Мы поговорим об астрономических ошибках, или, как это любят называть астрономы, эффектах селекции. Ошибок у астрономов бывает очень много. Эффект селекции — это то, каким образом мы выбираем из того, что мы видим, параметры, которые нам удобны. То есть мы хотим увидеть то, что мы видим. Вся астрономия была построена на том, что мы смотрим на небо. То, что видим, мы и описываем и думаем, что главное — это то, что мы видим глазами. Сам факт того, что мы видим, зависит от того, как объекты излучают.

Самый лучший пример — это когда мы видим самые яркие объекты на небе и по ним строим описание Вселенной. Это называется смещение Малмквиста. Это определение было предложено в 1922 году для объяснения одного из сильнейших эффектов селекции. Когда мы, например, смотрим на крупномасштабную структуру Вселенной, мы начинаем видеть гигантские стены, аттракторы, а потом оказывается, что это происходит только потому, что мы видим яркие объекты, но не видим слабые объекты. Мы видим образование некоторой стены. Такие физические конструкции есть во Вселенной, и они появляются в моделях. Но в этом ничего необычного нет. У нас есть сверхскопления галактик, есть скопления галактик, что не исключает образования связей между сверхскоплениями галактик, которые мы можем определять как великие аттракторы.

Была целая история с великим аттрактором, которая стала рассеиваться в 1990-х годах, когда стало понятно, что, действительно, есть сверхскопления, есть гигантская масса, связанная с темной материей, которая искривляет пространство. И естественно, движение наших галактик в этом направлении идет. Если мы учтем смещение Малмквиста, то поймем, что на самом деле все происходит немного по-другому. Есть сверхскопление Шепли, куда мы движемся. Понятно, что локальное движение все равно обеспечивается этой гигантской ямой в пространстве, гравитационным колодцем, который на нас действует. Смещение Малмквиста, или селекция по ярким объектам, — это один из типов селекции, которые существуют.

Есть много различных объектов, которые мы пытаемся интерпретировать так, как нам хочется, но не так, как все есть на самом деле. Это связано с тем, в каких диапазонах мы смотрим. В определенных координатах на карте реликтового излучения было найдено гигантское пятно размером 10 градусов с необычной структурой. Если мы посмотрим в направлении этого пятна, что происходит в других диапазонах (а реликтовое излучение — это миллиметровый диапазон), то увидим, что там тоже есть это пятно. Тогда мы начинаем говорить, что есть великая пустота Эридана. А что это тогда за эффект, который может дать большой войд Эридана? Предполагают, что это эффект Сакса — Вольфа в гравитационном потенциале этой пустоты. Мы начинаем рассчитывать, и оказывается, что на порядки не дотягиваем до эффекта Сакса — Вольфа, который показывает изменение частоты фотона в меняющемся гравитационном потенциале.

Посмотрим, есть ли еще такие совпадения, где в других диапазонах у нас не хватает радиоизлучения, но есть ямы в реликтовом излучении. Мы можем найти штук 15–20 областей таких совпадений. Что бы это могло быть? Вполне возможно, что это просто особенности нашей Галактики. То есть мы думаем, что это очень далеко, что это действительно очень большой войд. Мы это можем обозвать «великое ничто», как это было сделано в одной из статей. Но когда мы начинаем разбираться и подсчитывать объекты в других диапазонах, не в радио, а просто в оптике, то оказывается, что ничего особенного нет. Это некий систематический эффект, возможно связанный с экранизацией облаками плазмы в нашей Галактике, что, в частности, подтверждается картой синхротронного излучения на частоте 408 мегагерц, где мы тоже видим яму. Может ли наша Галактика знать об этом гигантском эффекте, существование которого предполагается на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от нас? Конечно нет. Скорее всего, это свойство нашей Галактики. Если мы посмотрим распределение магнитного поля нашей Галактики, то именно в этом направлении мы увидим, что особенности магнитного поля, силовых линий, точно воспроизводят особенности формы холодного пятна на карте реликтового излучения. Это, скорее всего, эффект систематики, неправильный учет свойств нашей Галактики.

Что же мы называем эффектами систематики? Эффекты систематики — это эффекты, связанные с особенностями наблюдений, обработки и нашего понимания природы объектов, которую мы пытаемся интерпретировать в рамках того знания, которым мы обладаем. Например, один из эффектов систематики может быть связан с тем, почему постоянная Хаббла отличается по данным реликтового излучения и по данным сверхновых. Сверхновые типа Ia — это двойные звезды, в которых одна из звезд — белый карлик. Она имеет свой предел максимальной массы. Если мы на нее сбрасываем вещество с соседней звезды, она взрывается. Так как масса предельная, вспышка имеет ограничение по светимости. То есть мы знаем, что она тускнеет, когда мы ее от нас удаляем. Таким образом, мы можем построить космологическую модель, используя эти данные. Но оказалось, что эти данные не совсем хорошо согласуются с целым набором других измерений. Большая шумиха связана с наблюдениями американского астрофизика, нобелевского лауреата Адама Рисса, который говорит, что стандартная величина постоянной Хаббла у него получается 74 и отличается от той, что принята космологическим сообществом, — 67,8 километра в секунду на Мегапарсек.

