лхаасо

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 в нейтринном свете напоминает холст, над которым трудятся две руки. Одна держит широкую мягкую кисть — это остатки сверхновых, оболочки, оставшиеся после взрывов звёзд. Другая сжимает тонкое жёсткое перо — микроквазары, двойные системы, где чёрная дыра закручивает вещество в узкие струи.

Пульсар PSR J1740+1000 — это нейтронная звезда размером с город, вращающаяся быстрее кухонного блендера. После взрыва сверхновой от неё осталось сверхплотное ядро, разгоняющее заряженные частицы до скоростей, близких к световой.

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.

Высоко в горах, где воздух прозрачен и тих, физики готовятся ловить неуловимых гостей из космоса — нейтрино, частицы-призраки, почти не взаимодействующие с веществом. Эти лептоны, словно призраки, проходят сквозь Землю, почти не оставляя следов. Но иногда нейтрино всё же врезается в атом, рождая ливень частиц, который можно зарегистрировать.

Вселенная — гигантский концертный зал, где вместо стен и балконов парят невидимые облака тёмной материи. Этот архитектурный ансамбль не статичен: он преломляет и рассеивает проносящуюся сквозь него «музыку» — гравитационные волны от слияния чёрных дыр.

Свет далёкой звезды несёт в себе беззвучный гул атмосфер обращающихся вокруг неё планет. Уловить его долгое время было всё равно что разобрать шёпот в ревущем водопаде. Но с появлением 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа (ELT) и спектрографа ANDES с разрешением 100 000 эта задача перестаёт быть безнадёжной.

Долгое время астрономы искали «фабрики» самых энергичных космических лучей — частиц, несущих в себе макромир, сжатый до размеров атомного ядра. Под подозрением были колоссальные области звездообразования вроде Лебедя OB2, где сталкиваются ветры молодых гигантов. Но природа, как фокусник, спрятала сердце ускорителя в ином месте — внутри тесной двойной системы.

В созвездии Орла, на расстоянии около 40 тысяч световых лет от нас, работает один из самых мощных природных ускорителей в Галактике. Это микроквазар GRS 1915+105 — пара из обычной звезды и черной дыры. Черная дыра перетягивает на себя вещество звезды и выбрасывает его в виде двух узких струй, разогнанных почти до скорости света.

В сердце Галактики, на расстоянии около 7 тысяч парсеков, скрывается настоящий природный ускоритель. Это нейтронная звезда с бешеным вращением — пульсар PSR J1849-0001, оставшийся после взрыва сверхновой.

Вслушиваться в космос — значит запастись терпением и отстроить слух. Астрономы выбрали для этого самый чуткий низкочастотный инструмент: антенную решётку OVRO–LWA — 352 дипольные антенны, раскиданные по калифорнийской пустыне на два с половиной километра.

В 1930-х Фриц Цвикки первым заметил, что галактики в скоплениях движутся слишком быстро — их удерживало нечто невидимое. Позже Вера Рубин измерила вращение спиральных галактик, подтвердив: космос пронизан тёмной материей. Сегодня мы знаем, что она рисует космическую паутину, но природа её частиц — тайна.

Почти 12 миллиардов лет назад, когда Вселенная переживала бурный «космический полдень» — эпоху рекордного звездообразования, — в сердце одной из галактик разгорался квазар WISSH13.

Полярное сияние — как далёкий театр: представление может идти, но увидит ли его зритель, зависит от занавеса. В роли занавеса выступают облака и лунный свет. Раньше прогнозы пытались угадать сразу и факт сияния, и условия наблюдения, смешивая всё в одну кучу. Это как предсказывать, понравится ли спектакль, не разделяя игру актёров и видимость с последнего ряда.

Лупа собирает солнечный свет в яркую точку. Если на стекле есть крошечный дефект, световое пятно исказится. Примерно так работает гравитационное линзирование: массивная галактика изгибает лучи света от более далёкого источника, создавая увеличенное и порой искажённое изображение.

Тёмной ночью над уругвайской пампой беззвучно вспыхивает ослепительный шар. Он летит несколько секунд, рассыпая искры, и гаснет где‑то за горизонтом. Это болид — крупный обломок астероида, ворвавшийся в атмосферу. Если он переживёт падение, на землю ляжет метеорит.

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.

Гамма-всплеск GRB 221009A полыхнул так ярко, что его назвали «ярчайшим за всё время». Обсерватория LHAASO поймала от него гамма-кванты с энергией вплоть до 13 ТэВ — это в тысячи раз больше, чем энергия частиц в рентгеновском кабинете.

Свет от далёкой галактики летел к нам 13,4 миллиарда лет. Телескоп Джеймса Уэбба поймал его и разложил на цвета. В спектре видна яркая линия водорода — как отпечаток пальца, который говорит: галактика GS-z13-1-LA активно рождает звёзды. Молодые горячие звёзды внутри галактики работают как прожекторы.

Гамма-лучи с энергией выше ста триллионов электронвольт — как камни, брошенные с невероятной силой. Долгое время считалось, что запустить такие «камни» могут только протоны — тяжёлые частицы, разогнанные в космических ускорителях. Но новая работа показывает: иногда хватает и лёгких электронов.

