акт

Представьте, что вы смотрите на далёкий горный хребет сквозь утренний туман. Контуры вершин размыты, а если туман неоднороден, то одни склоны теряются сильнее других. Примерно так же выглядит для астрономов древний свет Вселенной, который добирается до нас 13,8 миллиарда лет. Этот свет родился, когда Вселенной было всего 380 тысяч лет — задолго до первых звёзд.

Ночное небо полно обманчивых огней. Астрономы искали галактики, которые зажглись в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, — их свет шел к нам почти 13 миллиардов лет. Шесть тусклых пятнышек выбрали по снимкам космических телескопов «Хаббл» и «Спитцер».

Взрыв массивной звезды, сверхновой, — это не просто яркая вспышка, а мощный удар по окружающему газу, который может запускать волны звёздообразования. Однако до сих пор никто не исследовал, как сам газ движется в местах таких взрывов.

Бетельгейзе — красный сверхгигант, знакомая многим по плечу Ориона, — продолжает удивлять астрономов. После загадочного Великого Потускнения 2019–2020 годов, когда звезда резко сбросила яркость, она не просто восстановилась, но и изменила свои «привычки».

0,965 — число, которое разделило космологов на «до» и «после». Именно такую величину спектрального индекса ns зафиксировал телескоп ACT, вглядываясь в реликтовое излучение — остывший свет Большого взрыва.

Спустя 380 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная остыла настолько, что свет отделился от плазмы. Это реликтовое излучение до сих пор пронизывает космос — как первый аккорд симфонии, отзвук горячего начала.

Вселенная звучит тишиной. Львиная доля материи — около 85% — остаётся невидимой, проявляясь лишь через гравитацию. Ещё Вера Рубин показала, что галактики вращаются так, будто их окутывает незримая масса.

Космологический спор напоминает ситуацию, когда два мастера меряют одну и ту же стену, но получают разную длину. Один использует рулетку, прикладывая её к ближайшим ориентирам — цефеидам (пульсирующим звёздам-маякам) и сверхновым типа Ia (вспышкам умирающих звёзд). У него выходит, что стена растягивается со скоростью 73.5 условных единиц.

Когда планета-гигант растёт, она втягивает в себя газ. Часть этого газа закручивается вокруг неё в маленький диск — его называют околопланетным диском. Именно в таких дисках, как считается, появляются спутники. У планеты PDS 70 c, которая находится в 370 световых годах от нас, такой диск увидели напрямую с помощью антенной решётки ALMA в миллиметровом диапазоне.

Космология похожа на оркестр, где разные группы инструментов вдруг начали играть вразнобой. Измерения скорости расширения Вселенной (постоянной Хаббла) по ранней и поздней Вселенной дают разные числа. Другие наблюдения намекают на «отрицательную» массу нейтрино нейтронных звёзд — физический нонсенс.

Реликтовое излучение — окаменевший свет первых мгновений. Вскоре после Большого взрыва микроскопические квантовые флуктуации были растянуты инфляцией до масштабов галактических сверхскоплений. Эта рябь сегодня проступает в реликтовом фоне узором температурных пятен.

Вселенная в возрасте 700 миллионов лет — это шумная новостройка, где только начинают загораться первые огни. Телескопы поймали сигнал из этой далёкой эпохи: галактика REBELS-25, массивная и полная звёздного топлива. Радионаблюдения на телескопах VLA и ALMA выявили слабое, но уверенное свечение молекул угарного газа (CO).

Тёмная материя — невидимая субстанция, проявляющая себя лишь через гравитационное воздействие: она искривляет свет далёких галактик, подобно незримому окну, меняющему ход лучей.

Через 380 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная остыла настолько, что разрозненные частицы соединились в атомы водорода.

Космология — это музыка сфер, и постоянная Хаббла когда-то казалась нам надёжным метрономом. Но данные инструмента DESI, изучающего спектры миллионов галактик, намекают: дирижёр — тёмная энергия — сам меняет темп по ходу симфонии.

