Астрономы представили крупнейшую на сегодняшний день двухмерную карту Вселенной. Она объединяет данные многолетних наблюдений и содержит почти 4 миллиарда космических объектов, среди которых звёзды, галактики и другие источники света. Общий объём изображения составляет около 5,6 триллиона пикселей, а сама карта охватывает примерно 75% всего неба.
Новая карта стала результатом 13 лет наблюдений и обработки данных. Для её создания объединили более 263 тысяч отдельных телескопических экспозиций, полученных в рамках нескольких обзоров неба. Данные собраны в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Карта предназначена не только для демонстрации масштаба наблюдаемой Вселенной: она стала фундаментом для масштабного проекта по построению трёхмерной карты космоса и исследования истории расширения Вселенной.
Карта, на которую ушло 13 лет
Создание подобного изображения невозможно с помощью одного телескопа и даже одной наблюдательной программы. Небо слишком велико, а отдельные космические объекты расположены на огромных расстояниях друг от друга.
Новая карта создана на основе данных DESI Legacy Imaging Surveys. Это комплекс нескольких больших обзоров, проводившихся с наземных телескопов на протяжении многих лет. В совокупности они дали 263 407 отдельных экспозиций, которые затем были объединены в единую систему.
Наблюдения проводились в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В результате астрономы получили не просто набор отдельных снимков, а согласованную карту, на которой положение и яркость огромного количества объектов определены в единой системе.
Общая площадь покрытия составляет около трёх четвертей небесной сферы. При этом область наблюдений выбирали таким образом, чтобы минимизировать влияние пыли и звёзд Млечного Пути. Поэтому карта прежде всего представляет собой подробный обзор внегалактической Вселенной — пространства за пределами нашей галактики.
Что такое двухмерная карта Вселенной
Несмотря на гигантский объём данных, новая карта является именно двухмерной.
Это важное уточнение. На ней можно определить, где на небесной сфере находится объект и насколько ярким он выглядит. Но одного изображения недостаточно, чтобы узнать точное расстояние до него.
Если посмотреть на обычную фотографию ночного неба, близкая звезда и далёкая галактика могут находиться на одном направлении и выглядеть расположенными рядом. На плоской карте они тоже будут находиться рядом, хотя в действительности между ними могут быть миллиарды световых лет.
Поэтому двухмерная карта является первым этапом. Она отвечает на вопрос «где находится объект на небе», но не полностью отвечает на вопрос «где он находится в пространстве».
Именно для решения второй задачи используется следующий этап — спектроскопические наблюдения.
Как из плоской карты получается трёхмерная Вселенная
Ключевую роль здесь играет Dark Energy Spectroscopic Instrument, известный как DESI.
DESI установлен на 4-метровом телескопе Николаса У. Мэйолла в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Его задача заключается в получении спектров миллионов галактик и квазаров.
По спектру можно определить красное смещение объекта. Оно возникает из-за расширения Вселенной: по мере распространения света пространство между источником и наблюдателем изменяется, и характеристики света смещаются в сторону более длинных волн.
Измерив красное смещение, астрономы получают информацию о расстоянии до объекта и о том, насколько далеко в прошлое мы его видим.
Таким образом, двухмерная карта служит своеобразным каталогом целей для DESI. Сначала астрономы видят огромное количество объектов на изображении, затем выбирают среди них нужные цели и получают их спектры. В результате положение объектов можно определить уже не только на небесной сфере, но и по глубине.
Почему без такой карты невозможно эффективно работать с DESI
DESI способен одновременно исследовать огромное количество объектов. Но даже самый мощный спектроскопический инструмент не может измерить всё небо без предварительного выбора целей.
Чтобы получить спектр галактики, необходимо точно знать, где она находится на изображении. Кроме того, необходимо заранее определить её координаты, яркость и другие характеристики, чтобы правильно организовать наблюдение.
Именно здесь Legacy Imaging Surveys выполняет роль своеобразной базы данных для DESI.
Проще говоря, сначала создаётся очень подробная фотография огромного участка неба, а затем по этой фотографии составляется список объектов, которые необходимо исследовать более подробно.
По данным этой программы DESI получил возможность строить крупномасштабную трёхмерную структуру Вселенной. К моменту публикации нового изображения основной обзор DESI уже позволил нанести на трёхмерную карту более 47 миллионов галактик и квазаров.
