аскап

В подвале лаборатории гудит магнит на 8 тесла. Внутри него, как колокол в колокольне, висит полый медный цилиндр, настроенный на одну-единственную ноту. Если где-то рядом пролетит аксион, частица тёмной материи, цилиндр отзовётся слабым звоном. Беда в том, что обычная медь глушит этот звон: при высоких частотах ток течёт лишь по тонкой коже металла, и потери растут.

Гроза в верхних слоях атмосферы длится миллионные доли секунды. Космический луч — протон или ядро гелия — ударяет по молекулам воздуха, и вниз летит целый рой частиц. Большинство из них держатся вместе, но иногда одна частица получает столько энергии, что вырывается вперёд. Тогда каскад раздваивается: получаются два горба в продольном профиле, как два эха от одного удара.

Ночное небо полно колец и пузырей, но в радиодиапазоне они выглядят иначе. В данных австралийского радиотелескопа ASKAP всплыла структура, похожая на два мыльных пузыря, выдутых из одной соломинки. Один пузырь почти идеально круглый, второй слегка налезает на него — будто их выдохнули с разницей в секунду.

В центре почти каждой крупной галактики находится сверхмассивная чёрная дыра — объект с массой в миллионы или миллиарды раз больше солнечной, чьё гравитационное притяжение не выпускает даже свет. Обычно она пребывает в состоянии покоя, но иногда, подобно внезапно пробудившемуся вулкану, выбрасывает узкие струи плазмы — джеты.

Маяк загорается на долю секунды и снова гаснет. Такие вспышки в радиодиапазоне ловит телескоп MeerKAT в Южной Африке. За время наблюдений он поймал 27 новых источников, которые раньше никто не видел. Нейтронные звёзды — это остатки взорвавшихся светил, сжатые до размеров города. Некоторые из них, как испорченный прожектор, посылают радиолучи не постоянно, а короткими порциями.

Когда оркестр из тысяч музыкантов играет слаженно, заслуга не только в таланте каждого, но и в невидимой работе дирижёра. Примерно так же устроен будущий Широкоугольный спектроскопический телескоп (WST) — амбициозный проект с 12-метровым зеркалом, который сможет одновременно снимать спектры тысяч звёзд и галактик.

Представьте себе рельс, вдоль которого, словно крошечные вагончики, скользят антенны-прищепки. Каждая из них испускает радиосигнал — невидимую волну, распространяющуюся со скоростью света . Смартфон, принимая эти сигналы, замеряет микроскопические задержки и по ним вычисляет расстояние до источника.

Бросьте камень в воду: у самой точки падения волны хаотичны — это ближнее поле. Дальше они расходятся ровными кругами — дальнее поле. Этот же принцип, знакомый по ряби на пруду, управляет антеннами для терагерцевой связи — фундамента будущего сверхбыстрого интернета.

3I/ATLAS ворвался в Солнечную систему как незваный гость, подарок судьбы для охотников за внеземным разумом. Этот кометоподобный странник из глубин Галактики пролетел достаточно близко, чтобы его можно было расслышать во всех подробностях — в отличие от далёких экзопланет.

В центре многих галактик прячется сверхмассивная чёрная дыра, выбрасывающая релятивистские струи плазмы на сотни килопарсек. Одна из таких — радиогалактика ESO 137-G007 в скоплении Наугольника, известная как «Галактика-штопор» за свои закрученные джеты.

В 2007 году астрономы услышали загадочный миллисекундный щелчок из космоса — так открыли быстрые радиовсплески, или FRB. С тех пор они стали детективом космического масштаба: яркие, как целая галактика, и спрессованные в миг, эти сигналы мчатся сквозь Вселенную со скоростью света.

Вообразите: филармонический оркестр играет, но микрофон ловит лишь слитный гул — tutti, в котором смешались контрабасы, флейты и литавры. Похожую задачу десятилетиями решают физики, вглядываясь в поля плотности, температуры или магнитной индукции.

Каждую ночь небо над обсерваторией Веры Рубин вспыхивает десятью миллионами преходящих огней — астрономических транзиентов.

Долгопериодические радиотранзиенты (LPT) — загадочный класс, открытый совсем недавно. Их импульсы длятся минуты или часы, и никто не понимал их природы. ASKAP J1745-5051, пойманный австралийским телескопом ASKAP, стал первым, кому дали полное объяснение.

