На протяжении десятилетий астрономы использовали мощные инструменты для получения изображений космоса на разных длинах волн. К ним относятся оптические изображения, которые наблюдают видимый свет, и изображения, которые обнаруживают невидимое излучение, от радио- и инфракрасного диапазона до рентгеновских лучей и гамма-лучей. Однако эти двухмерные изображения не позволяют ученым сделать выводы о том, как объекты выглядят в трех измерениях. Преобразование этих изображений в трехмерное пространство может привести к лучшему пониманию физики, которая управляет нашей Вселенной.
В недавнем исследовании международная группа исследователей под руководством Миннесотского института астрофизики (MIfA) при Университете Миннесоты объявила о разработке нового метода радиоастрономии. Этот первый метод реконструирует радиоизображения в трехмерные «псевдо3D-кубы», позволяя астрономам получить лучшее представление о том, как выглядят космические структуры. Этот метод может привести к лучшему пониманию того, как работают галактики, массивные черные дыры, струйные структуры и Вселенная.
Исследование возглавил Лоуренс Рудник, почетный профессор Института астрофизики Миннесоты. К нему присоединились коллеги из Исследовательской школы астрономии и астрофизики Австралийского национального университета, Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO), Института радиоастрономии и астрофизики Национального автономного университета Мексики и Центра астрофизики Джодрелла Бэнка в Мексиканский университет в Манчестере и Институт астрофизики элементарных частиц и космологии Кавли.
Чтобы разработать свой инструмент 3D-моделирования, команда изучила поляризованный радиосвет, который колеблется в определенном направлении. Затем исследовательская группа рассмотрела эффект, называемый «вращением Фарадея», при котором поляризация света вращается вдоль направления распространения пропорционально проекции магнитного поля. Этот эффект, названный в честь Майкла Фарадея, стал первым экспериментальным доказательством связи света и электромагнетизма. Для радиоволн вращение зависит от того, через сколько материала они прошли.
Используя этот метод, команда исследовала различные образцы радиоизображений, полученных австралийским телескопом Pathfinder с массивом квадратных километров (ASKAP) и радиотелескопами MeerKAT. Они обнаружили, что могут оценить, как далеко пролетел каждый кусочек радиосвета, что позволило им создать трехмерную модель явлений, происходящих на расстоянии миллионов световых лет. Используя этот метод, команда также смогла впервые продемонстрировать, как можно определить ориентацию релятивистских джетов по лучу зрения.
Они также исследовали сверхмассивную черную дыру (СМЧД) в центре галактики М87. Используя свою технику, команда смогла показать, как выброшенный материал взаимодействует с космическими ветрами и космической погодой, а также проанализировала структуру магнитных полей джета в космосе. Как сказал Рудник в недавнем пресс-релизе Университета Миннесоты:
«Мы заметили, что формы объектов сильно отличались от того впечатления, которое у нас возникало, когда мы рассматривали их только в двухмерном пространстве. Наши технологии кардинально изменили наше представление об этих экзотических объектах. Возможно, нам придется переосмыслить предыдущие модели того, как эти вещи физически работают. Я не сомневаюсь, что в будущем нас ждет много сюрпризов, поскольку некоторые объекты в 2D не будут выглядеть так, как мы себе представляли».
Команда рекомендует использовать этот метод для переоценки всех предыдущих анализов источников поляризованного света. Они также надеются применить эту технику к изображениям, полученным телескопами нового поколения по всему миру. Это включает в себя новый проект Square-Kilometer Array (SKA-Phase2), который расширит объект примерно до 2000 антенн, что сделает его в 50 раз более чувствительным и в 10 000 раз быстрее, чем любой другой радиотелескоп в мире.
Дополнительная литература: UofM-CSE, МНРАС