Почти 4 миллиарда объектов на одной карте
Одно из наиболее впечатляющих чисел связано не с количеством пикселей, а с количеством объектов.
На карте каталогизированы почти 4 миллиарда небесных объектов. В основном это звёзды и галактики, однако база данных содержит значительно более разнообразный набор источников.
На изображениях можно обнаруживать галактики самых разных типов, звёздные системы, квазары и другие объекты. При этом часть обнаруженных источников может оказаться особенно интересной только после дальнейшего изучения.
Например, среди объектов могут встречаться сверхновые, гравитационные линзы и другие редкие явления. Поэтому ценность карты заключается не только в уже известных объектах. Она представляет собой огромный массив данных, который можно повторно анализировать в поисках необычных космических явлений.
5,6 триллиона пикселей — это не просто большое изображение
Число 5,6 триллиона пикселей трудно представить в привычных единицах.
Пиксель — это отдельный элемент цифрового изображения. Чем больше пикселей приходится на определённую область неба, тем более мелкие детали можно различить при увеличении.
Но здесь важен не только размер изображения. 5,6 триллиона пикселей означают, что огромная небесная область была представлена с достаточно высокой детализацией для автоматического поиска и анализа объектов.
При этом карта не существует в виде обычного файла, который пользователь должен целиком загрузить на компьютер. Её данные доступны через специальный онлайн-просмотрщик, позволяющий перемещаться по различным участкам неба и увеличивать изображение.
Именно такой формат делает колоссальный объём данных практически пригодным для работы. Пользователю не требуется загружать всё изображение целиком — можно обращаться к нужному участку карты.
Почему карта охватывает не всё небо
На первый взгляд может показаться странным, что крупнейшая карта Вселенной охватывает лишь около 75% небесной сферы.
Причина связана прежде всего с нашей собственной галактикой.
Земля находится внутри Млечного Пути. В направлении галактической плоскости расположено огромное количество звёзд, а между ними находятся облака межзвёздной пыли. Эта пыль поглощает и рассеивает свет далёких объектов.
В результате наблюдать далёкие галактики через некоторые области Млечного Пути значительно сложнее.
Поэтому Legacy Imaging Surveys были ориентированы прежде всего на области неба, где влияние галактической пыли относительно невелико. Это позволяет получить более чистую картину внегалактического пространства.
Таким образом, 75% неба в данном случае — не недостаток карты, а результат выбора наиболее полезных для исследования областей.
Три больших обзора стали основой единой карты
Новая карта появилась благодаря объединению данных нескольких крупных обзоров.
В её основе находятся DECam Legacy Survey, Mayall z-band Legacy Survey и Beijing-Arizona Sky Survey. Эти проекты проводились с использованием разных телескопов и камер и наблюдали небо в разных диапазонах.
Особую роль сыграла камера DECam — Dark Energy Camera. Она установлена на 4-метровом телескопе имени Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили.
Другие наблюдения были выполнены с телескопом Мэйолла в Аризоне и телескопами, участвовавшими в Beijing-Arizona Sky Survey.
Объединение таких разнородных данных требует сложной обработки. Изображения необходимо привести к общей системе координат, откалибровать, сопоставить по яркости и другим параметрам, а также обработать множество артефактов наблюдений.
Именно многолетняя обработка позволила превратить огромное количество отдельных кадров в единый астрономический ресурс.
В карту вошли данные из космоса
Наземные телескопы стали основной частью проекта, но для создания полной картины использовались и данные космической миссии NASA WISE.
WISE проводил наблюдения неба в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные данные особенно полезны для обнаружения объектов, которые могут быть плохо видны в обычном видимом свете, а также для изучения областей, где пыль мешает наблюдениям в оптическом диапазоне.
Объединение наземных и космических данных позволяет получить более богатое описание объектов.
Это особенно важно для автоматической классификации. Объект, который выглядит определённым образом в видимом свете, может иметь совершенно другие характеристики в инфракрасном диапазоне. Сопоставление нескольких диапазонов помогает астрономам отличать различные типы источников и эффективнее выбирать цели для последующих исследований.
Карта создавалась не ради красивой картинки
Хотя результат выглядит как гигантская фотография космоса, главная цель проекта носит не визуальный, а исследовательский характер.
