блазар

В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была тёмным океаном, в котором зажигались первые звёзды и чёрные дыры. Некоторые из этих чёрных дыр выбрасывали узкие струи плазмы, летевшие почти со скоростью света. Если такая струя смотрит прямо на Землю, мы видим её как яркую точку — блазар.

В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была тёмным океаном, в котором зажигались первые звёзды и чёрные дыры. Некоторые из этих чёрных дыр выбрасывали узкие струи плазмы, летевшие почти со скоростью света. Если такая струя смотрит прямо на Землю, мы видим её как яркую точку — блазар.

Маяк на краю галактики мигает без расписания: то молчит годами, то за один день выдаёт сотни вспышек. За таким маяком нужен вахтенный, который не спит и не отвлекается. С 2008 года эту вахту несёт гамма-монитор Fermi GBM на орбите Земли, и его журнал только что пополнился самой полной записью за всю историю наблюдений.

В активных ядрах галактик сверхмассивные чёрные дыры окружены плотным кольцом пыли, которое работает как штора: оно скрывает всё, что происходит в центре. Если звезда подлетает слишком близко к чёрной дыре, приливные силы разрывают её на части, и вспышка от этого события обычно видна в оптике и рентгене.

Галактика Mrk 590 ведёт себя как радиоприёмник, который то ловит волну, то уходит в шум. Её сверхмассивная чёрная дыра десятилетиями то разгоралась, то гасла, и астрономы ловили каждое такое «включение». В 2017 году приёмник снова ожил — но радиотелескоп VLA услышал не тот сигнал, которого ждали.

В центре галактики, где сверхмассивная чёрная дыра закручивает вокруг себя диск раскалённого газа, иногда рождаются звёзды-гиганты. Они не похожи на обычные: диск непрерывно подкармливает их веществом, и звезда может вырасти до сотен масс Солнца, оставаясь яркой, пока поток газа не иссякнет. Такая звезда — как губка, впитывающая воду: она живёт, пока её наполняют.

Яркий фонарь в густом тумане кажется тусклым, а слабый огонёк в прозрачном воздухе виден за километр. Эта аналогия помогает понять парадокс, почти полвека ставивший в тупик астрофизиков.

В глубоком поле JWST среди тысяч галактик астрономы присмотрелись к источнику JADES-GS 209777 — и увидели космического птенца. Его «скорлупа» — это толстая оболочка из газа и пыли, которая долго скрывала растущую в центре чёрную дыру. Но на красном смещении 3,711 (спустя 1,8 миллиарда лет после Большого взрыва) скорлупа пошла трещинами.

Самый быстрый ветер во Вселенной несётся со скоростью 0,58 скорости света. Расстояние от Земли до Луны он покрывает за две секунды. Этот ветер — не струя из джета, а широкий поток газа, вырывающийся из центра галактики. Не все чёрные дыры работают одинаково: одни порождают такие ураганы, а другие — узкие плазменные лучи. Ответ напоминает зацепление шестерёнок.

Складывая пазл Вселенной, астрономы привыкли, что каждая новая деталь должна точно ложиться в уже сложенную картину. Но иногда попадаются кусочки, которые словно вырезаны из другой головоломки. Двадцать тысяч активных ядер галактик — и одиннадцать процентов из них нейросеть уверенно отбрасывает как чужеродные.

В апреле 2021 года антенны Телескопа горизонта событий (EHT) — глобальной сети миллиметровых радиотелескопов — навели на крошечную точку в созвездии Девы. Это активное ядро галактики 3C 279, удалённое на 16,5 мегапарсек, — один из самых ярких и переменчивых блазаров.

Космос полон криков, которых мы не слышим. Каждый раз, когда чёрная дыра разрывает звезду, рождается ослепительная вспышка, и часто — узкий релятивистский джет, бьющий на тысячи световых лет. Но если этот прожектор направлен в сторону от Земли, мы видим лишь слабый отсвет — радиоэхо, приходящее с задержкой.

