хаббл

Сеть радиотелескопов, разбросанных по всей планете, ловит шёпот далёкой чёрной дыры. Каждая антенна записывает сигнал, но как совместить эти записи, если часы на станциях тикают с разной скоростью, а атмосфера искажает приходящие волны? Обычно данные сначала «калибруют» — подгоняют под эталон, но эталон сам может ошибаться.

В сердце старого города стоит башня с часами, которые не переводили с момента постройки. По их отставанию можно вычислить, насколько растянулось время с тех пор. В космосе роль таких башен играют реликтовые галактики — плотные звёздные скопления, которые сформировались в первые миллиарды лет и с тех пор не сливались с соседями и не рождали новых звёзд.

Лампа спрятана за большим аквариумом с водой. Вы видите не один источник света, а несколько его отражений и преломлений — вода искривляет путь лучей. Примерно так же массивная галактика работает как гигантская гравитационная линза: её гравитационное поле искривляет лучи далёкого квазара (яркого ядра галактики), и на небе появляется сразу несколько его копий.

Шесть бегунов мчатся по дорожке, и судьи замеряют их скорость, не замечая попутного ветра. Ветер дует всем в спину, и секундомеры показывают результат лучше истинного. Примерно так шесть мегамазеров — естественных космических лазеров в далёких галактиках — ввели в заблуждение астрономов, измерявших скорость расширения Вселенной.

Шесть бегунов мчатся по дорожке, и судьи замеряют их скорость, не замечая попутного ветра. Ветер дует всем в спину, и секундомеры показывают результат лучше истинного. Примерно так шесть мегамазеров — естественных космических лазеров в далёких галактиках — ввели в заблуждение астрономов, измерявших скорость расширения Вселенной.

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».

Измерять расстояния во Вселенной — задача не из лёгких. Почти все способы опираются на свет, а он по дороге к нам может поглощаться пылью, рассеиваться или искажаться. Это всё равно что пытаться разглядеть далёкий маяк сквозь туман и дымку. Нейтрино — совсем другое дело. Эти частицы-призраки, почти не взаимодействующие с веществом, проходят сквозь что угодно, не замечая преград.

В далекой галактике, на расстоянии около 290 миллионов световых лет от нас, притаился объект HLX-1. Когда-то он вспыхивал ярче сотен миллиардов солнц, а теперь затих. С 2018 по 2022 год космические телескопы «Хаббл», «Чандра» и «Свифт» следили за его угасанием.

Край прожектора. Стоит убрать ослепительный свет центрального светила, и проступает театр теней. Коронограф «Джеймса Вебба», словно плотный занавес, скрыл звезду TW Гидры — и на сцене длиной в 120 астрономических единиц (вчетверо больше пути до Нептуна) заиграл её протопланетный диск.

Звезда Табби, маяк в космическом море, с 2015 года сбивала с толку астрономов. Её свет мерцал не в ритме планет, а словно рассеянный штормом — глубокие провалы, резкие всплески. Но среди этого хаоса нашелся ровный, почти идеальный провал. Глаз бури. Телескоп TESS зарегистрировал транзит — проход невидимого объекта по диску звезды — длительностью 21 час.

Стандартная модель космологии, опирающаяся на уравнения поля, предложенные Эйнштейном, описывает Вселенную как коктейль из тёмной материи (открытой благодаря Вере Рубин) и тёмной энергии в пропорции примерно 1:3.

Почти сто лет сейсмология оставалась главным рентгеном планеты, прощупывая недра через упругие волны. Но нейтрино — частицы-призраки, предсказанные Вольфгангом Паули, — предлагают иной взгляд.

Стандартная космологическая модель ΛCDM, где тёмная материя и тёмная энергия выступают главными архитекторами мироздания, десятилетиями предсказывала астрономические данные с точностью швейцарского хронометра. Её фундамент закладывали три гения. Жорж Леметр предположил расширение из сверхплотного «атома».

Космологический оркестр настраивается не по одному камертону. Есть две группы инструментов: одни слушают гул молодого мироздания — реликтовое излучение, другие считывают ноты со зрелых галактик и сверхновых. Десятилетиями обе группы пытались сыграть унисон — определить, с какой скоростью разлетаются галактические архипелаги.

Картина мироздания, знакомая нам по учебникам Эйнштейна, — гладкий четырёхмерный холст. Но теория струн добавляет раму из дополнительных измерений — незримую, но ощутимую для гравитации. Представьте нашу Вселенную мембраной, что дрожит под напором скрытых слоёв.

Весь прошлый век космология измеряла скорость расширения Вселенной по сверхновым, красным смещениям и реликтовому излучению. Но аккуратные замеры привели к драме: закон Хаббла перестал быть законом — разные методы дают значения постоянной Хаббла, расходящиеся почти на 5σ.

Ранняя Вселенная пережила стремительное раздувание — инфляцию. За ничтожные доли секунды крошечные квантовые дрожания растянулись до размеров галактик и стали зародышами всей крупномасштабной структуры.

Экзопланета WASP-121 b — газовый гигант, раскалённый до 2500°C — находится в приливном захвате: подобно глобусу, застывшему под лампой, она всегда обращена к своей звезде одной стороной.

Гигантская планета-младенец всё ещё тянет к себе остатки строительного материала из окружающего облака. Именно такую картину запечатлел космический телескоп «Хаббл», направив свои камеры на объект с каталожным именем SR 12 c. Эта планета-компаньон вращается вокруг молодой звезды и находится от неё далеко — дальше, чем Нептун от Солнца.