Систематика Адама Рисса может быть связана с тем, что мы не очень хорошо представляем, как взрываются сверхновые типа Ia. То есть особенность этого типа объектов, их взрыва, может зависеть от расстояния до этих объектов, от красного смещения и молодости Вселенной. Самые далекие сверхновые типа Ia могут быть на определенном красном смещении, то есть тогда, когда у Вселенной был конкретный возраст, когда такие звезды могли образоваться. Это нам может говорить что-то об эволюции звезд. С другой стороны, это может говорить о том, что мы не очень хорошо себе представляем, что происходит еще дальше, а пытаемся интерпретировать сверхновые как стандартные вспышки близких объектов, которые мы измерили и можем наблюдать. То есть мы плохо представляем себе эволюционные объекты. С другой стороны, мы знаем, что данные по сверхновым не полны. Если вы работаете с неполным небом, если у вас есть определенные направления, а не все небо заполнено, у вас получается другой эффект систематики, когда вы пытаетесь по отдельным маленьким площадкам перейти на все небо.

Естественно, так делать нельзя, потому что мы ограничиваем сами себя. То есть мы пытаемся обобщить маленькие области на очень большие размеры. Мы знаем, что вокруг нас есть крупномасштабная структура — это распределение вещества во Вселенной, которое напоминает паутину. Если рядом с нами находится войд, то в этом направлении, где он находится, у нас будет один тип подсчета объектов. А если рядом с нами находится скопление галактик и мы смотрим в направлении, где оно находится, у нас другой тип подсчета объектов. Мы начинаем считать объекты. И оказывается, что они различаются в угловых масштабах. Понятно, что локальное распределение вещества влияет на соответствующие скорости движения галактик, а значит, и объектов, которые там находятся. Это учитывается в том случае, если мы знаем, как мы сами хорошо движемся, как движутся локальные потоки. Тогда здесь возникает систематика.

Другой эффект систематики связан с тем, как мы вообще видим. Например, у нас есть радиотелескоп. В направлении объекта мы наводим свой телескоп, который видит в определенном угле. Этот угол называется «диаграмма направленности телескопа». Она имеет необычную структуру: покрывает всю сферу, 4 π. То есть даже если мы смотрим телескопом на зрителя, то радиотелескоп все равно видит, что находится позади меня. Это распределение неравномерно, возникает синусоидальная функция, синус икс на икс. То есть она имеет главный максимум, а потом разбегающиеся лепестки с падающей амплитудой. Радиоисточник может попасть в лепесток, а мы смотрим в другую сторону и думаем, что здесь находится источник. Отсутствие учета этих боковых лепестков диаграммы направленности — это систематика.

С одной стороны, это все хорошо. Да, мы собрали много энергии, проинтегрировали ее. С другой стороны, непонятно, что мы там видим. Мы можем видеть ложные источники. Можем, наоборот, думая, что это ложные источники, удалять их во время обработки. Потом мы начинаем строить модели окружающего нас мира, обладая неполной информацией. И это вносит искажения в наше восприятие реальности — это и есть эффект систематики. Он связан со многими ошибками, с тем, что у нас случайно возникают какие-то шумы. Например, мы наблюдаем на радиотелескопе, а у нас рядом работает мобильная станция с Wi-Fi, и у нас периодически будет идти помеха. Заинтересованные люди будут говорить: «Смотрите, какой-то искусственный сигнал, давайте его исследовать». А мы-то знаем, что у нас тут Wi-Fi и ничего особенного здесь нет. Эффект систематики — это когда особенности нашего проведения эксперимента или нашей модели искажают реальную информацию. И мы пытаемся в рамках искаженного представления восстановить реальную картину. Эффекты систематики достаточно сложно учитывать, если они неизвестны.

Есть большой набор эффектов, связанных с очень слабыми объектами, особенно в радиоастрономии. Когда мы наводимся своей диаграммой направленности радиотелескопа в определенную точку неба, слабые радиоисточники начинают лезть в диаграмму направленности, и общий шум приподнимается. Если бы у нас чувствительность была лучше и диаграмма была бы у́же, мы смогли бы разобраться с теми маленькими объектами, которые есть. Мы их не видим, но они приподнимают общий шум и дают некий средний сигнал, который может сложно учитываться, если мы не знаем заранее популяцию объектов. Это одна из задач исследования реликтового излучения, когда нам нужно разобраться с фоновыми источниками. Особенно много начинает лезть в субмиллиметровом диапазоне. Это далекие объекты со звездообразованием.

Особенность формирования нашей нейросети такова, что чем лучше мы ее обучаем, тем легче мы разбираемся с этой систематикой. Непонятно что будет завтра, но есть одно решение многих стандартных проблем. Надо делать лучшие инструменты, вкладывать больше денег в соответствующую науку. Тогда мы будем больше знать, и это поможет нам жить и не совершать ошибки в нашей жизни.