Нестыковка в ранней Вселенной, ИИ и Астрономия на QWERTY (№ 8)
[музыка] Привет, восьмой выпуск новостей. Сейчас хочу начать с небольшого комментария, посвящённого вашим вопросам. Я же отвечаю теперь на вопросы в комментах. Во-первых, спасибо вам большое за то, что вы эти вопросы задаёте. Они показывают настоящий интерес, который вы проявляете к новостям нашей науки. Это, конечно, очень приятно. Итог, конечно, положительный.
Ну, а теперь некоторые затруднения, которые иногда здесь встречаются. Ну, прежде всего, я хотел сразу бы сказать, что в вопросах типа «вы всё придумали, всё это ерунда, ничего этого нет» я сразу не буду говорить. Да, наша наука устроена так: мы что-то наблюдаем, строим модель и дальше добиваемся совпадения численных данных, которые мы получили, с этой моделью. Это обычная научная практика. Оче многих она не устраивает. Эти люди говорят: «Мы бы хотели посмотреть на это всё глазами, пощупать, потрогать». Ну, так не получится, дорогие друзья.
И люди, которые делают такие, скажем, высказывания, такие претензии, они просто показывают полное своё незнание того, как наша наука устроена. Ну, ничего не поделаешь. Вот ничего лучшего, чем этот способ, не придумали. Это знаете, как в государственном устройстве: имеет много недостатков, но просто лучше ничего пока что не выдумали. Также точно и здесь я хочу поговорить о нормальных вопросах, вопросах осмысленных, на которые хотелось бы ответить.
Здесь первая просьба к вам: пожалуйста, постарайтесь ваши вопросы формулировать как можно яснее, как можно более вразумительно. Писали, прежде чем его опубликовать, почитайте его сами и подумайте, понятно ли то, что вы хотите спросить, или, может быть, это можно было бы как-то объяснить чуть получше. Дайте себе такой труд.
Дальше, если вы спрашиваете о какой-то публикации, о каком-то факте, мнение о квартире, о которой меня вы хотели бы знать, потрудитесь дать ссылку. Не заставляйте меня искать по ключевым словам в интернете, где это, кто это сказал. Нате это тру, а мне вы сэкономите время. Кроме того, очень часто, чтобы ответить на ваш вопрос, достаточно набрать слово в поисковике или сходить в Википедию. Для этого не надо обращаться ни к кому, это давным-давно уже опубликованный факт. Не поленитесь, сходите и посмотрите.
Уж если что-то будет непонятно, тогда задавайте ваш вопрос. Последнее замечание: очень часто это относится к комментариям по поводу большого взрыва. Да, это контринсулярные. Впрочем, не просто некоторые фантазии. Вот тогда и можно это всё обсудить. В общем, как говорил Великий Пролетарский писатель Максим Горький: «Люби книгу — источник знания».
Ну, а теперь к новостям, опять к новостям. Запущен корабль Европа Клиппер. Миссия Европа Клиппер всё-таки запущена. Числа это ждать лет результатов этой миссии, но давайте наберём терпения. О деталях миссии я рассказывал в прошлом выпуске новостей. Единственное, что хочу показать новенького — это инфографика, которая появилась на сайте NASA. Очень красивая картинка, на которую хотел, чтобы посмотрели. Это вот как раз наше представление.
Да, никто этого не видел. Это модель, как устроена структура, как устроен вертикальный срез Европы, этого спутника Юпитера, этой галилеевой Луны. Вот видите, сначала слой льда толщиной в несколько десятков километров. Затем в несколько сотен километров слой воды. При этом внизу она даже может быть горячей. Видите, там видны подводные потоки тёплой воды, которые выбиваются из более низкого слоя этой планеты, там горячее ядро. И оттуда идут тёплые потоки, примерно так же, как это бывает и в земных океанах. Только количество этой воды на Европе в несколько раз превышает весь объём воды, имеющийся у нас на Земле.
Вот такой интересный мир ждёт зонд Europa Clipper. И кто знает, может быть, вот в этой толще тёплой воды и есть шанс найти какие-то живые организмы. Есть такие надежды на это. Ну, дальше более такие традиционные новости. Есть ещё одна нестыковка, обнаружившаяся в ранней Вселенной. На этот раз можно сказать, что не сходится фотонный бюджет реионизации. Основано всё это на данных телескопа Джеймса Веба.
