Келесі миллиард секундта, яғни басқаша санағанда, отыз жылда астрономияда қандай жаңалық ашылуы мүмкін?

Астрофизик, ғылым насихатшысы, Абдус Салам атындағы Халықаралық теориялық физика орталығының (Триест, Италия) зерттеушісі Сергей Поповтың мақаласын ықшамдап аударып беріп отырмыз.

***

Алдымен өткен 30 жылға көз тастайық. Отыз жыл бұрын КҮНГЕ ҰҚСАС ЖҰЛДЫЗДЫ АЙНАЛАТЫН ПЛАНЕТА ашылмаған-тұғын және ӘЛЕМНІҢ ҚАЗІР ҮДЕЙ КЕҢЕЙІП бара жатқанын білмейтінбіз. Бірінші ашылымды алдын-ала болжау мүмкін еді, екіншісін — жоқ. Біріншісі экзопланеталарды іздеуге бағытталған жүйелі еңбектің нәтижесі болса, екіншісін ғалымдардың көбі күтпеген-ді. Бұларды 1960-шы жылдардан бергі екі ең басты астрономиялық жаңалық дей аламын. Демек болашақ ірі жетістіктің де кейбірін болжай аламыз, ал басқалары тосыннан ашылады.

Жалпы, ғылыми ашылымдарды неліктен болжауға болады? Өйткені көптеген маңызды нәтижелер іске қосылуы ондаған жыл бұрын жоспарланатын ірі қондырғыларда (телескоп, ғарыш аппараты) алынады. Сондықтан алдағы 20 жылда жұмысқа кірісетін жобаларды шолып шықсақ, қандай жаңалық ашылуы мүмкін екені айқындалады.

***

Джеймс Уэбб ғарыштық телескопы (JWST) 2040-жылдардың басына дейін жұмыс істейді деп сенеміз. Бұл кезеңде ГАЛАКТИКАЛАРДЫҢ ҚАЛЫПТАСУ ТАРИХЫ мен экзопланеталарға қатысты қызық жаңалықтар ашылуы тиіс. Сөйтіп, отыз жылдан соң галактикалардың, олардың топтары мен шоғырларының қалай қалыптасқаны жақсы түсінікті болмақ.

Экзопланеталарды зерттеу үшін Жердегі үлкен телескоптар да маңызды. Алдағы уақытта диаметрі 30–40 метрлік супертелескоптардың жаңа буыны қатарға қосылады. Бірінші болып 2028 жылы Еуропа Оңтүстік обсерваториясының 40 метрлік Төтенше үлкен телескопы (ESO ELT) іске кіріседі. Осы аспаптар Уэббпен бірлесе, қызыл ергежейлілер маңындағы тіршілікке қолайлы аймақтағы планеталардың атмосферасын талдауды бастайды. Отыз жылда АТМОСФЕРАСЫНДА ТІРШІЛІК ІЗДЕРІ БАР ЖЕРТЕКТЕС ПЛАНЕТАЛАР ашылып қалар деп үміттенеміз.

Еуропалық Gaia (жемісті миссиясы аяқталып келеді, бірақ жиналған мәліметті толық өңдеуге жылдар қажет) мен PLATO (2027-де ұшырылуы мүмкін) ғарыштық телескоптары арқасында белгілі экзопланеталар саны ондаған мыңға жетпек. Бұл планеталар мен планеталық жүйелер қалай түзілетінін егжей-тегжейлі ұғуға жол ашады.

Бірақ тіршілікті алыс планеталардан ғана іздемейміз. 2030 жылы Юпитердің серігі Европаға НАСА-ның Europa Clipper аппараты жетеді. 2053-ке дейін Европаға оның жерасты мұхитының құрамын талдауға қабілетті аппарат жіберілетіні анық. Сондай-ақ Сатурнның серіктері Энцелад пен Титанға жаңа миссиялар аттанады. Бұл үшеуінің ҚОЙНАУЫНДАҒЫ МҰХИТТАРДАН ТІРШІЛІК табылуы мүмкін.

