Самый большой радиотелескоп FAST поймал те же сигналы, что и "Вояджер", и встревожил учёных неожиданными данными

8 июня были опубликованы результаты многолетних исследований китайского радиотелескопа FAST. Они касаются повторяющихся радиосигналов, исходящих от загадочного источника, находящегося в глубине одной из самых старых и далёких галактик. Чтобы понять, почему именно радиотелескопы занимаются этим и почему именно китайские учёные впереди планеты всей, нужно сказать несколько слов о принципах работы радиотелескопов и о китайской космической программе.

Радиотелескопы изучают координаты источников, пространственную структуру галактик, интенсивность излучения космических объектов, их спектр и уровень поляризации. Если обратиться к простым аналогиям, это сверхгигантская тарелка, которая засекает даже слабые радиосигналы. Он незаменим, если речь идёт о поиске нейтронных звёзд. Первые подобные машины появились ещё в 30-х годах прошлого века. Но эпоха гигантов началась в 60-х, когда появился 305-метровый "Аресибо". Когда в 90-х китайцы проектировали свой FAST, они ориентировались на "Аресибо", но пошли гораздо дальше. Во-первых, у китайцев более мощный отражатель, а угол обзора, чувствительность и фокусное расстояние почти в два раза больше, во-вторых, FAST, в отличие от статичного "Аресибо", регулируется системой гидравлических приводов, что значительно расширяет его возможности. Забавно, что гейм-дизайнеры по-своему обыграли историю с "Аресибо" и FAST. В шутере Battlefield 4, вышедшем в 2013 году, действие происходит в Китае, при этом на одной из мультиплеерных карт в точности воспроизведён "Аресибо".

Справедливости ради следует уточнить, что "Аресибо" разрабатывали лет пять, строили три года, а все последующие десятилетия модернизировали, тогда как на создание гиганта FAST ушло 22 года, из них пять — только на строительство. Проектирование концепта, изучение технологий, ожидание технологического прорыва — на всё это нужно время.

Китайскому бюджету FAST обошёлся в 185 млн долларов, и неудивительно, что в первые годы эксплуатации Китайская академия наук отдавала предпочтение местным астрономам. И только когда открытия FAST потребовали уточнений и без зарубежных коллег было уже не обойтись, КНР включила зелёный свет исследователям из других стран. Примечательно, что в 2020 году "Аресибо" развалился (с 2010-го на него урезали финансирование, и это стало приговором), и вскоре FAST был официально пущен в эксплуатацию, хотя по факту работал на полную катушку с 2016 года. Символизм ситуации в том, что с 2010 года китайцы взяли курс на звание главной астрофизической державы, и FAST — олицетворение их амбиций.

С помощью FAST изучают формирование и эволюцию галактик, свойства тёмной материи, а также объекты эпохи ионизации — между 550 и 800 млн лет после Большого взрыва. Он считается самым большим в мире радиотелескопом с 500-метровой заполненной апертурой (сплошной антенной). Стоит отметить, что самый большой в мире радиотелескоп с незаполненной апертурой, 576-метровый РАТАН-600, сделан в России и достоин отдельного разговора.

Телескоп назвали FAST не только потому, что это аббревиатура Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, но и потому что он и вправду быстрый — в пять раз быстрее, чем "Аресибо". Перенастройка аппарата осуществляется при помощи робототехники, и такой уровень автоматизации позволяет назвать его полноценной небесной обсерваторией. Вот уж действительно, небесная техника для Поднебесной.

Радиоэлектронная часть — венец конструкции. Это девять мощнейших ретрансляторов плюс отдельный 19-лучевой приёмник на линии нейтрального водорода. В мире телескопов FAST сравнивают с самым мощным компьютером в мире — если бы он стоял на земле и занимался вычислениями, равных ему по объёму данных, скорее всего, не нашлось.

