Полмиллиона галактик в одном кадре: обсерватория Рубин показала поле COSMOS

Почти каждая светящаяся точка на этом снимке — не звезда, а целая галактика. Их здесь больше полумиллиона: спирали с прорисованными рукавами, гладкие эллиптические шары, искалеченные столкновением пары и едва различимые красные крапинки, свет которых шел к нам миллиарды лет.

Так выглядит первый научный кадр камеры LSST — той самой, что будет снимать южное небо в ближайшие десять лет.

Обычный необычный участок неба

Поле COSMOS — участок неба в созвездии Секстанта, площадью примерно в два квадратных градуса, то есть около восьми полных Лун. Ничего выдающегося в нем нет, и в этом весь смысл: направление выбрано так, чтобы смотреть далеко в сторону от плотной плоскости Млечного Пути. Звезд и пылевых облаков нашей Галактики на пути мало, вид на далекую Вселенную открыт.

История изучения этого участка неба началась в 2003 году с наблюдений «Хаббла». С тех пор сюда по очереди наводились крупнейшие инструменты мира — от радиотелескопов до рентгеновских обсерваторий, а позже к ним присоединился «Джеймс Уэбб». В итоге получилась редкая вещь: участок неба, о котором известно почти все и на всех длинах волн. Любой новый телескоп может нацелиться сюда и мгновенно проверить себя — сравнить свои измерения с двумя десятилетиями чужих данных.

Галактик в 10 раз больше, чем звезд

Точный счет по новому снимку такой: более 500 000 галактик и чуть больше 50 000 звезд. Соотношение непривычное — обычно на астрофотографиях звезды по количеству превышают все остальные объекты. Здесь же, наоборот, и это прямое следствие выбранного направления: звезды на кадре — редкие «прохожие» из нашей Галактики, случайно оказавшиеся на переднем плане.

Разнообразие форм видно даже без специальной подготовки. На десяти увеличенных врезках по краям изображения можно рассмотреть аккуратные спирали, безликие эллиптические коконы, пары, растянувшие друг друга приливными силами в дуги и хвосты, и совсем тусклые красноватые пятна. Последние — самые интересные и самые далекие объекты: красный цвет здесь означает не температуру, а расстояние. Свет далеких галактик растягивается расширением Вселенной и смещается в красную часть спектра.

Камера на 3,2 гигапикселей и сотни экспозиций

Кадр получен камерой LSST — крупнейшей цифровой камерой в мире, 3,2 гигапикселей (3,2 миллиарда пикселей). Она установлена на 8,4-метровом Обзорном телескопе им. Симони обсерватории имени Веры Рубин на горе Серро-Пачон в Чили (сам телескоп назван в честь семьи Чарльза Симони — крупного частного спонсоров проекта). За один снимок камера охватывает около 9,6 квадратных градусов неба — это примерно 45 полных Лун одновременно.

Опубликованное изображение — не одна экспозиция, а результат сложения сотен отдельных кадров. Это очень эффективный прием: при суммировании кадров случайный шум усредняется и гасится, а слабый сигнал от тусклых объектов накапливается. Именно так получают то, что в астрономии называют глубоким полем — снимок, на котором проступают объекты в миллионы раз слабее того, что видит глаз. Файл в полном разрешении весит около 10 гигабайт.

Изображение выпущено к первому этапу Data Preview 2 — первой порции данных обсерватории, снятых уже рабочей камерой LSST, а не тестовым оборудованием.

Почему смотреть далеко — значит смотреть в прошлое

У света конечная скорость, и любой телескоп, по сути, работает, как машина времени. Например, галактика, чей свет добирался до нас восемь миллиардов лет, показана на фото такой, какой была восемь миллиардов лет назад; как она выглядит сейчас, не знает никто.

Для науки в этом главная ценность глубоких полей. В одном кадре оказываются галактики всех возрастов Вселенной сразу — от почти современных до совсем юных. Сравнивая их, астрономы восстанавливают, как менялись звездные системы во время бурного звездообразования, как часто они сливались, как из мелких галактик образовались крупные комплексы вроде нашего Млечного Пути.

Фотография превратится в кино

Самое интересное в этом снимке — то, что он не окончательный. Поле COSMOS входит в число «глубоких полей» программы LSST (Legacy Survey of Space and Time, Обзор пространства и времени длиной в наследие), к которым обсерватория будет возвращаться каждые пару суток на протяжении всех десяти лет обзора.

Из этого выйдет уже не фотография, а покадровая съемка неба. Вспышки сверхновых, переменные звезды, всплески активных ядер галактик, движущиеся астероиды — все, что меняется, проявится при сравнении новых кадров со старыми. Метод называют разностной съемкой: из свежего снимка вычитают эталонный, и остается только то, что изменилось. Рубин уже использует его для автоматических оповещений астрономов, а к концу 2026 года в открытых данных должны появиться и отдельные визиты, и разностные изображения по полю COSMOS.

Как отмечают в обсерватории, глубокий снимок COSMOS — только начало работы в этом направлении: повторные визиты дадут научному сообществу огромный поток данных о вспыхивающих и переменных объектах для последующих исследований.