быстрый радиотелескоп

Край Солнца похож на мохнатую кайму: от него вверх тянутся тонкие струйки раскалённого газа — спикулы, фонтаны плазмы высотой в несколько тысяч километров. Они выстреливают вверх со скоростью около 20 километров в секунду и исчезают за 5–10 минут.

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».

Радиоастрономия начиналась с таинственного шума, пойманного антенной Карла Янского, и ритмичных импульсов, которые Джоселин Белл Бернелл первооткрывательски назвала «зелёными человечками».

Каждый быстрый радиовсплеск — как гулкий удар колокола в пустоте. И в его затухающем звоне зашифрована вся структура пространства: на пути в миллиарды световых лет радиоимпульс слегка задерживается каждым встречным свободным электроном.

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).

Камешек размером с виноградину влетает в атмосферу почти по касательной и проносится над землёй, не падая. Именно это произошло с метеороидом массой около 45 граммов. Он вошёл в воздушную оболочку планеты так полого, что пролетел 164 километра на высоте 92 километра — там, где воздух уже в миллион раз разреженнее, чем у поверхности.

Радиоволны от гамма-всплеска — катаклизмической гибели массивной звезды, чья вспышка на мгновение затмевает целую галактику, — достигают Земли поляризованными. Это значит, что их электрическое поле колеблется преимущественно в одной плоскости, подобно стрелке компаса, застывшей в магнитном поле.

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.

В огромных ускорителях частицы пролетают детекторы за миллиардные доли секунды, и чтобы отличить одну от другой, нужен секундомер невероятной точности. Новый детектор µRWELL-PICOSEC действует как такой секундомер: он ловит момент пролёта частицы с точностью до 48 пикосекунд — это 48 триллионных долей секунды. Секрет в том, что детектор объединяет два явления.

Вселенная расширяется, но с какой скоростью? Астрономы десятилетиями спорят о точном значении постоянной Хаббла — фундаментальной величины, описывающей темп космологического расширения. Два классических метода дают слегка разные результаты. Теперь появился третий — по загадочным быстрым радиовсплескам.

Космические лучи — это не свет, а заряженные частицы, которые со всех сторон бомбардируют Землю. Большинство из них — протоны (ядра водорода), но попадаются и ядра потяжелее: гелия, азота, железа.

Гамма-всплеск — это как выстрел из космической пушки: короткая, но ослепительная вспышка, которая на несколько секунд затмевает целую галактику. Но если смотреть на неё в самый жёсткий гамма-диапазон (фотоны с энергией выше гигаэлектронвольта), то сигнал часто теряется в шуме — как тихий шёпот в шумном зале.

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.

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.

Когда планета проходит перед своей звездой, часть звёздного света процеживается сквозь её атмосферу. Газы в атмосфере задерживают одни цвета и пропускают другие — как цветное стекло витража. По тому, какие цвета ослабли, можно понять, из чего состоит воздух далёкого мира. Астрономы навели телескоп Уильяма Гершеля на планету HAT-P-44b — раздутый горячий Сатурн.

В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была тёмной: звёзд ещё не было, а пространство заполнял холодный водород. Этот газ испускает радиоволны длиной 21 сантиметр — как тихий шёпот, который доносится до нас сквозь 13 миллиардов лет.

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.

Радиотелескопы, расставленные по всей Земле, ловят волны от далёких чёрных дыр. Но два телескопа, стоящие почти вплотную, видят только размытое пятно — детали им не по зубам. Обычно такие пары считают бесполезными и отбрасывают. А зря: даже размытое пятно хранит подсказки.

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.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» зафиксировал яркие точечные источники света из эпохи, отстоящей от Большого Взрыва всего на 100–300 миллионов лет. Первоначально их интерпретировали как далёкие галактики, однако теперь астрономы выдвигают гипотезу: возможно, это не целые звёздные системы, а одиночные вспышки — взрывы самых первых звёзд во Вселенной.

Быстрые радиовсплески (FRB) — это миллисекундные космические сигналы колоссальной энергии. Раньше их поиск напоминал попытку вслепую крутить ручку радиоприёмника, выхватывая из шума лишь обрывки.