Третье измерение Вселенной: как «псевдо-3D» поможет расширить наше представление о галактиках и черных дырах

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

В мире астрофизики, где бесконечность космоса встречается с ограниченностью человеческого восприятия, ученые постоянно ищут новые инструменты для расшифровки тайн мироздания. Недавно исследователи из Университета Миннесоты представили инновационный метод, способный перевернуть наше представление о далеких галактиках, черных дырах и других космических объектах. Речь идет о технологии реконструкции двумерных радиоизображений в «псевдо-3D кубы», открывающей перед нами третье измерение космических явлений.

До сих пор астрономы, работающие с радиотелескопами, сталкивались с проблемой «плоского» восприятия Вселенной. Радиоволны, улавливаемые этими инструментами, формировали лишь двухмерные картины, оставляя за кадром пространственную глубину изучаемых объектов. Представьте, что вы пытаетесь понять форму сложной скульптуры, имея перед собой лишь ее тень. Именно в такой ситуации находились ученые, изучающие структуру галактик, джеты черных дыр или распределение магнитных полей в космосе.

3D-куб, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Новая технология, основанная на эффекте вращения Фарадея, позволяет преодолеть этот барьер. Поляризованные радиоволны, проходя через космическое пространство, меняют направление своей поляризации в зависимости от плотности и магнитных свойств среды. Анализируя эти изменения, ученые могут «рассчитать» расстояние, пройденное радиоволнами от источника до телескопа, и таким образом восстановить трехмерную структуру объекта.

2D проекции куба P западной доли Форнакса A, из полного фильма. Внизу слева: поляризованная интенсивность западной доли Форнакса А, из Anderson et al. (2021). Объект, заключенный в голубой прямоугольник, обсуждается в разделе 3.4.2. Вверху: вид сверху, т. е. проекция куба P(RA, Dec, Φ) на плоскость (RA, Φ). Справа: «вид сбоку», т. е. проекция куба P(RA, Dec, Φ) на плоскость (Dec, Φ). На обоих изображениях диапазон Φ составляет от -50 до +50 рад м-2. Ширина сглаживания составляет 5 рад м-2. Анимационная версия, вращающаяся по верхней и нижней левым панелям, доступна в Дополнительных данных. Анимация длится 14 секунд и проецирует кубы под углами обзора от 0 до 90 градусов вокруг осиRA. Метка оси Φ проецируется в одну позицию в начале анимации; она становится видимой по мере вращения куба. Цитирование: Lawrence Rudnick, C Anderson, W D Cotton, A Pasetto, E Alexander, M Tahani, Pseudo-3D visualization of Faraday structure in polarized radio sources: Methods, science use cases, and development priorities, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2024;, stae2225, https://doi.org/10.1093/mnras/stae2225
Автор: L. Rudnick, C. Anderson, W. D. Cotton et al. Источник: academic.oup.com

Первые результаты применения «псевдо-3D» уже приносят сенсационные открытия. Оказывается, форма многих космических объектов значительно отличается от той, которую мы представляли, основываясь на двухмерных изображениях. Это ставит под вопрос некоторые устоявшиеся модели и теории, описывающие физические процессы в далеких галактиках и окрестностях черных дыр.

Поляризованная интенсивность центральной области PKS 2014-55, повернутой так, чтобы внутренний двойник был вертикальным. Слева: вид спереди, в плоскости неба. Справа: Вид сбоку, показывающий изменение Φ вдоль главной оси. Ширина сглаживания составляет 2,6 рад м-2 . Анимационная версия, вращающаяся по левой и правой панелям, доступна в Дополнительных данных. Анимация длится 10 секунд и проецирует кубы под углами обзора от 0 до 90 градусов вокруг главной оси. Цитирование: Lawrence Rudnick, C Anderson, W D Cotton, A Pasetto, E Alexander, M Tahani, Pseudo-3D visualization of Faraday structure in polarized radio sources: Methods, science use cases, and development priorities, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2024;, stae2225, https://doi.org/10.1093/mnras/stae2225 — Поляризованная интенсивность центральной области PKS 2014-55, повернутой так, чтобы внутренний двойник был вертикальным. Слева: вид спереди, в плоскости неба. Справа: Вид сбоку, показывающий изменение Φ вдоль главной оси. Ширина сглаживания составляет 2,6 рад м-2. Анимационная версия, вращающаяся по левой и правой панелям, доступна в Дополнительных данных. Анимация длится 10 секунд и проецирует кубы под углами обзора от 0 до 90 градусов вокруг главной оси. Цитирование: Lawrence Rudnick, C Anderson, W D Cotton, A Pasetto, E Alexander, M Tahani, Pseudo-3D visualization of Faraday structure in polarized radio sources: Methods, science use cases, and development priorities, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2024;, stae2225, https://doi.org/10.1093/mnras/stae2225
Автор: L. Rudnick, C. Anderson, W. D. Cotton et al. Источник: academic.oup.com

Например, изучение выбросов вещества из активных ядер галактик с помощью «псевдо-3D» позволяет более точно определить направление и скорость движения этих потоков, а также их взаимодействие с окружающей средой. Это открывает новые возможности для понимания механизмов формирования галактик и эволюции сверхмассивных черных дыр.

Технология «псевдо-3D» находится на начальном этапе развития, но ее потенциал огромен. В будущем она может быть применена для анализа данных, полученных с новых мощных радиотелескопов, таких как SKA (Square Kilometre Array), что позволит увидеть Вселенную в совершенно новом свете.

Можно с уверенностью сказать, что «псевдо-3D» открывает новую эру в радиоастрономии, обещая нам захватывающие открытия и переосмысление фундаментальных принципов устройства космоса.