В 2022 году астрономы начали открывать странные космические маяки — длиннопериодические радиотранзиенты. В отличие от быстрых пульсаров, открытых Джоселин Белл Бернелл в 1967 году, эти объекты вспыхивали с периодичностью в десятки минут и часов.

Маяк вращается в густом тумане. Его луч пробивает мглу, но сам туман остаётся невидимым. Примерно так астрономы ищут тёмную материю: она не излучает свет, однако способна влиять на сигналы, которые до нас доходят.

Поиск внеземного разума десятилетиями ждал тихих, когерентных сигналов из космоса — своего рода «свистков» в радиотишине. Однако наша собственная техносфера создала сплошной радиофон — гул огромного мегаполиса, излучаемый всеми коммуникациями, радарами и вещательными станциями. Если у соседних звёзд есть чуткие антенны, они уже слышат этот шум.

Поиск внеземных сигналов — это попытка расслышать шёпот на ревущем стадионе. Радиотелескоп Грин-Бэнк прослушал 70 000 звёзд, но 100 миллионов зарегистрированных всплесков оказались земным радиочастотным шумом — помехами от мобильных телефонов, спутников, микроволновых печей.

Взрыв сверхновой — это катастрофическая гибель массивной звезды, оставляющей после себя расширяющееся газовое облако, своего рода «ударный кокон». Если в окрестностях много водорода, ударная волна расходится сквозь него, словно эхо от далёкого выстрела, постепенно теряя энергию.

Ночное небо иногда подбрасывает загадки, от которых захватывает дух. Одна из них — кольцо из галактик, раскинувшееся на треть горизонта. Астрономы назвали его «Гигантское кольцо на небе»: скопление галактик вытянулось в тонкую нить и замкнулось в окружность диаметром около 400 мегапарсек.

Радиотелескоп FAST в Китае — это гигантская тарелка диаметром полкилометра, спрятанная в естественной воронке среди гор. Она ловит радиоволны из космоса, и в свежем обзоре неба ей попались 70 странных объектов: они испускают радиосигнал, характерный для облаков водорода, но в обычный оптический телескоп на их месте почти ничего не видно.

Ночное небо кажется спокойным, но если вслушаться в радиодиапазон, оно полно коротких щелчков и шорохов. Астрономы прочёсывают небо в поисках одиночных радиоимпульсов — всплесков длительностью в миллисекунды, которые приходят из разных уголков Галактики и из-за её пределов.

24 апреля 2025 года над Аляской атмосфера Земли сработала как гигантский ударный инструмент. Солнечный свет затмил вспышку метеора, и оптические спутники не зафиксировали событие. Однако наземные инфразвуковые микрофоны и сейсмические датчики уловили низкочастотный гул и колебания грунта, позволив восстановить точную «мелодию» пролёта космического тела.

На дне океана лежат тысячи километров оптоволоконных кабелей. По ним бежит интернет, но сами кабели чувствуют малейшие колебания воды и дна. Если прислушаться к такому кабелю, можно услышать, как поёт синий кит или как дрожит земля за тысячи километров. Учёные подключили к кабелю в заливе Монтерей прибор, который записывает эти колебания.

Если в центре галактики живёт сверхмассивная чёрная дыра, она разогревает падающий на неё газ до невероятных температур. Этот газ светится, и мы видим его как квазар — ярчайший маяк во Вселенной. Но как измерить размер самого источника света? Учёные используют хитрый приём: следят, как быстро меняется яркость на разных цветах.

В глубоком холоде, при температуре всего два градуса выше абсолютного нуля, медная полость размером с кастрюлю слушает тишину Вселенной. Эта полость — сердце прототипа детектора Supax, созданного для поиска аксионов: частиц, которые никто никогда не видел, но которые могут составлять невидимую тёмную материю, удерживающую галактики вместе.

В созвездии Рыб есть звезда, которую люди видели тысячи лет, но только теперь разглядели её внутреннее устройство. Альфа Рыб — это не одна звезда и даже не две, а целая семья: две пары звёзд, связанные гравитацией. Раньше астрономы подозревали, что во второй паре прячется ещё одна звезда, но увидеть её не могли — слишком тесно.

