Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы
Шрифт:
Ди-джей сразу знает, синхронизировал ли он проигрыватели, а нам предстоит долго ждать результатов. Если ди-джей ошибся и ритмы двух песен не синхронизированы, он сразу это заметит или в крайнем случае увидит, что танцующие затыкают уши и из-за резких звуков убегают с танцпола. Но, проводя измерения, мы не можем проверить, все ли работает синхронно. Наш опыт наблюдений напоминает опыт первых исследователей морских просторов: без GPS, без каких-либо ориентиров они плыли по безбрежным водам, надеясь добраться до далекой цели. До самого конца мы не будем знать, не пошли ли все наши усилия прахом. Как и путешественники, мы узнаем это, только благополучно добравшись до цели. Полосы – иначе говоря, хорошо перекрывающиеся структуры – обнаружить удается не всегда. До поступления результатов нам остается только ждать, нервничать и грызть ногти.
Чтобы подстроить темп каждого
Подобные расчеты – дело трудоемкое и выматывающее. И для ошибок тут много места: если сместиться всего на миллисекунду, придется пересматривать миллионы альтернативных вариантов. Полный анализ корреляций часто продолжается дольше самих наблюдений. По этой причине начинают всегда с базисных тестов, которые включают небольшой объем данных, полученных двумя телескопами, что направлены на очень яркий квазар.
26 апреля 2017 года поступают первые сообщения о корреляциях. Майк Титус, эксперт по корреляциям из MIT, гордо рапортует, что обнаружены первые интерференционные полосы для данных, полученных при наблюдении за квазаром OJ 287, телескопами JCMT на Гавайях и LMT в Мексике. Вес взят. Это похоже на крик матроса: “Вижу землю!” Мы постепенно продвигаемся вперед. На следующий день Титус сообщает о еще более четкой интерференционной картине, построенной на основании данных телескопов JCMT, LMT и SMA для радиоисточника 3C 279. Практически каждый день поступают новые сведения об успехах, и мало-помалу в наши расчеты включается вся сеть. 5 мая я информирую директора IRAM [162] , что EHT обнаружил интерференционные полосы от сигналов практически всех телескопов. Невероятно, но сработало, все сработало! Даже если у нас нет ни малейшего представления о том, что именно покажут наши данные, – они все равно лучшие из когда-либо полученных в экспериментах такого рода! В космосе мы ступили на новую, неизведанную территорию.
162
Карл Шустер, директор IRAM.
Однако прошло целых девять месяцев, прежде чем мы закончили вычисление корреляции всех данных, включая данные с Южного полюса. Но еще до того, как у нас появилась хоть какая-то информация о том, что конкретно нам станет известно на основании полученных данных, мы начали второй раунд наблюдений.
28 апреля 2018 года удача отвернулась от нас. Мы теряем целых три дня, поскольку не готов новый приемник одного из телескопов, да еще и погода не желает нам благоприятствовать. На Пико дель Велета я не вижу край телескопа – он теряется в тумане. Антенны телескопа ALMA в Чили неожиданно покрылись льдом, да и в Аризоне и на Гавайях погода так себе. И все же в наблюдениях первый раз принимает участие новый Гренландский телескоп (GLT), которым управляют наши коллеги из Тайбэя.
Затем приходят шокирующие новости: нам сообщают, что в Мексике нашу группу захватила вооруженная банда. Там и мой аспирант Майкл Янссен. Безостановочно ругая себя, я без надежды на успех стараюсь связаться с ним по телефону. Какие еще опасности подстерегают наших товарищей? Раньше ничего подобного не случалось, но сейчас именно я отвечаю и за проект, и за своих коллег. Наконец я дозваниваюсь до Майкла. “Черный пикап блокировал нам дорогу, когда мы пытались добраться до телескопа, – торопливо говорит он. – Нас окружили шестеро хорошо вооруженных мужчин в масках. Мы подняли руки. Один из них немного говорил по-английски. Когда я понял, что он нервничает, то забеспокоился еще больше”. Описывая, что с ними происходило, Майкл говорит удивительно собранно, но я понимаю, насколько он потрясен. “Я пытался объяснить им, что мы астрономы. Затем началась неразбериха. Они сказали, что будут нас охранять, а потом уехали. Кэтрин Боуман и Линди Блэкберн уже добрались до телескопа. К счастью, с ними ничего не случилось, и со мной сейчас тоже все в порядке”, – заключает он. “Вы
163
Дэвид Хьюз, директор LMT.