Әлбетте, Марсты зерттеу жалғасады. Ежелгі Марс климаты тіршілікке әлдеқайда қолайлы болғанын қазірдің өзінде айта аламыз. 30 жыл — бұл мәселені айқындауға жеткілікті мерзім.

Бүгінге дейін Күн жүйесінің сыртынан келген жұлдызаралық бір астероид (Оумуамуа) пен бір комета (Борисов) ашылды. 2025 жылы Чилиде Вера Рубин обсерваториясының Үлкен шолушы телескопы (LSST) жұмысын бастайды. Ол жүйемізге келген осындай ЖҰЛДЫЗАРАЛЫҚ НЫСАНДАРДЫ көптеп аша алады. Оларды жақындап келе жатқанда-ақ табуға болады. Сөйтіп, мұндай денелерді жақсылап зерттеу үшін планетааралық аппараттармен “ұстап алу” жайы талқылануда. Жаңа телескоп, сонымен бірге, Күн жүйесінің ТОҒЫЗЫНШЫ ПЛАНЕТАСЫ мәселесіне де нүкте қоюы тиіс.

Қара құрдымдар! 2037 жылы Еуропа ғарыш агентігінің eLISA ғарыштық лазерлік интероферометрі іске қосылуы тиіс. Оның негізгі міндеті — аса ауыр қара құрдымнан шыққан гравитациялық толқындарды бақылау. Шамалас мерзімде Қытайдың да осындай жобасы жүзеге асырылмақ. Бұл аспаптар АСА АУЫР ҚАРА ҚҰРДЫМДАР, олардың түзілуі мен дамуы жайлы мол жаңа ақпарат беруі керек.

Аса ауыр қара құрдымдарды зерттеудің басқа да әдістері бар. M87 галактикасы мен біздің галактиканың орталығындағы екі қара құрдымның “суреттері” естеріңізде шығар. Оларды Оқиға көкжиегі телескопы (EHT) — Жер шарының әр аймағында орналасқан ірі радиотелескоптар желісі алды. Бұл жүйе жетілдіріле береді. 30 жыл ішінде басқа да қара құрдымдар маңының кескіндері алынады, ал сурет сапасы әлдеқайда артады. Бұл ГРАВИТАЦИЯ ТАБИҒАТЫН ҰҒУ үшін маңызды.

ЖҰЛДЫЗ МАССАЛЫ ҚАРА ҚҰРДЫМДАРДЫ да ұмытпайық. Жердегі гравитациялық-толқындық детекторлар 4-ші бақылау сеансын жүргізуде. Америкадағы екі LIGO антеннасы мен еуропалық Virgo детекторына енді жапондық KAGRA қосылды. Алдағы он жылға бірнеше сеанс жоспарланған. Апгрейд құрылғылардың сезімталдығын үнемі арттырып отырады. 5-ші сеансқа бесінші құрылғы — Үндістандағы LIGO антеннасы қосылуы мүмкін. Аспаптар қара құрдымдармен бірге, нейтрон жұлдыздардың бірігуін де тіркейді. 30 жылда НЕЙТРОН ЖҰЛДЫЗ ІШІНДЕГІ ЗАТ қалай әсерлесетінін түбі ұғармыз. Бұл астрономия ғана емес, ядролық физика үшін де маңызды. Жаңа буын гравитациялық-толқындық детекторлары да жобалануда: Еуропада (Einstein Telescope) және АҚШ-та (Cosmic Explorer).

2020-жылдардың соңында Square Kilometer Array (SKA) радиотелескоптар мегажүйесі бақылау жүргізуді бастайды. Құрылғының жартысы Аустралияда, жартысы — Оңтүстік Африкада орналаспақ. Оның міндеттері арасында космология, нейтрон жұлдызға қатысты радиокөздерді зерттеу (соның ішінде таңғажайып ЖЫЛДАМ РАДИОЖАРҚЫЛДАР КӨЗІН табу), т.б. бар. Және, кім біледі, SKA жүйесі ЖЕРДЕН ТЫС САНА ЖІБЕРГЕН СИГНАЛДЫ да тіркеп қалар