Астрофизики десятилетиями выстраивали стройную картину: галактика, подобно гигантской карусели, вращается в едином ритме, и расположенная в её центре сверхмассивная чёрная дыра наследует этот танец.

В центре почти каждой крупной галактики прячется сверхмассивная чёрная дыра, чью гравитационную бездну впервые математически описал Карл Шварцшильд. Когда она заглатывает газ, рождается ослепительное активное ядро — квазар.

В 1933 году Фриц Цвикки впервые заговорил о невидимой массе, удерживающей скопления галактик. Спустя десятилетия Вера Рубин нарисовала карту галактического вращения, выявив призрачное присутствие тёмной материи. Сегодня мы знаем, что она пронизывает космос, но её частичная природа остаётся неуловимой.

В 2017 году антарктический нейтринный телескоп IceCube зарегистрировал частицу с энергией около 290 ТэВ, пришедшую из глубин космоса.

Активные ядра галактик (AGN) — главные космические электростанции: их рентгеновская корона в миллионы раз пышет жаром звёздных атмосфер. Но кто зажигает искру? Десятидневная рентгеновская кампания спутников XRISM и XMM-Newton, нацеленных на NGC 3783, дала ответ — это настоящие грозы.

В бескрайней ночи космоса галактики сходятся в неспешном гравитационном танце, чтобы слиться воедино. Такие столкновения — не лобовые удары, а скорее медленное движение пальцев сквозь воду, оставляющее за собой вихри и хвосты.

Блазары — это долгоживущие струи плазмы, вырывающиеся из окрестностей чёрных дыр в ядрах галактик. Гамма-всплески — кратчайшие, но невероятно мощные вспышки, рождающиеся при коллапсе массивных сверхновых или слиянии нейтронных звёзд.

В аккреционных дисках, опоясывающих ядра активных галактик — квазаров, открытых ещё Маартеном Шмидтом в далёких 1960-х, — бурлит река из раскалённого газа и пыли. В её заводях, где утихают турбулентные потоки, вопреки всему рождаются планеты.

Космические чёрные дыры в центрах галактик — словно громадные баньяновые деревья: их воздушные корни-нити тянутся на килопарсеки, чтобы добыть питательное вещество. Десятилетиями астрономы спорили: как охлаждающийся газ из атмосфер скоплений попадает в сферу влияния сверхмассивной дыры? И как при этом теряет угловой момент?

Камень падает в пруд, и по воде расходятся круги. Так и свет от далёких галактик расходится во все стороны — спокойно и размеренно. Но в центре некоторых галактик прячется не камень, а настоящая пушка: она выстреливает частицами с чудовищной силой. Астрономы называют такие объекты HSP BL Lac.

Вокруг невидимого костра кружится светящийся газ. Сам костёр скрыт, но его очертания угадываются по тому, как пляшет пламя. Примерно так астрономы «видят» чёрные дыры — не сам объект, а раскалённое вещество, которое перед падением в бездну разгоняется до огромных скоростей и светится.

Мощный пылесос засасывает не только пыль, но и собственный мешок для сбора мусора. Примерно так ведёт себя чёрная дыра в центре «красной точки» — далёкой галактики, где свечение идёт не от самой дыры, а от её плотной газовой шубы. Эта шуба настолько толстая, что напоминает раздутую холодную звезду. И, как у многих звёзд, у неё есть магнитное поле.

Центр Млечного Пути долго ставил астрономов в тупик: вокруг сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A* регистрируется избыток гамма-излучения — самого энергичного вида электромагнитных волн.

Космос полон мимикрии. Бабочка-стеклянница носит маску осы, безобидная муха жужжит как пчела. А в мире гравитации роль притворщика, возможно, играет бозонные звёзды — исполинские сгустки скалярного поля, до неразличимости похожие на чёрные дыры.

Крошечная чёрная дыра — размером с атом, но массивная, как гора. Она родилась не из звезды, а в первые мгновения после Большого взрыва, и всё это время тихо теряла массу, испуская тепло. К концу жизни она разогревается так, что за секунды выбрасывает поток частиц, сравнимый с энергией целого звёздного взрыва.

