой картографический пакет с открытым исходным кодом, названный WorldWide Telescope, позволил ему поместить трёхмерную карту Цукер в более крупную проекцию Млечного Пути. «Облака волн Рэдклиффа точно соответствуют тому месту, где на основе данных WorldWide Telescope уже была гипотетическая тёмная полоса (в нашем спиральном рукаве)», — рассказывает Гудман. «Но гораздо лучше увидеть это в 3D, и хотя в большинстве научных проектов нет того самого знаменитого момента озарения, знаете, как это показывают по телевизору,для меня находка стала событием именно подобного рода».

Продвижение вперед

И это только начало. Алвес считает, что волна Рэдклиффа, возможно, оставила свой след на Земле в форме железа-60, радиоактивного атомного изотопа, рожденного в сверхновых, когда мы в последний раз проходили сквозь неё,. Но исследователь говорит, что спектроскопические методы пока не могут обнаруживать столь древние элементы, которые могли бы подтвердить подобное предположение. Гудман задаётся вопросом, сможем ли мы обнаружить искомые структуры в далёких спиральных галактиках. И всю команду очень интересует, почему Волна представляет собой такое идеальное синусоидальное образование, колеблющееся над и под галактической плоскостью будто натянутая струна.

Цукер сейчас сортирует данные, полученные с помощью Gaia, с относительным движением молодых звёзд в звёздных колыбелях, чтобы определить, реальны ли видимые колебания. Если да, то что же натягивает струну? Тёмная материя? Или, может быть, столкновение — карликовая галактика, которая прорывается сквозь нашу собственную? «Должен быть какой-то процесс, который собирает весь этот газ в этой линии», — говорит она. Теперь фокус состоит лишь в том, чтобы его идентифицировать.

Команда Доулмана всё ещё продолжает исследовать Стрелец A*. Следующей весной Телескоп горизонта событий снова обратит свой взор к небесам при помощи значительно усовершенствованной сети радиообсерваторий. Три новых объекта существенно улучшат эффективность глобального массива: удвоение телескопов увеличивает количество возможных измерений в четыре раза, поскольку интерферометрия со сверхдлинной базой опирается на исходные линии между парами этих установок.

Команда уже обсуждает создание анимаций динамики чёрной дыры или добавление космического радиотелескопа к существующему массиву. Между тем, они обрабатывают данные о Стрельце A* за 2017-й и 2018-й годы, надеясь пополнить их в этом году и готовятся снова ошеломить мир, возможно, на этот раз сверхчётким снимком уже нашей собственной чёрной дыры.

Современной астрономии присуща работа как с бесконечно малым, так и с бесконечно большим. Но независимо от того, наблюдают ли астрономы за ближайшими звёздными колыбелями или далёкими чёрными дырами, их открытия могут помочь нам лучше понять галактику, в которой мы живем — изучая необъятные окрестности с крохотной планеты Земля.

Это перевод оригинальной статьи с сайта Astronomy.com, написанной Рэндаллом Хайманом 15 октября 2020 года.