В научном сборнике Advancing Astrophysics with the SKA II международная группа исследователей представила подробную программу космологических наблюдений для обсерватории Square Kilometre Array. Авторы описали, как SKA будет проверять общую теорию относительности на масштабах Вселенной, изучать природу тёмной материи и тёмной энергии и измерять расширение космоса.

SKA должен не просто получить более чёткие изображения космоса. С его помощью физики собираются проверить общую теорию относительности на масштабах миллиардов световых лет, изучить природу тёмной энергии и выяснить, подчиняется ли тёмная материя тем же законам падения, что и обычное вещество.

Это два телескопа на разных континентах

Несмотря на название, SKA не будет одной огромной тарелкой. Обсерватория состоит из двух массивов.

В Западной Австралии строят SKA-Low — 131 072 древовидные антенны высотой около двух метров. Их объединят в 512 станций по 256 антенн. Крайние станции будут разделены расстоянием до 74 километров.

В Южной Африке появится SKA-Mid — массив из 197 радиотарелок диаметром 15 метров. В него войдут 64 уже работающие антенны MeerKAT. Расстояние между самыми удалёнными тарелками достигнет 150 километров.

Сигналы отдельных антенн будут объединяться вычислительными системами. В результате распределённые массивы станут работать как виртуальные радиотелескопы размером в десятки и сотни километров.

Когда SKA начнёт работать

Строительство началось в июле 2021 года и ведётся поэтапно: к действующим массивам постепенно добавляют новые станции и тарелки. Завершение программы развёртывания сейчас намечено на март 2029 года. Первые научные данные появятся раньше окончания строительства. Для SKA-Low этап Science Verification планируется начать с 2027 года, а для SKA-Mid — с 2028 года. На этой стадии учёные смогут предлагать тестовые проекты, проверять возможности телескопов и помогать настраивать систему. Полноценная ранняя эксплуатация с открытыми наблюдениями ожидается с 2029 года.

Поэтому прежняя схема «заявки в 2026 году, тесты в 2027-м, полноценная наука в 2028-м» уже не вполне соответствует обновлённому графику. В 2026 году начинается подготовка первых предложений для научной проверки, но сроки различаются для австралийского и южноафриканского массивов.

Радиокарта невидимого водорода

Одним из главных инструментов SKA станет наблюдение нейтрального водорода по радиолинии длиной 21 сантиметр. Водород встречается между звёздами и галактиками, но обычные оптические телескопы видят его плохо. SKA сможет измерять суммарное радиоизлучение газа в огромных областях, не пытаясь различить каждую отдельную галактику.

Такой метод называется картированием интенсивности. Он позволит построить трёхмерную карту распределения вещества на больших расстояниях и проследить, как со временем формировалась космическая паутина из галактик, нитей и пустот. Это дополнит карту DESI, основанную преимущественно на оптических спектрах галактик и квазаров. DESI уже проверил рост крупномасштабных структур и не обнаружил значимого отклонения от общей теории относительности. Однако SKA будет использовать другой диапазон излучения, другие объекты и ряд релятивистских эффектов, которые современным обзорам почти недоступны.

Проверка Эйнштейна в самом слабом поле

Общая теория относительности хорошо проверена в Солнечной системе, около звёзд и компактных объектов. Но на масштабах всей Вселенной гравитационное поле чрезвычайно слабое, а кривизна пространства-времени мала. Именно на этих масштабах для объяснения наблюдений космологи вводят тёмную материю и тёмную энергию. Авторы новой работы предлагают проверить альтернативу: возможно, часть наблюдаемых эффектов связана не с неизвестными компонентами, а с тем, что закон гравитации на огромных расстояниях отличается от общей теории относительности.

Работа не утверждает, что Эйнштейн ошибался или что тёмной энергии не существует. Она описывает способы различить эти сценарии по будущим данным.

Галактики покажут глубину гравитационных ям

Один из наиболее интересных сигналов — гравитационное красное смещение. Фотоны теряют часть энергии, когда выбираются из области с сильной гравитацией. Из-за этого их длина волны немного увеличивается. Для отдельной далёкой галактики эффект слишком слаб, но его можно искать статистически, сравнивая положение ярких и тусклых галактик в крупных скоплениях.

Гравитационное красное смещение создаёт небольшую асимметрию в распределении галактик. Авторы считают, что SKA сможет обнаруживать её с помощью перекрёстного анализа разных популяций объектов. Это даст прямую информацию о гравитационном потенциале — своеобразной глубине космических «впадин», в которые падает вещество.

Одинаково ли падают обычная и тёмная материя

Стандартные космологические расчёты обычно предполагают, что тёмная материя подчиняется слабому принципу эквивалентности: все тела падают одинаково независимо от своего состава.

