Картограф Млечного пути: как космический телескоп «Гея» преобразит астрономию

Европейская космическая миссия прольет свет на скрытые астероиды, на процесс расширения Вселенной и на экзопланеты.

Космический телескоп «Гея», запущенный в конце 2013 года Европейским космическим агентством (ЕКА), 14 сентября передаст свою первую карту Млечного Пути. В каталоге в трехмерном изображении будет показано местоположение 2 057 050 звезд и прочих объектов, и рассказано о том, как это местоположение изменилось за последние 20 лет. Со временем карта будет содержать один миллиард объектов, став в 1 000 раз более обширной и как минимум в 10 раз более точной, чем все то, что было составлено раньше.

Выпуск карты будет сопровождаться публикацией 19 научных работ астрономов «Геи», уже ознакомившихся с данными телескопа. А вот независимые команды только готовятся бросить на них первый взгляд. Астроном из шведской Лундской обсерватории Леннарт Линдегрен (Lennart Lindegren), ставший главной движущей силой проекта «Гея» с того момента, как о нем было объявлено в 1993 году, ожидает, что ученые напишут примерно 100 работ за считанные недели после выпуска чернового варианта каталога.

Некоторые организации готовят мероприятия под названиями «Взлом „Геи“» и «Спринт „Геи“», в рамках которых исследователи проведут коллективную работу, чтобы понять, как оптимально использовать внезапно упавшую на них манну небесную. «„Гея“ произведет революцию в наших знаниях о звездах и о Галактике», — говорит астроном из Нью-Йоркского университета Дэвид Хогг (David Hogg), возглавляющий часть этой работы. Так какие же открытия может сделать «Гея»?

Археология Млечного Пути

Трехмерное изображение Млечного Пути в движении покажет, как перемещаются звезды под воздействием его совокупной силы притяжения. Это расширит знания о структуре Галактики, в том числе, о тех ее частях, которые нельзя напрямую увидеть с Земли, скажем «перемычки» — две полосы, которые выходят прямо из галактического центра и присоединяют его к спиралевидным рукавам.

Исследователи смогут идентифицировать «аномальные» скопления звезд, которые перемещаются вместе на большой скорости. Считается, что это остатки слияния с более мелкими галактиками, говорит астроном Майкл Перриман (Michael Perryman), преподающий в Университетском колледже Дублина, а ранее работавший старшим научным сотрудником в ЕКА по программе «Гея». Эта подробная карта в сочетании с имеющейся информацией о таких факторах как цвет, температура и химический состав звезд, позволит исследователям воссоздать археологию Галактики, описав то, как она дошла до своего нынешнего состояния за последние 13 миллиардов лет. «За время своей работы „Гея“ существенно повлияет на наши представления о структуре Млечного Пути и его эволюции», — говорит астроном из Мичиганского университета Моника Валлури (Monica Valluri).

Где темная материя Млечного Пути?

Подробная информация о траектории звезд внутри Галактики покажет распределение не только видимой, но и темной материи, которая составляет основную часть массы большинства галактик. А это, в свою очередь, поможет понять, что такое темная материя.
«Гея» может также подвергнуть проверке некоторые экзотические теории. Теория стандартной темной материи предсказывает, что гравитационное поле Галактики сферически симметрично возле галактического центра, но затем вытягивается подобно мячу для игры в американский футбол, говорит Валлури. Однако альтернативная теория под названием МОНД (модифицированная ньютоновская динамика) предполагает, что это поле по своей форме больше похоже на блин. Проанализировав скорость звезд, которая зависит от гравитационного поля, «Гея» сможет проверить, какая из теорий верна.

Данные с телескопа могут даже подтвердить теорию о том, что темная материя убила динозавров. Если темная материя сконцентрирована в относительно тонком темном диске возле плоскости Галактики, гласит эта смелая теория, то она могла вызвать падение астероидов, которое становится причиной массовых вымираний, когда Солнечная система периодически пересекает этот диск.

Спорные расстояния до звезд

Точное измерение расстояний от тех или иных звезд до Солнца позволит астрофизикам доработать свои модели эволюционного развития звезд. Дело в том, что нынешние теории полагаются в основном на оценки расстояний, чтобы можно было понять, как яркость звезды меняется с течением времени.

