Крупнейший радиотелескоп MeerKAT запустили в тестовом режиме на четверть мощности19.07.2016 21:07

В первый сеанс работы открыто 1230 новых галактик

Радиотелескоп MeerKat на этапе постройки. Фото: MeerKat/SKA South Africa

Даже при работе в четверть мощности (16 из 64 антенн) южноафриканский радиотелескоп MeerKat в минувшую субботу показал свою феноменальную силу. На первом опубликованном снимке видно примерно 1300 галактик в крохотном уголке звёздного неба, где до этого момента было известно только 70 галактик. Первое изображение с MeerKAT опубликовано 16 июля 2016 года.
Когда все 64 антенны войдут в строй, радиотелескоп MeerKat войдёт в состав глобального радиоинтерферометра SKA (Square Kilometre Array) с приёмными антеннами, разнесёнными на расстояния более 3000 км от концентрированного центрального ядра.

MeerKat в ЮАР — один из двух крупных кластеров SKA, второй кластер будет размещён в Австралии и Новой Зеландии. Изначально эти страны боролись за право размещения радиоинтерферометра, но в марте 2012 года организаторы проекта решили, что лучше всего среднечастотные антенны MeerKAT разместить в ЮАР, а низкочастотные антенны — в ЮАР и Новой Зеландии. В обоих случаях для размещения оборудования выбрана местность вдали от крупных населённых пунктов, чтобы максимально уменьшить электромагнитные помехи от вещательных радиостанций, телевидения, радаров и др. Решётка MeerKAT установлена поблизости посёлка Карнарвон, в 600 километрах к северу от Кейптауна.

Дополнительные антенны SKA планируется разместить ещё в восьми африканских странах. Всего же в проекте «Квадратная километровая решётка» участвует около 100 научных организаций из 19 стран.

Это большой международный проект с общим бюджетом около $2,5 млрд. Правительство ЮАР, несмотря на трудности в экономике, выделило на него $205 млн.

Огромная «виртуальная антенна» SKA состоит из 3000 параболических антенн и 2 миллионов дипольных антенн.

Параболические и дипольные антенны SKA в Австралии. Фото: MeerKat/SKA South Africa

Она будет иметь чувствительность в десятки или сотни раз выше, чем любой другой существующий радиотелескоп, в том числе самый большой в мире радиотелескоп РАТАН-600 Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук. Этот гигант с рефлекторным зеркалом 576 метров расположен в Карачаево-Черкесии, недалеко от станицы Зеленчукская. Общая площадь кольца параболического рефлектора — 20400 м².

Радиотелескоп РАТАН-600

Радиотелескоп РАТАН-600 работает в диапазоне радиоволн 0,8–50 см.

16 июля 2016 года руководство MeerKAT объявило о завершении первой фазы постройки телескопа и вводе в эксплуатацию первых 16 радиоантенн комплекса.

Для первого тестового сеанса работы был выбран относительно пустынный участок неба, в котором раньше наблюдалось 70 галактик. Этот маленький фрагмент покрывает всего 0,01% от общей площади ночного неба.

Монтаж изображения First Light с радиотелескопа MeerKat с четырьмя увеличенными фрагментами. На двух фрагментах справа видны галактики с массивными чёрными дырами в центре; в левом нижнем углу — галактика на расстоянии примерно в 200 млн световых лет с гигантским облаком водорода. Фото: MeerKat/SKA South Africa

Радиотелескоп даже с 16 из 64 антенн выдал потрясающую «картинку», на которой отмечены около 1300 разнообразных галактик. Высокое разрешение телескопа позволило даже детально рассмотреть некоторые из них. По центру отдельных галактик зарегистрированы сверхмассивные чёрные дыры, на присутствие которых указывают пучки плазмы на около световых скоростях и специфическая форма галактик.

Увеличенный фрагмент примерно 10% изображения First Light, на нём видно более 200 астрономических объектов (светлые точки). Ранее в этом районе было известно только 5 объектов (обведены фиолетовым). Фото: MeerKat/SKA South Africa

Увеличенный фрагмент примерно 1% изображения First Light, на нём изображён объект «Fanaroff-Riley Class 2» (FR2): сверхмассивная чёрная дыра в центре поглощает материю и выплёвывает часть её в виде тонких пучков плазмы, разогнанной до околосветовых скоростей (яркая точка в центре). Фото: MeerKat/SKA South Africa

«Те результаты наблюдений, которые мы показали вам сегодня, наполняют нас уверенностью в том, что до открытия SKA наш MeerKAT будет ведущим радиотелескопом мира после того, как будут установлены все 64 радиотарелки», — сказал Джастин Джонас (Justin Jonas), главный инженер южноафриканской части SKA.

Изображения, полученные с MeerKat, оказались «гораздо лучше, чем мы ожидали», добавил главный научный сотрудник проекта SKA в ЮАР Фернандо Камило (Fernando Camilo). Он добавил, что даже сейчас с 16 антеннами MeerKat является крупнейшим радиотелескопом в южном полушарии. После окончания строительства MeerKat станет самым чувствительным в мире радиотелескопом в L-диапазоне (дециметровый диапазон). В этом диапазоне можно регистрировать нейтральный водород, который, как правило, невидим в межзвёздном пространстве. Нейтральные атомы водорода регистрируются на резонансной частоте сверхтонкого перехода 1420 МГц.

Радиотелескоп MeerKat. Фото: MeerKat/SKA South Africa

Уже большее 500 научных коллективов из 45 стран мира забронировали слоты для научных измерений с помощью MeerKat с 2017 по 2022 годы.

Старт наблюдений SKA планируется на 2019 год, а выход на полную мощность — к 2024 году. Наряду со строительством решётки радиотелескопов, инженерам SKA придётся решить проблему обработки и хранения данных, ведь проект требует записи до 1 петабайта сжатых данных в сутки. Самый большой радиотелескоп в мире поможет проверить положения общей теории относительности, собрать данные об эволюции Вселенной и тёмной материи. Список утверждённых научных проектов для изучения на MeerKAT включает в себя:

детектирование гравитационной радиации (проект Radio Pulsar Timing);
изучение нейтрального водорода на ранних этапах формирования Вселенной (проект LADUMA — Looking at the Distant Universe with the MeerKAT Array);
поиск первых светоизлучающих объектов во Вселенной на ранних этапах её развития (проект MESMER — MeerKAT Search for Molecules in the Epoch of Re-ionisation);
изучение возможных изменений значения фундаментальных констант в ранней Вселенной (проект MeerKAT Absorption Line Survey);
изучение разных видов галактик и их формирования (проект MHONGOOSE — MeerKAT HI Observations of Nearby Galactic Objects: Observing Southern Emitters);
исследование новых и экзотических пульсаров (проект TRAPUM — Transients and Pulsars with MeerKAT)
тщательное изучение Скопления Печи — второго по количеству членов скопления галактик в пределах 100 миллионов световых лет (проект MeerKAT HI Survey of the Fornax Cluster);
изучение галактической структуры и динамики, распределения ионизированного газа, линий рекомбинации, межзвёздного молекулярного газа и мазеров (проект MeerGAL — MeerKAT High Frequency Galactic Plane Survey);
глубокое длительное изучение самых ранних радиогалактик (проект MIGHTEE — MeerKAT International GigaHertz Tiered Extragalactic Exploration Survey);
регистрацию мощных радиоимпульсов, в том числе гамма-всплесков, рентгеновских двойных систем и сверхновых (проект ThunderKAT — The Hunt for Dynamic and Explosive Radio Transients with MeerKAT).