В чём тут дело? Для этого давайте сначала вспомним, что такое вообще реионизация. Устоявшаяся сейчас концепция большого взрыва знает, что по этой схеме примерно через 400.000 лет, чуть меньше, после самого этого непонятного события во Вселенной образовались нейтральные атомы из отдельных заряженных частиц. Из вот этого океана протонов и электронов, которые были в горячей такой плазме до момента остывания, лились атомы нейтрального водорода, в основном водорода. Примерно там на 80%.
Это был как раз момент, когда освободилось излучение, которое мы сейчас наблюдаем в виде реликтового излучения в миллиметровой тёмные века, когда ещё пока не образовались первые звёзды, не образовались первые галактики. И вот считается, что примерно спустя приблизительно 100 миллионов лет после большого взрыва начали образовываться первые звёзды, которые своим мощным, в основном ультрафиолетовым излучением стали ионизовать окружающий водород, ионизовать окружающий газ. То есть, это как бы была повторная ионизация после первичной, которая была сразу после большого взрыва.
Вот это и есть процесс реионизации. Он датируется приблизительно вот таким интервалом. Считается, что началась она примерно через 100 миллионов лет после большого взрыва, а закончилась примерно через миллиард. Работа, о которой я рассказываю, пересмотрела вот этот вот баланс излучения и вещества. Дело в том, что можно оценить количество ультрафиолетового излучения, которое пошло на вот эту вот реионизацию. Оценить его можно по двум источникам.
Во-первых, можно оценить его по распределению реликтового излучения и его общему количеству. Оно позволяет нам оценить общее количество энергии, которая была излучена, а также количество вещества, которое там было. И другой источник этой информации — это, так называемый, альфа-лайн. В том, что ранние объекты во Вселенной излучали эту линию нории водорода, первую электронную оболочку водорода, линия Лаймансков, которые её излучали, поглощала в веществе Вселенной. Но поскольку это вещество расширялось, то поглощение происходило на разных красных смещениях.
Вот как вы сейчас видите на этой схеме, которая вам сейчас показывается. Когда мы наблюдаем спектры ранних объектов Вселенной, поглощение линии излучения Лямда альфа происходит каждый раз на разной частоте, потому что из-за красного смещения каждый раз по-разному удлиняется эта линия. И мы наблюдаем вместо одной линии поглощения Лямда альфа в холодном веществе расширяющейся Вселенной целую серию таких линий. Это и есть линия Лямда альфа.
Понятно, что по интенсивности и количеству таких линий Лямда альфа можно оценить, как интенсивность излучения в этой линии. Также эта линия и тоже получается баланс излучения и массы, который показывает, когда должна была закончиться ионизация. Вот это и даёт нам те самые цифры, с которых я начал. Примерно через миллиард лет после начала Вселенной она должна была закончиться. Так вот, если посчитать количество энергии, которое у галактик ранней Вселенной, оно получается слишком большим коэффициентом эффективности ионизации.
И количество энергии, которое выходит за пределы галактик, не поглощается внутри галактик, оказывается большим, чем нужно, чтобы сошлись вот эти цифры с миллиардом лет. Если оценивать конец эпохи ионизации по наблюдениям телескопа, получается, надо сдвинуть примерно вдвое в глубину времени, к началу Вселенной, к началу большого взрыва. Получается, что реионизация должна была закончиться примерно на полмиллиарда лет пораньше. Всё-таки это довольно большая заметная величина, и назревает новый конфликт, новый тенн, вот как у нас есть, знаете, НН, когда спорят друг с другом разные оценки постоянной Хаббла, сделанной по разным параметрам.
Также и здесь намечается некоторый НН, который предстоит теперь разгадывать. Вот это первая новость, о которой я хотел вам рассказать. Непонятно пока, как выйти из этого положения. Одно из предположений пока заключается просто в том, что, наверное, часть водорода после ионизации снова нейтрализована в части водорода. Этот водород был ионизован этим излучением, произошла рекомбинация, и его пришлось ионизовать ещё раз. И поэтому всё-таки тогда можно как-то увязать друг с другом вот эти две величины энергии, о которых я сейчас рассказывал. Ну, посмотрим, что будет дальше.
Это, конечно, только первая работа на эту тему. Конечно, будут и дальнейшие исследования. Следующая новость, которую хотел рассказать, интересным образом касается нобелевских премий, присуждённых в этом году, в том числе и премии по физике и по химии. Они оба, как вы, наверное, знаете, странным образом относятся скорее, казалось бы, к математике, к искусственному интеллекту, к применению методов машинного обучения.