Legacy Imaging Surveys первоначально проводились в качестве подготовки к работе DESI.
Астрономам требовалась подробная карта, которая позволила бы заранее определить большое количество галактик и других объектов для спектроскопических измерений.
В результате возник двухэтапный процесс.
Сначала телескопы создают широкоугольное изображение неба и каталогизируют объекты.
Затем DESI получает спектры выбранных источников и определяет их красные смещения.
После этого можно построить трёхмерную карту распределения галактик во Вселенной.
Именно эта третья стадия имеет огромное значение для современной космологии, поскольку распределение галактик хранит информацию о том, как Вселенная расширялась и как в ней формировалась крупномасштабная структура.
От фотографии к космологии
Обычная фотография показывает Вселенную такой, какой она выглядит с точки зрения наблюдателя.
Но для космологии этого недостаточно.
Учёным необходимо знать, где расположены галактики и на каких расстояниях они находятся. Если определить положение огромного количества галактик в трёх измерениях, можно увидеть структуру Вселенной в гораздо большем масштабе.
Галактики распределены не равномерно. Они образуют группы и скопления, соединяются в гигантские нити и формируют участки повышенной плотности вещества. Между ними располагаются огромные области с относительно небольшим количеством галактик.
Так формируется крупномасштабная структура, которую называют космической паутиной.
Изучение этой структуры позволяет проверять модели эволюции Вселенной.
Почему астрономам нужна карта тёмной энергии
Одной из главных задач DESI является исследование тёмной энергии.
Наблюдения показывают, что расширение Вселенной в современную эпоху ускоряется. Для объяснения этого явления в современной космологии используется понятие тёмной энергии.
Однако её физическая природа остаётся неизвестной.
DESI исследует историю расширения Вселенной, измеряя положение большого количества галактик и квазаров на разных расстояниях. Если наблюдаемое распределение объектов и история расширения не совпадают с предсказаниями конкретной космологической модели, это может указывать на необходимость пересмотра наших представлений о тёмной энергии.
Предыдущие результаты DESI уже дали основания обсуждать возможность того, что свойства тёмной энергии могут изменяться со временем. Поэтому новая масштабная карта имеет значение не только как каталог объектов, но и как основа для дальнейших космологических измерений.
Карта помогает искать гравитационные линзы
Одна из интересных возможностей нового набора данных — поиск гравитационных линз.
Согласно общей теории относительности, массивный объект способен изменять геометрию пространства-времени вокруг себя. Свет далёкого объекта, проходя рядом с такой массой, может отклоняться.
Если между наблюдателем и далёкой галактикой находится массивное скопление галактик или другая подходящая структура, изображение фонового объекта может измениться: появятся дуги, несколько изображений или другие характерные искажения.
Такие системы чрезвычайно полезны для астрономов. Они позволяют изучать распределение массы, включая невидимую напрямую тёмную материю, и исследовать далёкие галактики, которые без эффекта линзирования было бы значительно сложнее наблюдать.
Огромная площадь и количество объектов в новой карте увеличивают число потенциальных кандидатов для подобных исследований.
Сверхновые тоже можно искать на этой карте
Другой класс объектов, представляющий интерес для исследователей, — сверхновые.
Сверхновая может значительно изменить яркость далёкой звезды или целой галактики. Если один и тот же участок неба наблюдался неоднократно, сравнение изображений позволяет находить изменения яркости.
Такие события важны для изучения эволюции звёзд и галактик, а определённые типы сверхновых используются в космологии как инструменты оценки расстояний.
Большой массив исторических изображений предоставляет возможность не только составлять каталог постоянных объектов, но и искать изменения, происходившие между отдельными эпохами наблюдений.
Важна даже возможность увидеть «ничего необычного»
Одна из особенностей подобных обзоров заключается в том, что их научная ценность не ограничивается обнаружением редких объектов.
Большой однородный каталог позволяет статистически изучать миллионы и миллиарды объектов.
Например, исследователь может сравнивать свойства галактик в разных областях Вселенной, изучать зависимость их характеристик от окружения или искать закономерности в распределении объектов.
Для таких исследований особенно важно иметь единый набор наблюдений, полученный по сопоставимым правилам.
Новая карта создаёт именно такую основу.
Данные открыты для исследований
Важная особенность проекта заключается в публичной доступности данных.
