Thread by @aldragon_net

Тред великой истории «радиотелескоп VS. микроволновка», донесённой в свое время до широкой публики в формулировках типа «астрономы 17 лет принимали помехи микроволновки за сигналы из космоса».

Публика, естественно, была умилена тупостью ученых, благодаря чему история поныне соперничает по популярности с тонко чувствующим мёртвым лососем в томографе. На самом деле, как обычно, а) журналисты пиздят прямо в заголовке, б) всё сложно.

Главный герой истории — 64-метровый <s>компакт-параболик</s> радиотелескоп Parkes, австралиец. Слушает небо тринадцатью детекторами радиоизлучения, расположенными в форме шестиконечной звезды. (Not a coincidence, I guess).

Как и положено передовому научному оборудованию, работает на пределе чувствительности. Настолько, что при оцифровке сигнала применялся 1-битный динамический диапазон. В каждую миллисекунду в каждом из 96 каналов каждого из 13 детекторов сигнал есть, либо нет, к черту подробности.

Как легко получить простым перемножением, телескоп генерировал около мегабита raw data в секунду; типичная поисковая сессия в рамках конкретного проекта при этом могла состоять из пары сотен прицеливаний в разные участки неба по паре часов каждая.

Получались, конечно, не петабайты, как у некоторых современных приборов (да, @CERN и @ehtelescope, на вас смотрю), но вполне солидные архивы. Особенно для начала двухтысячных годов.

Из-за работы на пределе чувствительности эти raw data — не «чёрный фон» с яркими сигналами, а белый шум. Телескоп даже самыми крохотными боковыми лепестками диаграммы направленности, естественно, слышит не только все микроволновки в округе, но и чёрт знает что ещё.

Фильтрация сигналов — первое, что приходится освоить при эксплуатации таких штук.

«А, это вы не отфильтровали микроволновку?» — первое, что приходится слышать по результатам.

Первый принцип фильтрации очевиден — поскольку ожидается сигнал от удаленного точечного источника на небе, то фокусироваться и наблюдаться в полную силу он должен только на одном из тринадцати детекторов. Пришедшая со стороны помеха скорее всего засветит их примерно одинаково.

От какого-нибудь самолёта на эшелоне или неведомого разряда в ионосфере это может не спасти. Есть второй подход, позволяющий не только отделить «настоящие космические» сигналы, но и прикинуть расстояние до источника. У сигнала должна запаздывать низкочастотная составляющая.

Межзвёздное пространство не совсем пусто, технически это ультраразреженная плазма, у которой есть показатель преломления, а у него есть зависимость от длины волны. На дистанции в 100000 световых лет излучение на 1.3 ГГц отстанет от излучения на 1.7 ГГц. На пару сотен миллисекунд.

Величина запаздывания даёт не само расстояние до источника, а некую суммарную концентрацию электронов на луче зрения. Называется этот параметр dispersion measure (DM) и по принятому соглашению измеряется в потрясающей размерности — парсеки в кубическом сантиметре.

ПАРСЕКИ В СМ³

История началась в 2007 году, когда к архивным данным был применен новый алгоритм фильтрации и поиска значимых сигналов, и был обнаружен первый экземпляр того, что сейчас называется fast radio burst — зарегистрированный 24 июля 2001 года FRB 010724.

Явление было странным. Величина частотного «размазывания» по времени указывала, что источник находится чёрт знает где, но всяко не в нашей Галактике, продолжительность сигнала — на компактность источника, а учёт того и другого давал чудовищную энергию, сопоставимую со Сверхновой.

Теоретики, естественно, тут же радостно набежали и предложили пучок объяснений, начиная таки от сверхновых, продолжая сливающимися нейтронными звездами, догоняясь испаряющимися черными дырами и полируя дырами белыми (sic!), но как-то всё было не то и не так.

Сигнал был довольно сильным, превосходящим порог чувствительности на два порядка — и при этом был ровно один. Если источники распределены в пространстве равномерно и вспышки случаются регулярно — совершенно непонятно, где же ещё множество более слабых. Начали искать.

Были подняты архивы начиная с 1998 года (отсюда, собственно, в 2015 году у журналистов и взялось «семнадцать лет»; с таким подходом можно написать «особенности строения таза тиранозавров озадачивают ученых семьдесят миллионов лет»).

В 2010 году появилась статья, с желчным прискорбием сообщавшая, что ни одного FRB больше не обнаружилось, зато нашлось шестнадцать единиц какой-то неведомой хуйни, совершенно точно имеющей земное происхождение — но при этом имеющей то же самое частотное размазывание по времени!