Басқа да ірі жобалар жоспарланған. Мысалы, 2027 жылы НАСА-ның Нэнси Грейс Роман ғарыштық телескопы, ал 2029 жылы — ЕҒА-ның экзопланеталар атмосферасын зерттейтін ARIEL ғарыштық телескопы ұшырылуы тиіс. Жер бетіндегі ең ірі гамма-астрономиялық кешен — Cherenkov Telescope Array массивінің құрылысы басталды. Айдың арғы бетінде төмен жиілікті радиотелескоптар орнату ойластырылып жатыр. Шолпан атмосферасын зерттейтін миссия жіберу талқылануда. Тізімді жалғастыруға болады. Осы аспаптардың кез келгені қызық (және күтпеген!) жаңалық ашуы мүмкін.

***

Қорытындылай келе, таяу отыз жылда алынуы мүмкін тағы үш нәтижені айта кетейік. Қай аспаптың жолы боларын болжау қиын (мүмкін, ешқайсының); бірақ егер осы нәтижелерді алудың сәті түссе, бұл Әлемнің ең іргелі деңгейдегі құрылысын түсінудегі ірі белес болмақ.

Алдымен, ҚАРАҢҒЫ ЗАТ БӨЛШЕГІНІҢ тіркелуі. Қазір Әлем тығыздығының ширегі Элементар бөлшектердің стандарт моделінен орын таппаған жұмбақ құрамдаспен байланысты деп санаймыз. Бұл қараңғы зат протон, нейтрон, электрондардан тұратын кәдімгі заттан бірнеше есе көп. Қараңғы зат — ол да әлдебір бөлшектер. Бірақ қандай? Теоретиктер бұл жөнінде сансыз идея ұсынды, ал экспериментаторлар мен бақылаушылар ондаған жыл еңбектеніп жатыр. Жерасты зертханалардағы көптеген құрылғы ұстатпас бөлшектердің кәдімгі затпен әсерлесуін байқауға тырысуда. Әзірге нәтижесіз. Мүмкін, болашақта біреудің жолы болар.

Екіншіден, ҚАРА ҚҰРДЫМНЫҢ БУЛАНУЫН тіркеу, не, ең болмағанда, осы процестің салдарын айқын көру аса қызық болар еді. Қара құрдымның буланатынын 1975 жылы Стивен Хокинг болжаған. Алайда оның іргелі мақаласы жарияланғалы бергі жарты ғасырда қара құрдымның жарқ етіп жоғалғанын көре алмай келеміз. Бұл кванттық гравитация моделін құруды елеулі ілгерілетер еді.

Ақыры, ыстық Әлем дәуірінен қалған микротолқындық фонды — қалдық сәулеленуді егжей-тегжейлі зерттеу БАСТАПҚЫ ИНФЛЯЦИЯ СТАДИЯСЫНЫҢ ІЗДЕРІН көруге мүмкіндік берер деген үміт бар. Қазіргі космологиялық теориялар бойынша, біздің Әлемнің ғұмыры оның көлемі адам айтқысыз жылдамдықпен әлденеше есе артқан өте қысқа фазадан басталған. Содан соң барып, Әлем ыстық әрі тығыз затқа толды — яғни, «Үлкен Жарылыс» болды. Қалдық сәулеленудегі қажет дәлелдер жаңа буын құрылғылары көмегімен алдағы 10–20 жылда табылып қалар.

Астрономиядағы ғылыми прогресс қарқыны өте жоғары болып қалып отыр. Жаңа технологиялар ғарышты зерттеуге арналған барынша сезімтал аспаптар жасауға жағдай туғызады. Сондықтан бізді көптеген жаңалық күтіп тұр. Және, әрине, олардың ең тамашасы — алдын-ала болжанбағаны.

#көбәріп #ғылымижаңалық #ғылымтарихы

Фото: Еуропа Оңтүстік обсерваториясының Армасонес тауында салынып жатқан Төтенше үлкен телескопының (ESO ELT) болат күмбезі жаңа шыққан Күн фонында.

Сурет Өте үлкен телескоп (ESO VLT) орналасқан Паранал тауынан түсірілген, Атакама шөлі, Чили, 29 тамыз 2023 жыл.

Credit: E. Garcés/ESO

Физика және Ғарыш