Никто не знал, был ли этот инцидент неудавшимся покушением или спецоперацией секретной полиции. И мы не собирались это выяснять. Примерно тогда же обострились отношения между мафиози из штата Пуэбла и центральным мексиканским правительством. Позднее на извилистой, с плохим обзором дороге, ведущей к спящему вулкану Сьерра-Негра, стали все чаще устраиваться засады. В результате в феврале 2019 года в мексиканском Национальном институте астрофизики, оптики и электроники, управлявшим этим телескопом, пришли к логичному решению остановить на какое-то время работу LMT и находящегося неподалеку Гамма-телескопа HAWC [164] .
164
Lizzie Wade. Violence and Insecurity Threaten Mexican Telescopes. // Science, February 6, 2019. https://www.sciencemag.org/news/2019/02/violence-and-insecurity-threaten-mexican- telescopes#.
По этой и по другим причинам (технические проблемы с разными телескопами) следующий раунд измерений, намеченный на 2019 год, не состоялся. Мы хотели повторить попытку в 2020 году, и я планировал отправиться на NOEMA – новый телескоп IRAM на плато де Бюр во Французских Альпах, но в этот раз наши планы разрушил коронавирус. За две недели до старта кампании был объявлен локдаун – опять никаких измерений! Похоже, 2017 год оказался нашим годом чудес. Данные за 2017-й должны были показать, удалось ли нам воспользоваться этой уникальной возможностью.
11
Разрешение изображения
Изображения космического пространства не падают сами с неба. Напротив – каждый астроном знает, сколько терпения и усилий требуется от него, чтобы получить изображение космоса, особенно если световые волны хранятся на жестких дисках. Собрав данные, мы, по сути, должны смонтировать на компьютере телескоп, охватывающий весь земной шар, и понять, как будет антенна или зеркало этого гигантского телескопа обращаться с реальными волнами.
Математическая операция, которую выполняет зеркало, фокусируя идущий из космоса свет, называется преобразованием Фурье в честь французского математика Жана-Батиста Жозефа Фурье. Он ввел это преобразование в 1822 году, и сегодня его используют во всех мыслимых областях нашей повседневной жизни. Любой, кто хранит на своем компьютере сжатые JPEG-изображения или музыкальные MP3-файлы, в том или ином виде использует преобразование Фурье. То же самое делают и наши уши, преобразуя колебания в ноты. С точки зрения математики уши, как и вогнутые зеркала, – гениальные математики, способные автоматически, даже во сне, выполнять сложные математические операции. Это знакомо любому, кто просыпался посреди ночи от писка неправильно поставленного будильника. Но если зеркало телескопа – компьютер, то сначала требуется решить сложную задачу: самим составить программу, выполняющую такие преобразования. Иначе говоря, научить компьютер пошагово выполнять эту операцию.
Уникальное свойство преобразования Фурье – возможность не учитывать часть информации, не теряя при этом общего представления об изображении или музыкальном фрагменте. Электронные устройства всегда используют преимущества процессов сжатия данных: при преобразовании Фурье изображения или музыкального произведения несущественная часть данных отбрасывается, а оставшаяся часть сохраняется. Однако в любой момент сохраненные данные можно преобразовать обратно в исходное изображение или музыкальный отрывок. Различия будут практически незаметны, но объем данных становится существенно меньше и, следовательно, больше изображений можно сохранить на одной карте памяти.