Сжатая пружина лежит годами без движения. Кажется, она застыла навсегда, но внутри металла атомы медленно перестраиваются — и однажды пружина щелкает, переходя в новое, более свободное положение.

Реликтовое излучение — это послесвечение Большого взрыва, которое мы видим на миллиметровых волнах. Но у него есть и длинноволновый хвост, уходящий в радиодиапазон. На волнах длиннее 21 сантиметра этот свет начинает поглощаться нейтральным водородом, разбросанным в далёком космосе.

Лупа собирает солнечный свет в яркую точку. Если на стекле есть крошечный дефект, световое пятно исказится. Примерно так работает гравитационное линзирование: массивная галактика изгибает лучи света от более далёкого источника, создавая увеличенное и порой искажённое изображение.

Огромный слоёный пирог, где слои теста — это пространство, а начинка — особая область, похожая на невидимую стену. Эта стена не из кирпичей, а из энергии, и она может быть толщиной с целую Вселенную. Если такая стена существует, она должна по-разному растягивать слои теста: те, что лежат вдоль неё, раздвигаются быстрее, а те, что поперёк, — медленнее. Именно такую картину проверили авторы работы.

Древний свет — космическое микроволновое фоновое излучение, — путешествуя 14 миллиардов лет, приходит к нам со всех направлений. На первый взгляд оно идеально однородно, но при детальном анализе в нём проступают мельчайшие температурные колебания — как рябь на гладкой плёнке. Эта рябь не случайный шум, а зашифрованная летопись ранней Вселенной.

Движущиеся сгустки галактик и невидимой тёмной материи — таинственной субстанции, проявляющей себя лишь через гравитацию — создают кильватерные волны в послесвечении Большого взрыва, подобно тому как лодки возмущают гладь пруда.

Пыльная буря, которая не утихает миллионы лет, бушует не в пустыне, а между звёзд. Там плавают облака разреженного газа, пронизанные магнитными полями. Эти поля выстраивают пылинки, как стрелки компаса, вдоль силовых линий. Когда такая пыль излучает, свет от неё становится поляризованным — он колеблется в одной плоскости, словно верёвка, которую встряхнули только вверх-вниз.

Двое часов показывают разное время. Одни стоят у нас на столе, другие — далеко в прошлом, в свечении, оставшемся после Большого взрыва. Первые, глядя на близкие галактики, отсчитывают скорость расширения Вселенной — около 73 километров в секунду на каждый мегапарсек расстояния. Вторые, вглядываясь в древний свет, дают заметно меньше — примерно 67.

Космологический спор напоминает двух мастеров, которые мерят одну и ту же комнату разными рулетками. Один, глядя на далёкие галактики, получает одно число. Другой, всматриваясь в древнее свечение — реликтовое излучение, остывший свет Большого взрыва, — получает другое, меньшее. Это расхождение называют напряжением Хаббла.

В плотном облаке газа и пыли, где рождаются звёзды-гиганты, телескоп ALMA разглядел нечто знакомое. Четыре тонкие струи газа вылетают из одной и той же области, и каждая оставляет за собой цепочку ярких узелков — как пунктирная линия. Каждый узелок — это отдельный «выстрел»: звезда выбрасывает газ не ровным потоком, а порциями, с перерывами. Две струи изгибаются, как буква S.

Космологи измерили, с какой скоростью разбегаются далёкие галактики в разных уголках неба. Для этого они взяли два вида «космических линеек»: скопления галактик и взрывы сверхновых определённого типа. Оба способа показали одно и то же: в одном направлении Вселенная расширяется чуть быстрее, чем в противоположном.

Огромная лупа из гравитации увеличила далёкую галактику, и астрономы заглянули в её химическую кухню. Телескоп ALMA в чилийской пустыне получил новый приёмник, который ловит радиоволны с частотой от 67 до 116 гигагерц — как будто радиоприёмник, наконец, научился слышать целый диапазон станций разом.

Свет, путешествующий к нам почти 14 миллиардов лет, — как старая фотография, на которой проступают детали при бережной обработке. Реликтовое излучение (послесвечение Большого взрыва) хранит отпечаток первых мгновений Вселенной, но его сигнал слаб и искажён.

