Астрономы рассчитывают, что новая обсерватория Vera Rubin Observatory вместе с системами искусственного интеллекта поможет приблизиться к разгадке одной из главных тайн современной физики — природы темной энергии. В центре исследования оказались редкие космические события, связанные со «звездами-каннибалами», которые способны создавать мощнейшие вспышки и служить важными космическими маркерами для изучения расширения Вселенной.
Ученые считают, что сочетание новых телескопов, огромных массивов данных и машинного обучения может радикально изменить космологию уже в ближайшие годы.
Темная энергия — одна из крупнейших загадок науки
Современные наблюдения показывают, что Вселенная расширяется с ускорением.
Это стало неожиданностью для ученых в конце XX века.
Согласно существующим представлениям, за ускоренное расширение отвечает неизвестный феномен, получивший название «темная энергия».
Никто точно не знает, что такое темная энергия
Несмотря на десятилетия исследований, природа темной энергии остается неизвестной.
Ученые пока не понимают:
- является ли она свойством самого пространства;
- связана ли с квантовыми эффектами;
- меняется ли со временем;
- действительно ли общая теория относительности полностью верна на космологических масштабах.
По современным оценкам, темная энергия доминирует во Вселенной
Обычное вещество — звезды, планеты, газ и пыль — составляет лишь небольшую часть космоса.
Основная масса Вселенной приходится на:
- темную энергию;
- темную материю.
Это означает, что человечество до сих пор плохо понимает большую часть содержимого Вселенной.
Для изучения темной энергии нужны очень точные измерения
Астрономы исследуют темную энергию косвенно — через наблюдения расширения Вселенной.
Для этого необходимо измерять расстояния до огромного количества галактик и сверхновых.
Именно здесь важную роль играют особые типы звездных взрывов.
«Звезды-каннибалы» связаны с белыми карликами
В статье под «звездами-каннибалами» подразумеваются системы, где белый карлик постепенно поглощает вещество соседней звезды.
Белый карлик — это плотный остаток звезды, подобной Солнцу.
Хотя такие объекты имеют размеры, сопоставимые с Землей, их масса может быть близка к солнечной.
Белые карлики являются чрезвычайно плотными объектами
Вещество внутри белого карлика сжато до экстремального состояния.
Одна чайная ложка такого вещества на Земле весила бы тонны.
Белые карлики постепенно остывают, но в двойных системах ситуация может измениться.
Когда белый карлик поглощает вещество, начинается опасный процесс
Если рядом находится другая звезда, белый карлик может перетягивать ее вещество.
Газ постепенно накапливается на поверхности объекта.
В некоторых случаях это приводит к термоядерному взрыву.
Такие события используются как «стандартные свечи»
Особенно важны сверхновые типа Ia.
Они возникают, когда белый карлик достигает критического состояния и происходит мощный взрыв.
Подобные сверхновые обладают примерно одинаковой яркостью.
Это делает их крайне ценными для космологии.
Именно сверхновые помогли открыть ускоренное расширение Вселенной
В конце 1990-х астрономы сравнили яркость далеких сверхновых и обнаружили, что Вселенная расширяется быстрее, чем ожидалось.
За это открытие позже была присуждена Нобелевская премия по физике.
Проблема в том, что сверхновых становится слишком много
Современные телескопы обнаруживают огромное количество космических событий.
Новые обзоры неба фиксируют:
- вспышки сверхновых;
- переменные звезды;
- столкновения объектов;
- активные галактики;
- астероиды;
- кометы.
Обрабатывать такой объем данных вручную уже невозможно.
Именно поэтому ученые делают ставку на искусственный интеллект
Алгоритмы машинного обучения помогают:
- автоматически классифицировать события;
- выделять редкие объекты;
- искать закономерности;
- отсеивать ложные сигналы;
- определять наиболее интересные наблюдения.
Без ИИ будущая астрономия просто не сможет работать с потоками информации.
Vera Rubin Observatory станет одним из главных телескопов нового поколения
Обсерватория строится в Чили и считается одним из самых амбициозных астрономических проектов последних лет.
Главной задачей станет многолетний обзор всего южного неба.
Телескоп будет регулярно фотографировать почти все небо
Система сможет:
- обнаруживать изменения яркости;
- искать новые объекты;
- отслеживать движение астероидов;
- фиксировать взрывы сверхновых;
- наблюдать переменные источники.
Каждую ночь обсерватория будет генерировать колоссальные объемы информации.
Rubin Observatory создаст настоящий «фильм» эволюции неба
Вместо единичных снимков ученые получат непрерывную историю изменений космоса.
Это позволит изучать динамические процессы намного лучше, чем раньше.
Камера обсерватории станет одной из крупнейших в истории
На телескопе установят гигантскую цифровую камеру с чрезвычайно высоким разрешением.
Каждый снимок будет содержать огромное количество данных.
Искусственный интеллект будет работать почти в реальном времени
Алгоритмы смогут быстро определять:
- какие события являются сверхновыми;
- какие объекты требуют срочных наблюдений;
- где происходят необычные процессы;
- какие сигналы могут быть редкими или неизвестными явлениями.
Темная энергия изучается через историю расширения Вселенной
Чтобы понять природу темной энергии, ученым необходимо проследить, как менялась скорость расширения космоса на протяжении миллиардов лет.
Для этого особенно важны сверхновые в очень далеких галактиках.
Чем больше данных, тем точнее космология
Ранее астрономы работали с относительно небольшими каталогами сверхновых.
Теперь речь идет уже о миллионах объектов.
Это позволяет значительно уменьшать статистические ошибки.
Rubin Observatory может изменить космологию
Исследователи ожидают, что новый обзор поможет:
- уточнить параметры расширения Вселенной;
- проверить свойства темной энергии;
- исследовать темную материю;
- изучить структуру космоса на больших масштабах.
Некоторые ученые допускают, что темная энергия меняется со временем
Стандартная космологическая модель предполагает постоянство темной энергии.
Но пока это не доказано окончательно.
Новые наблюдения могут показать более сложную картину.
Возможны и более радикальные варианты
Часть исследователей считает, что проблема может быть связана не с неизвестной энергией, а с неполным пониманием гравитации.
Если это так, потребуется пересмотр фундаментальной физики.
Vera Rubin Observatory будет полезна не только для космологии
Обсерватория также займется:
- поиском астероидов;
- исследованием Млечного Пути;
- наблюдением галактик;
- изучением переменных звезд;
- обнаружением редких космических событий.
Название обсерватории связано с темной материей
Телескоп назван в честь астронома Vera Rubin, которая внесла огромный вклад в доказательство существования темной материи.
Ее исследования движения галактик стали одной из основ современной космологии.
Астрономия входит в эпоху «больших данных»
Современные телескопы производят настолько много информации, что без автоматического анализа наука уже не может эффективно развиваться.
Искусственный интеллект становится одним из ключевых инструментов астрономии XXI века.
«Звезды-каннибалы» могут помочь раскрыть тайну устройства Вселенной
Исследование показывает, насколько тесно связаны разные области астрофизики: эволюция звезд, сверхновые, искусственный интеллект и космология.
Наблюдая за взрывами белых карликов и анализируя огромные массивы данных при помощи ИИ, ученые надеются приблизиться к пониманию того, почему Вселенная расширяется все быстрее — и что именно управляет этим процессом.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