Карту можно просматривать через Legacy Survey Sky Viewer. Это означает, что ресурс предназначен не только для профессиональных астрономов, имеющих доступ к крупным вычислительным системам.
Исследователи могут использовать данные для собственных проектов, сопоставлять их с другими каталогами и искать объекты, представляющие интерес для дальнейших наблюдений.
Картой также могут пользоваться гражданские исследователи и энтузиасты астрономии.
Предыдущие версии Legacy Surveys уже стали важной частью современной астрономии. На основе этих данных опубликовано более 1800 научных работ. Новая версия значительно расширяет доступный массив наблюдений.
Огромная карта станет полезной и для искусственного интеллекта
Современная астрономия всё чаще сталкивается с проблемой, которая несколько десятилетий назад практически не существовала: телескопы создают больше данных, чем человек способен обработать вручную.
Миллиарды объектов невозможно классифицировать визуально по одному.
Поэтому астрономы используют автоматические алгоритмы и методы машинного обучения. Они могут анализировать изображения, определять формы галактик, выделять необычные объекты и искать статистические закономерности.
Новый каталог представляет собой огромный набор данных, на котором можно обучать и проверять подобные алгоритмы.
Это особенно важно в преддверии эпохи новых обзоров неба, когда количество изображений и обнаруженных объектов будет расти ещё быстрее.
Почему новая карта особенно своевременна
Астрономия входит в период, когда несколько крупных обзоров неба будут производить огромные массивы данных.
В 2026 году начал свою десятилетнюю программу наблюдений обсерватория имени Веры Рубин. Её проект Legacy Survey of Space and Time рассчитан на систематическое наблюдение значительной части неба и создание многолетнего архива изменений космических объектов.
На этом фоне существование большой подробной карты становится ещё более полезным.
Астрономы смогут сравнивать новые изображения с уже существующими данными и быстро определять, что изменилось.
Если в определённой галактике появилась сверхновая, если объект резко изменил яркость или если на новом изображении обнаружена другая необычная структура, старые данные могут стать точкой отсчёта.
Таким образом, карта фактически становится не только каталогом существующих объектов, но и историческим снимком Вселенной, с которым можно сравнивать будущие наблюдения.
Чем двухмерная карта отличается от карты DESI
Здесь легко возникнуть путанице.
DESI Legacy Imaging Surveys и карта DESI связаны между собой, но это не одно и то же.
Legacy Imaging Surveys создают двухмерную карту. Она показывает объекты на небесной сфере и их наблюдаемые характеристики.
DESI получает спектры и измеряет красные смещения. На их основе создаётся трёхмерная карта распределения галактик и квазаров.
Поэтому двухмерная карта является фундаментом для трёхмерного исследования.
В некотором смысле это аналогично географическому картографированию: сначала необходимо точно определить положение объектов на плоскости, а затем добавить информацию о расстоянии и высоте. В космологии вместо высоты появляется расстояние до галактики, а вместо обычной карты Земли — огромная карта небесной сферы.
Почему один объект на карте может рассказать о прошлом
Астрономические карты принципиально отличаются от обычных географических карт.
Мы видим космические объекты не такими, какими они являются сейчас, а такими, какими они были в момент испускания света.
Если галактика находится в миллиардах световых лет от Земли, её свет шёл к нам миллиарды лет. Поэтому наблюдение далёких объектов одновременно является наблюдением прошлого Вселенной.
В результате новая карта охватывает не только огромную область пространства, но и широкий диапазон космической истории.
Чем дальше находится объект, тем более ранний этап развития Вселенной мы наблюдаем.
А DESI, измеряя красные смещения, позволяет упорядочивать эти объекты по расстоянию и тем самым исследовать, как менялась структура Вселенной с течением времени.
Почему почти 4 миллиарда объектов — только начало
Число объектов в карте впечатляет, но оно не означает, что астрономы каталогизировали все существующие объекты Вселенной.
Даже наблюдаемая Вселенная содержит несравнимо больше галактик и звёзд, чем можно увидеть в одном обзоре.
Кроме того, одна галактика может содержать сотни миллиардов звёзд, но на таком обзоре она обычно регистрируется как один крупный объект или система, а не как отдельная запись для каждой звезды.