Телескоп TESS, как терпеливый сторож, месяцами смотрит на одни и те же звёзды, ожидая, когда планета на мгновение заслонит свет своей звезды. Но у сторожа есть слепые зоны: некоторые тусклые красные карлики попадали в его поле зрения лишь на короткое время, и планеты у них могли остаться незамеченными.

Астрономы зарегистрировали сигнал космического источника — радиопульсара с периодом 36 минут. В отличие от типичных пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звёзд, совершающих сотни оборотов в секунду, — этот объект вращался крайне медленно. Он излучал радиоимпульсы всего восемь дней, после чего исчез, оставаясь видимым исключительно в радиодиапазоне.

Ночное небо уже не такое тихое, как раньше. Над нами проносятся тысячи спутников, и каждый из них может случайно излучать радиоволны, мешая астрономам слушать далёкие галактики. Чтобы разобраться в этом шуме, учёные нацелили радиотелескоп 21CMA в Китае на пролёты спутников Starlink. Телескоп 21CMA состоит из множества небольших антенн, расставленных в поле.

Долгое время в астрофизике господствовало убеждение: гигантские струи радиоизлучения — радиовыбросы, бьющие из центральных областей, — привилегия исключительно эллиптических галактик. Считалось, что лишь их спокойная, лишённая выраженной внутренней структуры среда позволяет формировать такие колоссальные фонтаны энергии, питаемые сверхмассивными чёрными дырами.

Когда две галактики сталкиваются, их центральные чёрные дыры начинают долгий танец сближения. Пока они не слились в одну, мы можем увидеть пару квазаров — ярких огней, которые зажигаются, когда чёрные дыры поглощают газ и пыль. Такие пары на небе — как два маяка, стоящие близко друг к другу, но каждый светит из своей гавани.

В толще антарктического льда, на глубине, где не бывает солнечного света, висят антенны. Они слушают не звуки, а радиоволны — и ждут сигнала от частицы, которую почти невозможно поймать. Нейтрино пролетает сквозь Землю, как пуля сквозь туман, но иногда, очень редко, задевает атом льда. Тогда рождается короткий радиовсплеск — и антенны его записывают.

Радиотелескопы похожи на уши, которые слушают космос. Обычно такое ухо одно: оно ловит сигнал из одной крошечной точки неба. Это медленно. На телескопе «Паркс» в Австралии теперь работает 72 уха сразу. Их охладили до температуры жидкого гелия, чтобы собственный шум приёмников не заглушал слабый шёпот далёких галактик.

В соседней галактике Большое Магелланово Облако живёт двойная система A0538-66. Там нейтронная звезда — крошечный шар размером с город, но массой больше Солнца — крутится вокруг себя за 69 миллисекунд.

Свет от самых горячих молодых звёзд обычно не может покинуть свою галактику: его поглощает водород, как плотная штора задерживает солнечный луч. Но иногда штора приоткрывается, и ультрафиолетовые фотоны вырываются в межгалактическое пространство.

Свет, направленный на металлическую иглу, обычно разбегается в стороны, и лишь малая часть собирается на самом кончике. Чтобы загнать его в точку размером с несколько атомов, оптику микроскопа делают дорогой и громоздкой, а расстояние до образца — крошечным.

Двенадцать лет астрономы на радиотелескопе ЛПА в Пущино прислушивались к одному и тому же участку неба — направлению на галактику 3C 33. За это время они поймали всего шесть коротких радиосигналов, каждый длиной от одной до четырёх минут.

Далёкий радиосигнал летит к нам сквозь газ, и чем больше газа на пути, тем сильнее сигнал «тормозит». Астрономы используют это, чтобы взвесить невидимую оболочку нашей Галактики — её гало. Но если оболочка неровная, как толстый шарф, накинутый на плечи, то измерения в разных направлениях будут разными.

В лаборатории DESY запущен эксперимент ALPS II, нацеленный на обнаружение аксионов — гипотетических частиц-призраков, почти не взаимодействующих с веществом, из которых может состоять тёмная материя. Эта невидимая масса выполняет роль гравитационного каркаса, удерживающего галактики от разлёта под действием центробежных сил при вращении.