В центре Млечного Пути прячется нечто невидимое, но очень массивное — примерно в четыре миллиона раз тяжелее Солнца. Обычно его называют чёрной дырой и обозначают как Стрелец А*. Однако астрономы не теряют бдительности: вдруг это не дыра, а что-то более экзотическое, например, гигантский шар из сверхлёгких частиц — бозонная звезда.

В центре Млечного Пути находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*. Она в четыре миллиона раз тяжелее Солнца, но по космическим меркам ведёт себя тихо: лишь изредка вспыхивает, когда заглатывает порцию газа. Астрономы следили за ней с помощью радиотелескопа ALMA — цепочки антенн высоко в чилийской пустыне Атакама.

Фонтан бьёт из центра города со скоростью, в тысячи раз превышающей скорость курьерского велосипеда. Такой «фонтан» — поток газа, разогнанный до 5500 километров в секунду, — астрономы увидели в галактике GLIMPSED-329380. Она находится так далеко, что свет от неё шёл до нас 13 миллиардов лет: мы видим её такой, какой она была, когда Вселенной было всего 800 миллионов лет.

В галактике NGC 1566, расположенной в созвездии Золотой Рыбы, находится активное ядро — сверхмассивная чёрная дыра, окружённая облаком быстро движущегося газа. Когда газ падает к дыре, он разогревается и излучает яркие спектральные линии. Иногда эти линии становятся очень широкими — так проявляется быстрое вращение газа.

Космический гамма-телескоп Ферми на протяжении 17 лет регистрировал гамма-излучение от активных ядер галактик, в центре которых находятся сверхмассивные чёрные дыры.

Крошечные первичные чёрные дыры, рождённые сразу после Большого взрыва, должны постепенно испаряться — терять массу, излучая частицы-призраки, которые почти не взаимодействуют с веществом.

Радиотелескоп в Эффельсберге шесть лет подряд записывал «дыхание» далёкого блазара 1156+295 — галактики, из ядра которой бьёт струя плазмы почти со скоростью света. Каждые несколько месяцев радиоволны от неё то вспыхивали, то затухали.

В глубине созвездия Орла спрятана туманность, похожая на раздувающийся пузырь. Её надувает крошечная звезда размером с город — пульсар, который делает несколько оборотов в секунду и теряет энергию вращения. Обычно такие пузыри светятся ровно настолько, насколько силён их пульсар. Но этот пузырь, получивший имя «Ускоритель Орла», оказался ярче, чем положено.

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.

Шаровое скопление M22 — это плотный рой из сотен тысяч звёзд, который висит в нашей галактике как светящийся улей. В такой тесноте звёзды часто сталкиваются и обмениваются партнёрами, но крупные объекты, например чёрные дыры, долго не задерживались — считалось, что их вышвыривает гравитацией.

Астрономы, объединив данные инфракрасного телескопа Джеймс Уэбб и ветерана космических наблюдений «Хаббла», зафиксировали в центре галактики из скопления Эйбелл 402 зияющую пустоту — словно невидимый тягач вытянул оттуда миллиарды звёзд. Пропавшая масса эквивалентна двум миллиардам солнечных: это не облако пыли, а реальный дефицит светил.

Две невращающиеся чёрные дыры — области пространства-времени с гравитацией настолько сильной, что ничто, включая свет, не может их покинуть, — в момент слияния рождают гравитационные волны — рябь в самой ткани пространства-времени, которую ловят приборы, разработанные при участии Кипа Торна.

Далёкая галактика TXS 2005+403, расположенная в созвездии Лебедя, ведёт себя как маяк, чей луч проходит сквозь туман. Свет от её активного ядра — области, где сверхмассивная чёрная дыра разогревает падающее вещество, — на пути к нам пересекает облака заряженного газа в нашей Галактике. Эти облака неспокойны: они постоянно перемешиваются, как кипящая вода в кастрюле.