Для обычного вещества этот принцип проверен с высокой точностью. Для тёмной материи прямого подтверждения нет. Наблюдения движения галактик сами по себе не позволяют уверенно понять, изменился ли закон гравитации или необычно ведёт себя тёмная материя. Оба сценария способны похожим образом повлиять на рост космической структуры.

SKA должен помочь разделить их. Учёные хотят сопоставить скорость движения вещества, гравитационное красное смещение и слабое линзирование — и проверить, соответствует ли всё это одной и той же гравитационной картине. Для второй фазы SKA авторы прогнозируют возможность проверить нарушения принципа эквивалентности с точностью около 10–15% в разных диапазонах красного смещения. Это пока расчёт будущей чувствительности, а не результат наблюдений.

Можно ли увидеть расширение Вселенной в реальном времени

Ещё одна амбициозная задача — измерение дрейфа красного смещения. Обычно расширение Вселенной восстанавливают по сравнению объектов, находящихся на разных расстояниях. SKA попробует измерить изменение спектра одних и тех же источников за несколько лет.

Ожидаемый сдвиг чрезвычайно мал — всего несколько сантиметров в секунду примерно за десятилетие. Для этого потребуется складывать сигналы огромного количества галактик и чрезвычайно точно контролировать работу оборудования. Если метод сработает, астрономы получат почти прямое измерение изменения скорости расширения Вселенной.

710 петабайт данных ежегодно

Масштаб проекта определяется не только количеством антенн. После выхода на полную мощность сеть научных центров SKA должна ежегодно архивировать около 710 петабайт данных — объём, сопоставимый с хранилищами примерно 1,5 миллиона обычных ноутбуков.

Обрабатывать эти данные будут распределённые суперкомпьютерные центры. Большая часть необработанных радиосигналов слишком объёмна для длительного хранения, поэтому первичная обработка должна происходить почти сразу после наблюдений. SKA фактически станет не только астрономической обсерваторией, но и одной из крупнейших научных вычислительных систем мира.

Что SKA добавит после DESI

DESI уже построил крупнейшую оптическую трёхмерную карту Вселенной и получил признаки того, что тёмная энергия может меняться со временем. По состоянию на апрель 2026 года он завершил первоначально запланированный пятилетний обзор, измерив более 47 миллионов галактик и квазаров. SKA не заменит DESI. Его преимущество — в другом диапазоне излучения и других наблюдаемых величинах.

Радиоданные позволят проследить нейтральный водород, сравнить независимые карты космической структуры и добраться до слабых релятивистских сигналов. Совместный анализ SKA, DESI, Euclid, обсерватории Веры Рубин и данных реликтового излучения должен показать, описывает ли одна модель одновременно расширение Вселенной, движение вещества и искривление света.

Если ответы совпадут, общая теория относительности и модель ΛCDM пройдут одну из самых масштабных проверок в истории. Если нет, учёные смогут понять, где именно возникает расхождение: в свойствах тёмной энергии, поведении тёмной материи или самом законе гравитации.

Читайте также:

Эффект Мпембы становится управляемым: физики нашли три новых способа его контроля

Тираннозавра рекса Гаса продали за рекордные $50,13 млн на аукционе Sotheby’s

Чёрная дыра могла разорвать звезду, но её «голос» не умолкал шесть лет

SpaceX получила разрешение на новый запуск Starship после расследования аварии

ИИ начал повышать цены на ноутбуки, смартфоны и электричество

TSMC построит на Тайване ещё два завода для упаковки чипов ИИ

Как Чернобыль, 11 сентября и COVID-19 перекроили мировую науку

Франция и Испания разыграют «скрытый финал» ЧМ-2026, но Аргентина и Англия с этим не согласятся

Одна ракета — 36 полётов: SpaceX успешно обновила рекорд многоразовости Falcon 9

DeepSeek взялась за собственный AI-чип, чтобы меньше зависеть от Nvidia и Huawei

Учёный-физик предложил считать биологический возраст по внутренним «тикам» организма

ИИ устроил Samsung денежный взрыв: прибыль может вырасти в 18 раз

Новая китайская ИИ GLM-5.2 догоняет OpenAI и Anthropic

«Фильм Вселенной»: Rubin начал 10-летнюю съёмку неба, которая изменит астрономию

Можно ли жениться на ИИ: юрист предупреждает о корпорации внутри брака

На Земле может быть до 20 млн видов насекомых — большинство мы ещё не знаем

Биологические часы зависят не от одного сбитого дня, а от привычного режима

 Добавьте «Aramil.life» в свои источники Google ☑