Прежде всего ученые захотят исследовать рассеянное звездное скопление в созвездии Тельца Плеяды. Согласно данным наблюдений, в том числе, с помощью космического телескопа «Хаббл», это скопление находится от нас примерно в 135 парсеках (это 440 световых лет). Но результаты на основе данных с европейского высокоточного спутника для сбора параллаксов HIPPARCOS, которые были собраны до запуска «Геи», говорят о том, что Плеяды находятся от нас всего в 120 парсеках.

Кое-кто заявляет, что такое несоответствие ставит под сомнение точность HIPPARCOS. В телескопе «Гея» использует аналогичный, но усовершенствованный метод, и поэтому астрономы будут пристально следить за наблюдениями. «Я считаю, что „Гея“ наверняка опровергнет результаты HIPPARCOS», — заявляет Дэвид Содерблом (David Soderblom), работающий в космическом научно-исследовательском институте в Балтиморе и являющийся автором исследований «Хаббла».

Тысячи новых слов

Астрономы открыли тысячи планет, обращающихся вокруг других звезд, в большинстве случаев зафиксировав крошечные провалы в яркости звезд, когда перед ними проходит планета. «Гея» будет открывать планеты другим способом: измеряя легкие колебания в положении звезд, которые вызваны силой притяжения планет.

«Можно сделать ставку на то, что эта миссия откроет тысячи новых миров», — говорит астроном из Йельского университета Грегори Лафлин (Gregory Laughlin).

Метод поиска «Геи» лучше всего подходит для открытия крупных планет на относительно большой орбите, отмечает исследователь из туринской астрофизической лаборатории в Италии Алессандро Соцетти (Alessandro Sozzetti), работающий в рамках проекта «Гея». В отличие от первого метода, «Гея» будет напрямую измерять массу планет. Если все получится, это станет удивительным возвращением к методике с многочисленными фальстартами.

Но для открытия планет таким способом потребуется несколько лет наблюдений, причем предварительный обзор ожидается не ранее 2018 года, говорит Соцетти.

Насколько быстро расширяется Вселенная

Хотя «Гея» будет главным образом исследовать Млечный Путь, она окажет влияние на изучение всей обозримой Вселенной.

Метод прямого измерения расстояний «Геи» действует только в отношении объектов нашей Галактики и ее ближайшего окружения. Чтобы определить расстояние до далеких галактик, астрономы обычно ждут звездных взрывов сверхновых типа Iа. Яркость такой сверхновой показывает, насколько далеко находится соответствующая галактика. Такие указатели, или «стандартные свечи», это главный инструмент для определения скорости расширения Вселенной. Измерения привели астрономов к гипотезе о том, что таинственная «темная энергия» ускоряет данное расширение.

Но чтобы использовать сверхновые в качестве указателей, астрономы должны сравнить их с другими типами стандартных свечей в нашей Галактике. «Гея» уже в ближайшее время с высокой точностью измерит расстояния до тысяч таких звезд. Со временем такие измерения позволят космологам доработать свои карты Вселенной, а возможно также, разрешить некоторые противоречия в оценке темпов ее расширения.

Невидимая астероидная угроза

Непрерывно сканируя небо, «Гея» также будет обнаруживать вещи, находящиеся намного ближе к Земле. В конечном счете она может открыть примерно 350 000 астероидов внутри Солнечной системы и обнаружить сотни новых астероидов, говорит астроном из программы «Гея» Паоло Танга (Paolo Tanga) работающий в обсерватории Ниццы во Франции. Среди них будут околоземные объекты, чья орбита выведет их на расстояние около 200 миллионов километров от Земли.

Обнаружив такие околоземные объекты, «Гея» будет оповещать лаборатории, которые затем при помощи наземных телескопов смогут определить, насколько они опасны. Занимая выгодное положение в космическом пространстве, «Гея» будет сканировать почти все небо и обнаруживать объекты, которые в определенное время очень сильно приближаются к Солнцу, из-за чего их невозможно наблюдать с Земли, рассказывает астроном из Лейденской обсерватории в Нидерландах Энтони Браун (Anthony Brown), возглавляющий группу по обработке данных с «Геи». «Мы сможет наблюдать за ними в тех районах, которые в это же время обычно недоступны с Земли», — говорит он.

Следя на протяжении нескольких лет за тем, как определенные астероиды обращаются по орбите вокруг Солнца, «Гея» сможет проводить сложные тесты по гравитации из общей теории относительности Эйнштейна.