Поэтому почти 4 миллиарда — это количество каталогизированных источников в данном наборе наблюдений, а не количество всех космических тел, существующих в охваченной области пространства.
Это принципиальное различие позволяет правильно оценивать масштаб проекта.
Что находится за пределами карты
Даже при охвате 75% неба остаются области, которые не вошли в этот обзор.
Кроме того, карта показывает в основном те объекты, свет которых достаточно хорошо регистрируется используемыми телескопами и диапазонами.
Некоторые галактики слишком тусклые, некоторые закрыты пылью, а некоторые объекты могут быть невидимы в использованных диапазонах.
Поэтому любая карта Вселенной является определённым представлением наблюдаемого космоса, а не полной переписью всего существующего вещества.
Для получения более полной картины астрономы объединяют данные разных обзоров, телескопов и диапазонов электромагнитного излучения.
Новая карта станет основой для будущих открытий
Главное значение нового проекта заключается в том, что его научная ценность не ограничивается моментом публикации.
Карта создаёт базовый набор данных, который можно использовать на протяжении многих лет.
Исследователь может обнаружить необычную галактику и сопоставить её характеристики с другими каталогами. Другой учёный может искать кандидатов в гравитационные линзы. Третий — исследовать распределение галактик в определённой области неба. Четвёртый — использовать изображения для обучения алгоритмов машинного обучения.
По мере появления новых наблюдений ценность старой карты будет только возрастать, поскольку она позволяет сравнивать разные эпохи наблюдений.
Именно поэтому подобные обзоры становятся своего рода инфраструктурой современной астрономии.
Карта показывает, насколько изменилась сама астрономия
Ещё сравнительно недавно астрономическая фотография была в первую очередь способом получить изображение конкретного объекта.
Сегодня изображение огромного участка неба становится базой данных.
В одном наборе можно одновременно хранить координаты миллиардов источников, их яркость, информацию о цвете, данные разных диапазонов и результаты последующей классификации.
Затем эти сведения используются для автоматического отбора целей, статистического анализа и построения трёхмерных моделей.
Новая карта DESI Legacy Imaging Surveys является ярким примером такого перехода. Это одновременно изображение, каталог и инструмент для последующих исследований.
Её 5,6 триллиона пикселей — лишь визуальная часть гораздо более крупного массива научной информации.
Следующий шаг — увидеть Вселенную в трёх измерениях
Двухмерная карта уже создана, но основная научная задача заключается в том, чтобы использовать её для получения трёхмерной структуры космоса.
Для этого DESI продолжает измерять спектры огромного количества галактик и квазаров.
Полученные данные позволяют определить красные смещения и расстояния, после чего объекты можно размещать в трёхмерном пространстве.
Так возникает карта, на которой можно изучать не просто отдельные галактики, а крупномасштабную структуру Вселенной.
Именно такие данные необходимы для исследования расширения Вселенной, распределения материи и свойств тёмной энергии.
Что в итоге даёт человечеству карта из 5,6 триллиона пикселей
Новая карта не является фотографией всей Вселенной и не показывает каждый существующий космический объект. Она представляет собой крупнейший на сегодняшний день двухмерный обзор огромной части небесной сферы, созданный на основе 13 лет наблюдений.
В неё вошли более 263 тысяч телескопических экспозиций. Она охватывает примерно 75% неба и содержит почти 4 миллиарда зарегистрированных космических объектов. Общий объём изображения достигает 5,6 триллиона пикселей.
Но главное значение проекта заключается не в рекордных числах.
Карта стала фундаментом для спектроскопического обзора DESI, который превращает плоское изображение неба в трёхмерную карту распределения галактик и квазаров. Эти наблюдения позволяют изучать историю расширения Вселенной и свойства тёмной энергии.
Одновременно огромный каталог становится инструментом для поиска редких явлений, изучения эволюции галактик, гравитационного линзирования, сверхновых и других космических процессов. Данные доступны для дальнейшего использования научным сообществом и широкой публикой.
В этом и заключается настоящий масштаб проекта. Астрономы получили не просто самое большое изображение неба, а подробную основу, на которой можно строить новые исследования Вселенной. И по мере того как другие обсерватории будут добавлять собственные наблюдения, эта карта будет превращаться из огромного снимка в один из фундаментальных справочных ресурсов современной наблюдательной астрономии.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
