прямое изображение

Астрономы ловят далёкие планеты по дрожи их звёзд: невидимый спутник тянет звезду то к нам, то от нас, и свет её слегка меняет окраску. Но эта дрожь сообщает лишь половину правды. Если орбита планеты наклонена к лучу зрения, раскачивается только часть её веса — и в телескоп видна не настоящая масса, а её тень. Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два.

На тёмных окраинах нашей Галактики, вдали от ярких звёздных скоплений, прячутся миллионы чёрных дыр — объектов, которые не светятся и почти не поглощают вещество. Обычные методы поиска, рассчитанные на тесные звёздные поля, здесь бессильны. Нужен другой подход. Астрономы предложили использовать в качестве детектора саму ткань пространства.

Каждую ночь сотни обсерваторий всматриваются в небо, но планеты у других звёзд остаются призраками. Их свет в миллиарды раз слабее сияния родительской звезды — задача кажется безнадёжной. Однако выход нашёлся в оптике: не блокировать свет звезды, а погасить его встречной волной той же амплитуды, но сдвинутой на полпериода. Этот приём называют нуль-интерферометрией.

Камешек на дне ручья лежит неподвижно, пока солнечные блики пляшут на поверхности воды. В астрономии такой же контраст: настоящая экзопланета — это камень, а мириады спеклов (пятен рассеянного звездного света) — рябь, дрожащая в инструментах.

Когда далёкая планета проходит перед своей звездой, она ненадолго заслоняет часть света. Астрономы называют это прохождением и по глубине провала судят о размере планеты. Но у света есть свойство: массивное тело работает как линза. Даже планета-гигант способна слегка искривить лучи звезды — и провал становится чуть менее глубоким, чем можно было бы ожидать.

Прожектор бьёт прямо в глаза, а в паре шагов от него мерцает крошечный светлячок. Примерно так выглядит охота за землеподобной планетой у соседней звезды: планета в сто миллионов — десять миллиардов раз тусклее своей звезды, и на небе они почти сливаются в одну точку. Свет звезды забивает слабый планетный отблеск, делая обычные телескопы беспомощными.

В юной Вселенной, около десяти миллиардов лет назад, галактики напоминали бескрайние поля после грозы: повсюду, вскипая, всходили гигантские — в тысячи световых лет — сгустки звездорождения, где молодые звёзды нарождались с безудержной энергией. Сегодня эти участки — почти исчезнувший вид: в окрестных галактиках буйные очаги встречаются редко.

Рождение планет напоминает работу небесной кузницы. Каменные глыбы — планетезимали — сталкиваются, сплавляясь воедино под действием гравитации. Сильный удар высекает искру: вещество раскаляется добела и светится, подобно остывающему металлу.

Когда планета заходит за край своей звезды, светило подсвечивает её атмосферу — точь-в-точь как закатное солнце высвечивает облака над горизонтом. Этот краткий миг, длящийся считаные минуты, несёт в себе отпечаток газов, через которые прошёл звёздный свет.

Рукав звёздной реки огибает центр далёкой галактики, словно светящаяся лента на невидимой оправе. Эта оправа — тёмное гало: огромное облако невидимой тёмной материи, которое своим притяжением удерживает звёзды и газ. Если гало сплюснуто, как тыква, или вытянуто, как дыня, звёздный поток будет изгибаться по-разному.

Астрономы навели космический телескоп JWST на экзопланету у звезды Эпсилон Инди — газовый гигант, похожий на Юпитер, удалённый всего на 12 световых лет от нас. На тепловых снимках в инфракрасном диапазоне планета сияла ярким фонарём. Но при детальном анализе рядом заметили слабую точку — словно светлячок у фонаря.

Нейтронная звезда — это мёртвое ядро массивной звезды, сжатое до размеров города. Чайная ложка её вещества весит как гора. Сквозь такую плотную среду частицы тёмной материи пролетают почти свободно, но иногда всё же ударяются о нейтроны и застревают, словно пули, вязнущие в толще песка. Осев в центре, они отдают энергию — и звезда чуть нагревается.

Каждая галактика плавает в невидимом облаке газа, как фрукт в сиропе. Этот газ — остатки стройматериала, из которого собирались звёзды, и он постоянно пополняется новыми порциями из межгалактического пространства. Увидеть его напрямую почти невозможно: он слишком разреженный и холодный.

Вокруг каждой галактики есть невидимая оболочка из горячего газа — как пар над кастрюлей с кипящей водой. Этот газ почти не светится в рентгеновских лучах, поэтому его очень трудно измерить. Но именно в нём хранится память о взрывах звёзд и о том, как галактика росла. Новый метод использует свет от яркого центра галактики.

Газ почти невидим, но у него есть температура, и её можно прочитать по тому, как газ «заслоняет» тепловой фон. В опыте камера смотрит на тёплый экран через струю углекислого газа. Если газ холоднее фона, он выглядит тёмным пятном; если теплее — светлым. Но есть особая температура фона, при которой пятно полностью исчезает: газ и фон становятся неразличимы.

Ночное небо на снимке телескопа похоже на фотографию, сделанную через запотевшее стекло: яркие звёзды видны, но всё слабое тонет в мутной пелене. Эта пелена — шум, случайные помехи от электроники, тепла и самой атмосферы. Часть шума повторяется от снимка к снимку, как царапина на стекле, и её можно вычислить и убрать. Алгоритм ASTERIS делает именно это.

Запутанные фотоны — квантовые частицы света, связанные так, что состояние одного мгновенно определяет состояние другого на любом расстоянии. Раньше для наблюдения этой связи требовались детекторы, регистрирующие отдельные фотоны в условиях, близких к абсолютной темноте.

Объектив этой камеры не превышает размером пятирублёвую монету — подобные оптические системы обычно встраивают в смартфоны. Здесь же миниатюрный инструмент был установлен на борту зонда «Хаябуса-2» и изначально предназначался для навигации при посадках на астероид Рюгу.