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.

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.

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.

В октябре 2022 года космос устроил фейерверк, который заметили все детекторы на Земле. Взрыв, получивший имя GRB 221009A, был настолько ярким, что его назвали «самым ярким за всю историю наблюдений». Это гамма-всплеск — короткая, но чудовищно мощная вспышка, которая за секунды выбрасывает столько энергии, сколько Солнце не выработает за всю свою жизнь.

Гравитационные волны — это рябь в ткани пространства-времени, расходящаяся от массивных источников подобно кругам на воде от брошенного камня. Когда такая волна огибает галактику, её траектория искривляется — совсем как водная рябь, наталкивающаяся на подводный валун.

На кухне, где одновременно варят суп, жарят мясо и пекут хлеб, всё происходит в одной кастрюле. Примерно так выглядит центральная молекулярная зона (ЦМЗ) — плотное скопление газа в самом сердце Млечного Пути. Здесь, на расстоянии всего нескольких сотен световых лет от сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A*, газ ведёт себя необычно: он то сжимается, то разогревается, то сталкивается сам с собой.

Космические лучи — это заряженные частицы, которые непрерывно бомбардируют Землю из глубин космоса. Когда такая частица влетает в атмосферу, она сталкивается с ядрами воздуха и рождает целый каскад вторичных частиц: электроны, мюоны, фотоны. Этот каскад называют широким атмосферным ливнем, и он может растянуться на километры.

В глубине итальянских Апеннин, под толщей горной породы, стоит кристалл, который ловит каждый распад радиоактивного америция. Америций испускает гамма-лучи с энергией 59,5 килоэлектронвольт — как очень резкий звонок, который звучит всегда одинаково.

Галактики, как гигантские водовороты, иногда сталкиваются и сливаются. В этом хаосе газ сжимается, вспыхивают новые звёзды, а в самом центре рождается яркий радиомаяк. Его свет — не видимый глазу, а радиоволны — пробивается сквозь пыль и газ, как сирена сквозь туман.

Три года подряд, каждую ночь, телескопы смотрят в одну точку неба. Там — галактика Mrk 421, из ядра которой бьёт струя частиц, направленная почти точно на Землю. Такие объекты называют блазарами. Чёрная дыра в центре галактики закручивает вещество в диск, и часть его выбрасывается наружу двумя узкими пучками.

Тёмная материя — как невидимый клей, который держит галактики вместе. Она не испускает свет, но если её частицы сталкиваются, может вспыхнуть гамма-излучение. Учёные искали такие вспышки в карликовых галактиках — маленьких звёздных скоплениях, где тёмной материи очень много, а обычной почти нет.

Космические частицы с энергией, в миллионы раз превышающей возможности земных ускорителей, врезаются в атмосферу и порождают ливень из вторичных частиц. Этот ливень излучает радиоволны, которые ловят антенны на земле. Но сигнал слаб: его заглушает радиошум нашей Галактики и собственные шумы приёмников. Выделить такой сигнал — всё равно что расслышать шёпот на шумной улице.

Ночью небо не бывает абсолютно чёрным. Даже вдали от городов верхние слои атмосферы слабо светятся: солнечный свет заставляет атомы водорода испускать красноватое свечение, которое астрономы называют геокорональной эмиссией. Для телескопа это как запотевшее стекло: оно добавляет лишний свет и мешает разглядеть далёкие галактики.

В холодных облаках между звёздами, где рождаются новые светила, идёт невидимая химическая работа. Простые молекулы сталкиваются, обмениваются атомами и собираются в цепочки, которые позже могут стать частью планет. Одна из таких цепочек — ион NCCO+, состоящий из азота, двух углеродов и кислорода.

Две галактики сближаются, как пара танцоров, которые то расходятся, то снова притягиваются друг к другу. В момент особенно тесного сближения их газ сжимается, и из недр вырывается яркий ультрафиолетовый свет. Именно это происходит в системе Хара 11 — ближайшей к нам паре сливающихся галактик, которая пропускает наружу такой свет.

Ранняя Вселенная была горячим супом из частиц и света. В этом супе звуковые волны — колебания плотности — расходились от сгустков материи, как круги по воде. Когда Вселенная остыла, эти волны застыли, оставив отпечаток в распределении галактик: их чуть больше на определённом расстоянии друг от друга.

Двигаясь по Галактике, Солнечная система время от времени погружается в плотные межзвёздные облака — скопления разрежённого водорода и пыли.

Чтобы обнаружить жизнь на других планетах, не обязательно искать в атмосфере кислород. Живые организмы способны раскрашивать поверхность своих миров: земные растения придают ландшафту зелёный оттенок благодаря хлорофиллу, а некоторые бактерии — фиолетовый.

Нейтрино — частицы-призраки, предсказанные Стандартной моделью и почти не взаимодействующие с веществом. Поймать их — всё равно что расслышать шёпот в грохоте водопада. Для этого созданы детекторы ARA и RNO-G, вмороженные в лёд Антарктиды и Гренландии.