Астрономы стремятся зарегистрировать радиоэхо Большого взрыва — реликтовое излучение, слабое микроволновое свечение, пронизывающее всю Вселенную.

В галактике Андромеды, ближайшей крупной соседке нашего Млечного Пути, астрономы разглядели гигантские холодные облака, в которых рождаются звёзды. Эти облака состоят из газа и пыли, но увидеть их напрямую непросто: они почти не светятся. Учёные использовали радиотелескоп SMA на Гавайях, который ловит слабое тепловое излучение пылинок и радиоволны от угарного газа.

Вселенная в первые мгновения напоминала тесто, которое начало подниматься. Если дрожжи распределены неравномерно, булочки получатся разного размера. Астрономы ищут такие «комки» в древнейшем свете и в расположении галактик, чтобы понять, каким был рецепт.

Свет уличного фонаря, проходя сквозь жалюзи, мерцает: полоски движутся, и яркость то растёт, то падает. По этому ритму можно догадаться, насколько широк сам фонарь. Примерно так работает новый метод измерения звёзд: вместо того чтобы ловить чёткое изображение, астрономы следят за «мерцанием» света, собранного двумя или несколькими телескопами одновременно.

Ночное небо светится не только звёздами. Между ними разлито слабое микроволновое сияние, которое астрономы замечают уже три десятилетия, но не могут объяснить. Одна из идей: виноваты полициклические ароматические углеводороды — молекулы, похожие на крошечные хлопья сажи, которые крутятся в пространстве и, как крошечные антенны, испускают радиоволны.

В холодных облаках межзвёздного газа углерод прячется в молекулах угарного газа (CO), как сахар, растворённый в чае. Но рядом с горячими массивными звёздами этот «чай» вскипает: жёсткое излучение разрывает молекулы, и углерод выходит наружу одиночными атомами или ионами.

Фен, направленный на кусок льда, срывает с поверхности пар и капли, и лёд постепенно тает. Примерно так же работает ветер из центра нашей Галактики: он подхватывает холодные облака газа и уносит их прочь, попутно разогревая и разрывая на части. Астрономы решили впервые систематически поискать в этом потоке молекулы — самый холодный и плотный вид газа.

Вселенная — это пирог, который готовят по одному рецепту, но чайная ложка и кухонные весы упорно показывают разное количество сахара. Так и с расширением Вселенной: измерения по близким звёздам (ложка) дают одно значение постоянной Хаббла, а по древнему свету Большого взрыва — реликтовому излучению (весы) — совсем другое.

Два метода измерения скорости расширения Вселенной дают противоречивую картину. Измерения по вспышкам сверхновых, выполненные командой Адама Рисса, показывают более быстрое расширение, чем данные по реликтовому излучению — свету, оставшемуся после Большого взрыва.

Телескоп ACT в чилийской пустыне Атакама всматривался в небо с 2007 по 2022 год. Его цель — реликтовое излучение, свет, который путешествует к нам 13,8 миллиарда лет. Этот свет поляризован: волны колеблются в определённых плоскостях, как струны, натянутые в разных направлениях. В идеально симметричной Вселенной эти плоскости оставались бы неизменными.

Пустыня Атакама на севере Чили — самое сухое неполярное место на Земле. Здесь небо почти всегда ясное, а воздух настолько лишён влаги, что даже далёкие галактики видны без помех. Именно поэтому на плато Чахнантор, на высоте пяти километров, стоят радиотелескопы, которым водяной пар мешает сильнее всего. Но даже в таком идеальном месте есть свой «дирижёр погоды» — тихоокеанский цикл Эль-Ниньо.

Каждую ночь над Андами висит невидимый страж. Спутник GOES-12, а позже его сменщик GOES-13, смотрит на Землю с высоты 36 тысяч километров и записывает, как горы дышат облаками. Пять лет подряд он фиксировал, где небо остаётся чистым, а где затягивается ватой. Из этих ночных снимков выросла карта, которая показывает, куда стоит поставить телескоп, чтобы звёзды не прятались за тучами.