Космология напоминает зал суда, где двое свидетелей дают непримиримые показания. Первый — анализ реликтового излучения спутником Planck — утверждает: расширение Вселенной идёт со скоростью 67 (км/с)/Мпк. Второй — лестница расстояний по сверхновым и цефеидам — настаивает на 73.

Прожектор светит сквозь тёмный зал. Между лампой и стеной проплывает невидимая линза — и пятно света на мгновение становится ярче, чуть смещается. Именно это пять ночей подряд высматривал телескоп DECam, нацеленный на Большое Магелланово Облако — галактику-спутник нашего Млечного Пути. Он поймал вспышку длиной всего в час.

К ближайшей черной дыре — области пространства-времени с гравитацией, не выпускающей даже свет — планируют отправить исследовательский зонд. Сто лет полета, и аппарат выйдет на орбиту вокруг загадочного объекта, чтобы ответить на ключевой вопрос: что перед нами — черная дыра или нейтронная звезда — сверхплотный остаток массивной звезды, сжатый до ядерных плотностей?

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.

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.

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.

Сверхпузыри — это исполинские космические структуры, напоминающие мыльные пузыри, но вместо мыльной плёнки их оболочка состоит из разреженного межзвёздного газа, а «надувает» их не выдох, а последовательные взрывы сверхновых. В компьютерных симуляциях эти объекты ведут себя почти как живые: расширяются, остывают, перемещаются.

Если смотреть на карту далёких галактик, она не идеально ровная: в одной стороне неба их чуть больше, в другой — чуть меньше. Этот перекос заметили в нескольких обзорах неба, и он не похож на случайность. Обычно его объясняют тем, что наша Галактика сама куда-то летит, и из-за этого далёкие объекты кажутся смещёнными. Но измерения не всегда сходятся с этим простым объяснением.

В трёх с половиной парсеках от Солнца, среди тусклых звёзд южного неба, прячется мир, который астрономы разглядывали тридцать лет. Эпсилон Индейца Ab — газовый гигант, холодный, как зимняя ночь: его температура около 275 кельвинов, чуть выше точки замерзания воды.

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.

Свет от звезды идёт к нам миллионы лет, но в телескопе она всё равно выглядит точкой — слишком далеко. Чтобы увидеть поверхность звезды, нужен инструмент размером с город. В Чили уже строится такой гигант: ELT с зеркалом 39 метров, собранным из 798 шестиугольных сегментов.

В центре нашей Галактики скрывается сверхмассивная черная дыра Стрелец А* — тяжеловес, который держит вокруг себя звезды. Астрономы мечтают найти рядом с ней пульсары: эти космические маяки посылают радиоимпульсы с точностью атомных часов.

В далёких галактиках живут старые звёзды, которые раздуваются и краснеют. Среди них есть две группы, похожие на маяки: одни только что вспыхнули гелиевым горением, другие уже сжигают углерод и кислород. Астрономы с помощью телескопа «Хаббл» заглянули в 92 галактики и сравнили яркость этих двух типов звёзд.

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.

Слияние двух нейтронных звёзд — это как удар гонга: по Вселенной расходится дрожь пространства, гравитационная волна. Детекторы на Земле ловят эту дрожь и по её силе вычисляют расстояние до источника. Но волна летит не в пустоте: по дороге её слегка искривляют гравитационные поля скоплений галактик.

Две чёрные дыры кружатся друг вокруг друга, и их танец не всегда похож на ровный вальс. Если дыры крутятся вокруг своей оси, то их орбита может начать кувыркаться — как волчок, который подтолкнули, и он заваливается набок, продолжая кружиться.

Слияние чёрных дыр порождает гравитационную волну — рябь пространства-времени. Иногда на её пути оказывается галактика или сгусток тёмной материи — загадочной субстанции, предсказанной Фрицем Цвикки и подтверждённой наблюдениями Веры Рубин по вращению…

Бетельгейзе — красный сверхгигант, чья судьба вскоре разрешится грандиозным взрывом сверхновой. Но, вероятно, звезда не одинока: по близкой орбите вокруг неё обращается небольшой спутник, получивший имя Сиварха. Каждые 2000 дней он проникает сквозь разреженные внешние слои Бетельгейзе, подобно лодке, рассекающей водную гладь, и возбуждает волны раскалённого газа.

Представьте звезду, которая словно танцует вальс с невидимым партнёром: её ритмичные колебания, вызванные гравитацией спутника, регистрируются приборами, но сам партнёр ускользает от наблюдения. Обычно такие колебания — результат доплеровского сдвига (изменения частоты света из-за движения звезды), который выдаёт присутствие планеты.

Сверхновые типа Ia — своего рода «стандартные свечи» космологии: их пиковая светимость практически одинакова, что позволяет определять расстояние по видимому блеску: чем тусклее объект, тем он дальше. Такие сверхновые служат маркерами для измерения дистанций до удалённых галактик.

Расписание автобусов имеет свойство дрейфовать: не сверишься вовремя — рискуешь пропустить рейс. У планет, обращающихся вокруг иных звёзд, та же проблема — моменты их прохождений по диску светила постепенно сдвигаются. Проект ExoClock объединил 30 000 наблюдений, выполненных с поверхности Земли и из космоса, чтобы уточнить расписание для 620 экзопланет — планет за пределами Солнечной системы.