Самые мощные объекты во Вселенной играют решающую роль в работе глобальных систем позиционирования.
На протяжении большей части истории человечества мы полагались на звезды для навигации. Зная время суток и наблюдая за полярными регионами, где некоторые звезды кажутся неподвижными, мы определяли стороны света. Сегодня мы используем спутниковую информацию для навигации не только на картах и в приложениях с пробками, но и во множестве других сфер — от фотографии до банковского дела. Мы все еще полагаемся на небесную навигацию, но звезд уже недостаточно. Нам нужны сверхмассивные черные дыры.
Астрономы считают, что в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Большую часть времени эти объекты спокойны, но если они начинают активно поглощать материю, например, газ, падающий на них в больших количествах, они могут стать невероятно яркими. В некоторых случаях они входят в квазарную фазу, и это очень полезно для нас.
Квазары невероятно яркие и практически точечные источники излучения. Они находятся так далеко, что любое их собственное движение не влияет на измерения. Они кажутся неподвижными на небе. Квазары излучают в широком диапазоне длин волн, поэтому их можно отслеживать с помощью радиоволн, видимого света и других диапазонов. Положение этих квазаров используется в Международной небесной системе координат (ICRS).
“Каково значение ICRS? Она позволяет нам определять свое местоположение в космосе. На Земле у нас есть Гринвичский меридиан, от которого отсчитывается долгота. В космосе мы используем квазары — галактики, излучающие радиошум, — чтобы фиксировать наши координаты”, — рассказал доктор Кристофер С. Джейкобс из Лаборатории реактивного движения НАСА.
ICRS важна для работы Глобальной системы позиционирования (GPS), поскольку Земля не является идеальной сферой, вращающейся с идеальной периодичностью вокруг своей оси и Солнца. Чтобы скомпенсировать небольшие отклонения от идеальной формы Земли, GPS калибруется по ICRS. В идеале это делается каждый день.
По оценкам, потребуется несколько недель, чтобы точность GPS снизилась до уровня, заметного в повседневной жизни. Но если вам нужна более высокая точность, например, для судов или космических аппаратов, это может стать серьезной проблемой.
“Вся система GPS может дрейфовать в долгосрочной перспективе, если у нее нет фиксированной точки для стабилизации. Так что, когда вы пользуетесь GPS-навигатором в телефоне, вы на самом деле полагаетесь на квазары. Банки используют их для синхронизации времени — при переводе больших сумм денег важно знать, где они находятся в каждый момент времени. Если вы находитесь в открытом океане, вам нужно знать свое точное местоположение”, — сказал доктор Джейкобс.
“Я занимаюсь межпланетными зондами, отправляющимися к Марсу и другим планетам. За пределами Земли GPS уже не работает. И тут на помощь приходят квазары и ICRS”.
Работа Джейкобса по астрометрии была представлена на 32-й Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в Кейптауне. В числе представленных работ — исследование профессора Патрика Шарло по улучшению ICRS.
“Мы можем улучшить ICRS несколькими способами. Улучшение означает более точное измерение положения источников. Улучшение также означает наличие большего количества источников, лучшего их распределения по небу. Нам также нужно улучшить покрытие по сравнению, например, с оптической системой координат, созданной Gaia”, — рассказал профессор Шарло.
Некоторые из трудностей носят технический характер. Например, Южное полушарие не так хорошо покрыто ICRS, как Северное, или то, что в оптическом диапазоне гораздо больше источников, поэтому для получения их радио аналогов требуются более глубокие радионаблюдения. Миссия GaiaNIR, предлагаемое продолжение работы обсерватории Gaia, позволит обнаружить квазары в плоскости Млечного Пути, скрытые от нас в настоящее время пылью нашей галактики.
Существуют также научные сложности. Допущения о движении Солнечной системы вокруг Млечного Пути и о движении самой Галактики могут стать факторами, влияющими на высокую точность, к которой стремится ICRS.
Кроме того, квазары считаются точечными источниками, но на самом деле это не совсем так. Чем совершеннее становятся наши телескопы, тем более протяженными кажутся эти источники. Поэтому важно понимать, откуда исходит радиоизлучение, и это одна из неопределенностей физики сверхмассивных черных дыр.
Если помощи в ориентировании в современном мире и изучения сложного устройства космоса недостаточно, то ICRS также помогает изучать внутренние процессы нашей планеты. Движение тектонических плит и другие причины неравномерного движения нашей планеты становятся видны благодаря свету, излучаемому сверхмассивными черными дырами, которые светят в 25 триллионов раз ярче Солнца, находясь от нас на расстоянии миллиардов световых лет.
Читайте также: На новом снимке “Джеймса Уэбба” квазар сияет, словно космическое обручальное кольцо
