Ранее в этом году астрономы наткнулись на захватывающую находку: тысячи черных дыр, вероятно, существуют около центра нашей галактики.
Рентгеновские снимки, позволившие сделать это открытие, были получены не с какого-то современного телескопа. И при этом они даже не были недавно взяты - некоторые данные были собраны почти 20 лет назад.
Нет, исследователи обнаружили черные дыры, копаясь в старых, давно заархивированных данных.
Подобные открытия станут более распространенными, поскольку эра «больших данных» меняет методы науки. Астрономы собирают экспоненциально большее количество данных каждый день - так много, что потребуются годы, чтобы раскрыть все скрытые сигналы, скрытые в архивах.
**********
Шестьдесят лет назад типичный астроном работал в основном один или в небольшой команде. Вероятно, у них был доступ к относительно большому наземному оптическому телескопу в их учреждении.
Их наблюдения были в основном ограничены оптическими длинами волн - более или менее тем, что видит глаз. Это означало, что они пропускали сигналы от множества астрофизических источников, которые могут излучать невидимое излучение от очень низкочастотного радио вплоть до высокоэнергетических гамма-лучей. По большей части, если вы хотите заниматься астрономией, вы должны быть богатым академиком или эксцентричным человеком, имеющим доступ к хорошему телескопу.
Старые данные хранились в виде фотопластин или опубликованных каталогов. Но доступ к архивам из других обсерваторий может быть затруднен - и это было практически невозможно для астрономов-любителей.
Сегодня существуют обсерватории, которые охватывают весь электромагнитный спектр. Эти современные обсерватории, которые больше не управляются отдельными учреждениями, обычно создаются космическими агентствами и часто являются совместными усилиями с участием многих стран.
С наступлением цифрового века почти все данные становятся общедоступными вскоре после их получения. Это делает астрономию очень демократичной - любой, кто захочет, может повторно проанализировать практически любой набор данных, из которого поступают новости. (Вы также можете посмотреть на данные Чандры, которые привели к открытию тысяч черных дыр!)
Космический телескоп Хаббл (НАСА) Эти обсерватории генерируют ошеломляющее количество данных. Например, космический телескоп Хаббл, работающий с 1990 года, сделал более 1, 3 миллиона наблюдений и передает около 20 ГБ необработанных данных каждую неделю, что впечатляет для телескопа, впервые разработанного в 1970-х годах. Большой миллиметровый массив Atacama в Чили теперь предполагает добавление 2 ТБ данных в свои архивы каждый день.
**********
Архивы астрономических данных уже впечатляюще велики. Но вещи вот-вот взорвутся.
Каждое поколение обсерваторий обычно, по крайней мере, в 10 раз более чувствительно, чем предыдущие, либо из-за улучшенных технологий, либо из-за того, что миссия просто больше. В зависимости от продолжительности новой миссии, она может обнаружить в сотни раз больше астрономических источников, чем предыдущие миссии на этой длине волны.
Например, сравните раннюю гамма-обсерваторию EGRET, которая летала в 1990-х годах, с флагманской миссией НАСА Fermi, которой в этом году исполняется 10 лет. EGRET обнаружил только около 190 источников гамма-излучения в небе. Ферми видел более 5000.
Большой синоптический обзорный телескоп, оптический телескоп, который в настоящее время строится в Чили, будет снимать все небо каждые несколько ночей. Он будет настолько чувствительным, что будет генерировать 10 миллионов предупреждений за ночь на новых или временных источниках, что приведет к созданию каталога с более чем 15 петабайтами через 10 лет.
Квадратный массив, построенный в 2020 году, станет самым чувствительным телескопом в мире, способным обнаруживать радиолокационные станции в аэропортах инопланетных цивилизаций на расстоянии до 50 световых лет. Всего за один год деятельности он будет генерировать больше данных, чем весь интернет.
Эти амбициозные проекты будут проверять способность ученых обрабатывать данные. Изображения должны будут обрабатываться автоматически - это означает, что данные должны быть уменьшены до приемлемого размера или преобразованы в готовый продукт. Новые обсерватории расширяют границы вычислительной мощности, требуя средств, способных обрабатывать сотни терабайт в день.
Полученные архивы - все для публичного поиска - будут содержать в 1 миллион раз больше информации, чем то, что может быть сохранено на вашем обычном 1 ТБ резервном диске.
**********
Поток данных сделает астрономию более совместной и открытой наукой, чем когда-либо прежде. Благодаря интернет-архивам, надежным учебным сообществам и новым инициативам по информированию граждане теперь могут участвовать в науке. Например, с помощью компьютерной программы любой может использовать время простоя своего компьютера для поиска гравитационных волн от сталкивающихся черных дыр.
Это захватывающее время и для ученых. Такие астрономы, как я, часто изучают физические явления в таких временных масштабах, которые настолько сильно выходят за рамки обычной человеческой жизни, что наблюдать их в реальном времени просто не произойдет. Такие события, как типичное слияние галактик - как это и звучит, - могут длиться сотни миллионов лет. Все, что мы можем сделать, это сделать снимок, похожий на один кадр из видео автомобильной аварии.
Тем не менее, есть некоторые явления, которые происходят в более короткие сроки, занимающие всего несколько десятилетий, лет или даже секунд. Вот как ученые обнаружили тысячи новых черных дыр в новом исследовании. Также недавно они поняли, что рентгеновское излучение из центра соседней карликовой галактики затухает с тех пор, как впервые было обнаружено в 1990-х годах. Эти новые открытия позволяют предположить, что в архивных данных за десятилетия будет найдено больше.
Струя горячего газа в черной дыре в гигантской эллиптической галактике M87. (НАСА, ЕКА, Э. Мейер, В. Спаркс, Дж. Биретта, Дж. Андерсон, С. Т. Сон и Р. ван дер Марел (STScI), К. Норман (Университет Джона Хопкинса) и М. Накамура (Academia Sinica) )) В своей работе я использую архивы Хаббла для создания фильмов о «струях», высокоскоростной плазме, выбрасываемой в пучки из черных дыр. Я использовал более 400 необработанных изображений за 13 лет, чтобы снять фильм о самолете в соседней галактике M87. Этот фильм впервые показал скручивающие движения плазмы, предполагая, что струя имеет спиральную структуру.
Такая работа была возможна только потому, что другие наблюдатели, для других целей, просто делали снимки интересующего меня источника, еще когда я был в детском саду. По мере того, как астрономические изображения становятся больше, с более высоким разрешением и все более чувствительными, такие исследования станут нормой.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Эйлин Мейер, доцент физики, Университет Мэриленда, округ Балтимор