FAST — настоящий охотник за нейтронными звёздами. По состоянию на май 2021 года китайской командой учёных зафиксировано свыше двухсот пульсаров и им подобных объектов, и речь идёт именно о подтверждённых. То, что FAST, — лаборатория по изучению законов физики, действующих в экстремальных для материи условиях, не новость, а данность. Интригует второе направление, по которому обсерватория двигается с 2019 года. Это те самые "загадочные сигналы из космоса". Тут-то и задействуются все радиоресурсы телескопа на полную мощь. Диапазон частот телескопа FAST варьируется от 70 МГц до 3 ГГц. Предел "Аресибо" составлял 300 МГц.

"Небесный глаз Китая" очень чувствителен — любая бытовая техника может создать нежелательные помехи. Для космической науки это принципиальный момент — как-то американские астрофизики, работавшие с радиотелескопом "Паркс", на протяжении почти 20 лет изучали "странные сигналы", пока не выяснилось, что это всего лишь радиоволны, исходящие от микроволновки, в которой они разогревали свои сэндвичи.

В КНР, чтобы избежать погрешностей, поступили почти по-военному. FAST "поселили" в одном из отдалённых горных ущелий уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу. Из-за того что его пришлось разместить так далеко, учёные стали называть FAST "Мандалорцем": в честь героя сериала, который всегда сторонился шумных мест. В радиусе 10 км от телескопа действует режим радиомолчания — под запретом строительство любых других объектов. В ходе проектирования FAST около девяти тысяч жителей провинции Гуйчжоу, проживавших в радиусе пяти км от будущей обсерватории, были переселены оттуда от греха подальше.

20 мая 2019 года FAST зарегистрировал уникальный повторяющийся радиовсплеск, который внесли в картотеку под шифром FRB 190520. Подобные всплески можно фиксировать тысячами ежедневно, было бы подходящее оборудование. Сейчас даже FAST или его коллега — южноафриканский радиоинтерферометр Square Kilometre Array на такое не способны. Но большинство радиовсплесков случается единожды, появляется из ниоткуда, взрывается и уходят в вечность. FRB 190520B — совсем другое дело. Он периодически повторяется.

Когда учёные его хорошенько изучили, то выяснили, что сигнал поступает с окраин очень старой карликовой галактики, расположенной на расстоянии почти четырёх млрд световых лет от Земли. Между мощными всплесками источник производит более слабое радиоизлучение. Исходя из этого можно с уверенностью сказать, что сигналы идут от компактного постоянного радиоисточника, природа которого пока не известна. Китайские учёные сделали вывод, что радиоисточник сформировался совсем недавно и находится в очень сложной плазменной среде.

Ещё два года назад в КНР запустили амбициозную программу по поиску внеземного разума с использованием FAST. Для этого Китай даже включился в международную программу SETI 1959 года по поиску внеземных цивилизаций и возможному вступлению с ними в контакт.

В 2012 году, к примеру, в рамках SETI засветился телескоп "Кеплер", поймавший загадочные сигналы, исходящие от экзопланеты KOI 817, находящейся в 941,36 световых года от Земли. Но у FAST совсем другие масштабы и амбиции. Конечно, тут уже идёт речь о коллаборации КНР c обсерваторией Very Large Array в Нью-Мексико и японским телескопом Subaru. В команду также входит астрофизик Кейси Лоу из Калифорнийского технологического института, именно он указал на идентичность зафиксированных сигналов друг другу. По последним данным, расстояние до сигнала может на самом деле составлять 8–9,5 млрд световых лет либо плотность плазмы вокруг источника чрезвычайно велика. Пока у учёных два варианта трактовки: либо на задворках старой галактики находится уникальный магнетар, то есть сильно намагниченная нейтронная звезда, либо инопланетный разум посылает Земле сигналы. Если американцы уже отчаялись связаться с другими цивилизациями (только "Вояджер" ещё подаёт какую-то надежду, но он вскоре может навсегда отключиться), то китайцы только входят во вкус.