Вот работа, которую хотел вам рассказать, это применение методов машинного обучения к определению характеристик 217 миллионов звёзд. Эта выборка взята из гигантского каталога почти 2 миллиардов звёзд, измеренных миссией Гая. Много раз я о ней рассказывал. Это метрическая обсерватория, находящаяся в точке Лагранжа и уже больше 10 лет занимающаяся измерением подробных параметров звёзд, в том числе спектральных и параллакса, и положений, и скоростей большого количества звёзд, в основном окружающих наш участок, довольно большой кусок Галактики.
Мы тем самым измерили из этой выборки всё. Время делается под выборки, анализируется более подробно. В данном случае выборка, которая взята из каталога Гая, обрабатывала вот в каком ключе: из довольно грубых спектральных характеристик, которые получали телескопа Гая, методами машинного обучения выводились основные элементы, химический состав, поглощение в межзвездной пыли. Это значит, делалось тренировка по примерно 8 миллионов звёзд, а потом экстраполировали. Это важнейшая работа, определение фундаментальных свойств с помощью очень скромных вычислительных методов.
Работа, которую сделали за 4 часа при помощи одного процессора, без применения методов машинного обучения, заняла бы 2 недели с применением 3.000 высокопроизводительных процессоров. Представьте себе, какая гигантская экономия и времени, и потребления энергии, и загрязнения окружающей среды. Такие вещи тоже сейчас принимаются во внимание, то есть карбоновый футпринт от вот этих вот 3000 процессоров, конечно, был бы несопоставим с этим одним единственным процессором, сделавшим за 4 часа всю эту огромную работу.
Я бы хотел, чтобы вы сопоставили это с тем, что мы говорили в прошлый раз о, помните, гигантском инфракрасном каталоге Галактики, сделанном на паранах с телескопом. Вообще наш век — это время обработки гигантских массивов звёздной информации. И вот перед нами ещё один такой вот огромный каталог. Интересно только для нас, каким методом он получен.
Надеюсь, что это немножечко мирит тех, кто как-то с непониманием отнёсся к тому, почему Нобелевская премия по физике присуждается в такой, казалось бы, далёкой от физики области. Вот тут же сразу перед нами пример того, как эти методы достигают крупных результатов именно в области физики. Последнее, о чём хотел рассказать — появился проект нового гигантского телескопа. Это проект Атакамский субмиллиметровый телескоп большой апертуры. В том же самом Тосо хн, где стоит сейчас знаменитая решётка Альма, есть план.
Ну, это, конечно, не быстрое дело, не меньше десятилетия на него уйдёт. Появился план установить одиночную антенну пятидесяти полноповоротного плана. Это только-только появившийся проект, конечно, ещё очень много воды утечёт до того, как он как-то воплотится в жизнь. Об этом потому что статья, о которой я, собственно, хочу рассказать, относится не к самому этому проекту, она относится к вопросам энергообеспечения этого телескопа.
Вообще появилась она в таком журнале, о котором я даже раньше не слышал. Это он называется Nature. В том, что вы знаете, что есть знаменитый журнал на Земле. В последнее время, поскольку очень много всяких появилось, разных публикаций, он разделился на несколько вспомогательных, дополнительных журналов. Есть вот Nature Astronomy, есть Nature Communication. А вот оказывается, есть ещё и этот журнал, в котором освещаются главные достижения именно в смысле сбережения энергии и использования возобновляемых источников.
Вот статья, о которой я говорю, появилась именно в этом журнале. Смысл её в общем вот в чём: при строительстве этого гигантского телескопа разработан план обеспечения его целиком энергией ветра, солнца, подземных сил. Прим, эта энергия будет сжать не только сам телескоп, окрестные районы, городок Сан-Педро, Атакама, окружающие его зоны, туристические зоны, зоны поселения аборигенов и так далее.
Вот видите, как мне кажется, очень показательно: на самой заре возникновения проекта уже учитывается, как он будет обеспечиваться этими ресурсами, чтобы оно было экологически безопасным, чтобы оно не увеличивало карбоновый отпечаток, который человечество всё время вносит в атмосферу и тем самым ухудшает условия на Земле. Вот можно только порадоваться за такие проекты. На этом мы сегодня заканчиваем. И до следующих встреч. До свидания.