Тридцать лет SKA: от первых экспериментов к крупнейшему радиотелескопу

​Проект Square Kilometre Array (SKA), создание которого длится уже тридцать лет, станет крупнейшим и самым чувствительным радиотелескопом в мире. Полноценные научные наблюдения SKA начнутся в 2028 году. В прошлом году на площадках в Южной Африке и Австралии телескопы впервые получили изображения («первый свет»). ​

Телескопы SKA расположены на двух основных площадках: SKA-Low в Австралии будет изучать низкие частоты, а SKA-Mid в Южной Африке займётся средними частотами. В общей сложности комплекс будет включать 197 тарелок и 131 072 антенны. Проект, стоимость которого оценивается примерно в 1 миллиард фунтов, займётся изучением ключевых вопросов астрономии, таких как формирование галактик, природа тёмной материи и поиск жизни на других планетах. ​

За три десятилетия своего развития SKA опирался на серию более мелких экспериментов и телескопов, названных «предшественниками» и «первопроходцами». Эти установки проверяли технологии и задавали научные направления, которые легли в основу создания SKA. По всему миру расположены 15 таких телескопов-первопроходцев, а на площадках SKA функционируют четыре телескопа-предшественника: MeerKAT и HERA в Южной Африке, ASKAP и MWA в Австралии. ​

Южноафриканский телескоп MeerKAT был введён в строй в 2018 году. Во время открытия астрономы представили самое чёткое радиоснимок центра Млечного Пути, на котором были обнаружены многочисленные радио-нити длиной до 150 световых лет. Эти загадочные структуры впервые заметили в 1984 году, но MeerKAT выявил их в десять раз больше, чем видели ранее. ​

Радиоизображение центра Млечного Пути, полученное телескопом MeerKAT.

Телескоп MeerKAT также активно используется для изучения пульсаров — вращающихся нейтронных звёзд, генерирующих регулярные импульсы радиоизлучения. Эксперимент MeerKAT Pulsar Timing Array, начавшийся в 2019 году, регулярно наблюдает за 80 пульсарами, используя их для создания карты источников гравитационных волн. ​

Другой южноафриканский телескоп-предшественник, HERA, предназначен для изучения первых звёзд и галактик, появившихся вскоре после Большого взрыва, в эпоху реионизации. HERA состоит из сотен близко расположенных 14-метровых тарелок, которые принимают слабые сигналы первичного водорода в низкочастотном диапазоне от 100 до 200 МГц. HERA уже получила наиболее точные данные об этом периоде и подготовила почву для будущих исследований с помощью SKA. ​

Телескоп HERA.

Австралийский телескоп MWA, состоящий из 4096 неподвижных антенн, обладает широким полем обзора, позволяя исследовать большие участки неба одновременно. С его помощью были обнаружены неожиданные новые радиоисточники, испускающие мощные импульсы каждые 18 минут продолжительностью около минуты. Эти транзиенты бросают вызов текущим представлениям о звёздной эволюции. ​

Австралийский ASKAP, введённый в строй в 2012 году, изначально доказывал способность Австралии принимать SKA, но вскоре стал важным научным инструментом. ASKAP использует фазированные приёмники, которые позволяют одновременно наблюдать несколько участков неба. Телескоп успешно обнаружил так называемые «странные радио-кольца», крупные кольцеобразные структуры с неизвестной природой, возможно, связанные с древним звездообразованием.

AKSAP​

Однако на пути развития SKA возникла серьёзная проблема, связанная с массовым запуском спутников связи компаниями SpaceX, Amazon и OneWeb, а также другими проектами. Эти спутники создают помехи радиоастрономическим наблюдениям по всему спектру. Для решения этой проблемы Международный астрономический союз в 2022 году открыл специальный центр, цель которого — защитить наземные телескопы от помех со стороны спутников. ​

Несмотря на сложности, предшественники SKA уже существенно расширили научные знания и выявили новые, неожиданные направления исследований, которые и будут развиваться благодаря будущим возможностям телескопа SKA.