НЁХ засвечивала все 13 детекторов сразу. Проявлялась исключительно в будние дни и рабочие часы. И при этом её тембр категорично указывал на то, что она одной крови с FRB и преодолела межгалактические бездны.

Ну, скажем, так, почти категорично. Same-same but different.

Повисло неловкое молчание. С одной стороны, не возникало идей, что же это такое может быть на Земле — частота сигнала перекрывала запрещенную полосу, так что это не могло быть намеренной передачей или основным режимом работы чего-либо, известные атмосферные явления не подходили.

Редкость регистрации затрудняла поиск источника. Шестнадцать событий за пять лет, из них 11 — одной пачкой с интервалами по двадцать две секунды.

ДВАДЦАТЬ ДВЕ.

Что за прибор может работать по 22-секундному циклу?

С другой — на таком фоне было крайне сложно всерьез относиться к FRB 010724, несмотря на его принципиально отличные характеристики.

Неведомая хуйня получила название «перитон», по этому поводу в статье дан комментарий:

«The name is chosen from mythology to be unassociated with an exact physical phenomenon, due to the ambiguous origin of the detections; Perytons are winged elk that cast the shadow of a man».

(Всё в целом так, только мифология, из которой происходит крылатый олень с человеческой тенью, называется «Книга вымышленных существ» Борхеса).

Прошло пять лет. Был найден ещё один FRB в архивах и ещё девять свежих. А также ещё несколько десятков перитонов.

Подозрение, что на самом деле это нихуя не две отдельные сущности, не утихало; единственный FRB, зарегистрированный не на Parkes, а на Аресибо, ситуацию не спасал.

Великая Охота на Микроволновку состоялась в начале 2015 года.

Надеюсь, кто-нибудь из непосредственных участников тех событий однажды напишет мемуары и расскажет, что скрывалось за сухим текстом научной статьи.

Я глубоко восхищаюсь тем, какую силу духа, железные яйца и кипящую паранойю надо было иметь, чтобы вертеть 64-метровый телескоп в разные стороны и раз за разом пробовать, не получится ли какой-то из микроволновок в радиусе пяти километров испустить «внегалактический» сигнал.

Финал известен — оказалось, что перитон с вероятностью ~50% регистрируется, если при некоем положении телескопа открыть дверцу работающей микроволновки. Что именно происходит, и почему испускается такой долгий, имеющий «внегалактический» дрейф частоты сигнал — осталось загадкой.

Магнетрон всё-таки скорее изделие инженерного искусства, чем исчерпывающе описанный наукой прибор. Типа флейты или скрипки. Есть накачка энергии, есть резонансы, есть излучение. Поёт как надо. А что там за сильно нелинейный процесс при выключении происходит, непонятно.

…и да, двадцать две секунды — это таки оказался цикл работы магнетрона при мощности микроволновки менее 100%. Описанный в её инструкции и подтвержденный прямыми измерениями. Двадцать две секунды.

Возможно, это были десять имперских секунд.

…но это был ещё не финал. Той же весной 2015, буквально через десять дней, другая группа решила сыграть на добивание и опубликовала статью, в которой показала, что:

а) одиннадцать известных FRB с хорошей точностью расположены на расстояниях, кратных некоторой константе (что, естественно, пиздец, достойный гипотезы «мы все в Матрице»);
б) всё это время имели ярко выраженную тенденцию регистрироваться в конце целой секунды по UTC (аналогично)

(Опять-таки восхищаюсь силой духа всех тех, кто после этого не разбежался с матерными воплями из этой темы в частности и из науки вообще)

(Но, право, если спешить ставить точки на график, то в первом десятке можно еще и не такое увидеть. Не надо эксперимент в онгоинге анализировать и особенно визуализировать. Эмоций много, модуль поиска паттернов перегревается, а толку чуть).

Наши дни. Наловлено более пяти сотен FRB. Дискретность расстояний и времён не подтвердилась, по всему выходит, что радиовспышки настоящие. Что это такое — всё ещё непонятно, все гипотезы, связывающие их с известными объектами, плохо стыкуются с оценками численности этих объектов.

В общем, всё это время скорее не микроволновку принимали за космический источник, а наоборот. Сейчас внегалактическая природа FRB считается не вызывающей сомнений.

Но я уверен, что всем работающим по этой теме периодически является в кошмарах крылатый олень с человеческой тенью.