Как выглядела Вселенная 12 миллиардов лет назад? Объясняем проект HETDEX

600 миллионов спектров. Столько «штрихкодов» света от объектов в ранней Вселенной собрал телескоп Хобби-Эберли в рамках эксперимента HETDEX. Это крупнейший спектроскопический обзор ранней Вселенной из когда-либо выполненных. И теперь он доступен не только астрономам с PhD — данные открыты для всех: студентов, любителей и даже искусственного интеллекта.

Спектральная карта космического полудня

Речь идёт о периоде, который астрономы называют Cosmic Noon — Космическим Полднем. 10–12 миллиардов лет назад, когда Вселенная была молодой, а процессы звездообразования шли максимально активно. Чтобы разглядеть ту эпоху, HETDEX использовал спектроскопию. Вместо того чтобы просто сфотографировать небо, телескоп разложил каждый луч света на длины волн. Получившийся спектр — это не просто картинка, а подробный «паспорт» объекта: его химический состав, скорость движения в пространстве и расстояние до Земли.

«Это спектральная карта Вселенной. Каждая точка света превращается в физический штрихкод», — объясняет Эрин Ментуч Купер, руководитель обработки данных HETDEX и ведущий автор статьи в The Astrophysical Journal.

С 2017 по 2024 год телескоп в обсерватории Макдональда сканировал участок неба, по площади равный двум тысячам полных лун. Итог — карта ранней Вселенной, которая должна помочь разгадать природу тёмной энергии — таинственной силы, заставляющей наш космос расширяться всё быстрее. Для этого HETDEX отследил расположение более миллиона древних галактик. Но собрал и всё остальное, что попало в поле зрения.

Не выбирать, а наблюдать всё подряд

Большинство астрономических обзоров работает по принципу: «Ищем вот такие объекты, на них и смотрим». HETDEX пошёл другим путём. Стратегия оказалась нетаргетной, как выразился руководитель проекта Карл Гебхардт из Техасского университета в Остине. Телескоп просто наводили на небо и фиксировали всё, что там есть.

• «Мы не выбираем конкретные объекты заранее», — говорит Гебхардт;
• «Мы наводим один из крупнейших телескопов мира и смотрим, что там окажется»;
• «Мы абсолютно уверены, что найдём в данных что-то по-настоящему крутое и неожиданное».

В базе — 431 тысяча трёхмерных кубов данных. Каждый из них покрывает участок неба размером примерно в 1/30 полной Луны. Большая часть этих полей сосредоточена в окрестностях созвездий Большой Медведицы и Ориона. Масштаб впечатляет: телескоп и его инструменты способны захватывать десятки тысяч спектров за один раз. Раньше о таком можно было только мечтать.

Что конкретно лежит в открытом доступе

Вместе с сырыми данными исследователи выложили и готовый каталог. В нём уже числятся более миллиона далёких галактик, полмиллиона относительно близких галактик, где активно рождаются звёзды, 18 тысяч сверхмассивных чёрных дыр и свыше 150 тысяч звёзд. Это не просто список — это готовый материал для работы.

Скачать можно любую выборку по координатам на небе. Для тех, кто не хочет забивать собственные жёсткие диски, доступ к облачным суперкомпьютерам в Техасском центре передовых вычислений. Барьер входа для работы с таким объёмом информации — а в сыром виде это полпетабайта — снизили до минимума. Исходные цифры специально обработали, уменьшив объём до 10 терабайт без потери ключевой информации. Для этого разработали целый набор туториалов и инструментов.

«Мы превратили больше полумиллиарда спектров в нечто, что можно исследовать», — поясняет Ментуч Купер. «Это как сжать целую вселенную до размеров, которые помещаются у вас в руках».

Искусственный интеллект и 24 тысячи добровольцев

600 миллионов спектров — это слишком много для анализа вручную. На помощь приходит искусственный интеллект. И что интересно, AI уже сыграл ключевую роль в подготовке самого набора данных. Программное обеспечение компании RAIC Labs, например, автоматически удаляло помехи от пролетающих спутников и метеоров, которые то и дело попадали в кадр телескопа.

Параллельно с этим HETDEX использовал автоматические алгоритмы для поиска потенциальных древних галактик. Но и людям нашлась работа: более 24 тысяч добровольцев-любителей через программу Dark Energy Explorers помогали подтверждать, что найденные объекты — действительно галактики, а не артефакты. Получается, что AI и тысячи пар глаз вместе создали этот каталог.

Этот релиз — первый случай, когда полный набор данных HETDEX опубликован одновременно с каталогом. Основной обзор завершён, но наблюдения продолжаются. Калибровки улучшаются, а в будущем обещают дополнительные выпуски данных. Что же скрывается в тех 600 миллионах спектров, которые никто ещё не рассматривал внимательно? И кто первым найдёт тот самый дикий и неожиданный объект, о котором говорят астрономы? Может быть, это будет нейросеть. Или тот самый любитель с ноутбуком дома.