LSST

Галактика NGC 5584 — это огромный звёздный город, где одни кварталы только застраиваются, а другие уже отмечены старыми гигантами. Чтобы увидеть и тех и других, астрономы использовали два очень разных «фонарика». Ультрафиолетовый телескоп Swift высветил горячие голубые пятна — звёздные ясли, где массивные светила загораются совсем недавно.

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.

Где-то в глубинах Млечного Пути время от времени вспыхивают радиоимпульсы — редкие, размеренные, словно удары далёкого метронома. Эти долгопериодические радиотранзиенты открыли совсем недавно, и они сразу поставили астрономов в тупик.

Когда оркестр из тысяч музыкантов играет слаженно, заслуга не только в таланте каждого, но и в невидимой работе дирижёра. Примерно так же устроен будущий Широкоугольный спектроскопический телескоп (WST) — амбициозный проект с 12-метровым зеркалом, который сможет одновременно снимать спектры тысяч звёзд и галактик.

В центре нашей Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A* — объект с гравитацией настолько сильной, что даже свет не может её покинуть. Если рядом с ней обращается невидимый компаньон — например, вторая чёрная дыра, — их орбитальный танец можно обнаружить по поведению света далёких звёзд.

В самом центре Млечного Пути, вокруг невидимой сверхмассивной чёрной дыры, обращаются звёзды. Одна из них — S301 — совершает полный оборот всего за 8,7 лет. Её орбита представляет собой сильно вытянутый эллипс: в перицентре звезда почти вплотную приближается к чёрной дыре, а затем уносится прочь.

Двести сорок две тысячи триста двадцать семь галактик — как песчинок на пляже. Но астрономы превратили этот хаос в карту: алгоритм UMAP (метод машинного обучения) взял у каждой из галактик одиннадцать параметров — семь цветов от оптики до среднего инфракрасного диапазона (это фотометрия), звёздную величину, радиус и фотометрическое…

В 2034 году с космодрома уходит ракета с необычным грузом: два шара размером с большой глобус, каждый весом под тонну. Никаких двигателей, никакой электроники. Только зеркальная поверхность из сотен уголковых отражателей — крошечных призм, которые возвращают свет точно туда, откуда он пришёл. Это и есть будущий космический камертон.

Предсказанные Альбертом Эйнштейном гравитационные волны — это маяки в тёмном океане космоса. Они вспыхивают при столкновении чёрных дыр и пронизывают Вселенную рябью пространства.

Оптический фон неба — это космический палимпсест, где свет миллиардов неразрешённых галактик накладывается слоями, соответствующими разным эпохам. До сих пор мы различали только самые яркие «буквы» — отдельные звёзды и близкие галактики.

Современная космология попала в диссонанс. Локальные измерения постоянной Хаббла по сверхновым и цефеидам дают около 73 км/с/Мпк, тогда как глобальные ограничения из реликтового излучения в рамках стандартной ΛCDM-модели указывают на 67 км/с/Мпк.

В галактическом балдже, где свет миллиардов звёзд сливается в сплошное сияние, четыре холодных гиганта прошли незамеченными. Их не увидеть в телескоп — слишком далеко, слишком тускло.

Вселенная — гигантский лабиринт кривых зеркал. Масса галактик и скоплений искажает свет далёких квазаров, словно забавляясь нашим восприятием космоса. В этой комнате смеха прячется разгадка самой большой тайны: тёмной энергии, расталкивающей пространство всё быстрее.

Каждую ночь небо над обсерваторией Веры Рубин вспыхивает десятью миллионами преходящих огней — астрономических транзиентов.

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.

Космологическая постоянная заставляет Вселенную расширяться с ускорением. В далёком будущем, когда всё вещество рассеется, останется лишь пустое пространство де Ситтера — идеальный космический фон. Но даже в этой пустоте, ограниченной горизонтом событий, есть скрытая жизнь: квантовые флуктуации рождают спектр состояний, похожий на тихий гул.

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.

В лаборатории стоит ловушка — невидимая «яма» из электрических полей, где парит заряженная пылинка размером в сотню нанометров. Она колеблется туда-сюда, как маятник в часах. Рядом с ней — ещё более крошечный объект, например молекула, которую физики приготовили в особом квантовом состоянии: она словно идёт по двум дорогам сразу.

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.

Когда космический телескоп Джеймса Уэбба направил свой взор вглубь времён, астрономы ожидали увидеть привычные галактики. Но вместо этого снимки запестрели россыпью ярких, невероятно компактных красных точек.

Первые два миллиарда лет после Большого взрыва — эпоха, когда Вселенная напоминала кипящий строительный котлован. Тёмная материя сбивала газ в комки, и тот вспыхивал первыми звёздами. Казалось бы, времени собрать из этого сырья массивные эллиптические галактики — «уснувшие» мегаполисы звёзд — просто не хватало.

Огромный зал, где одновременно звучат сотни оркестров. Среди этого гула нужно расслышать один конкретный дуэт — две сверхмассивные чёрные дыры, кружащиеся друг вокруг друга в далёкой галактике. Именно так работают сети пульсарного хронометрирования: они слушают «гул» всего неба, создаваемый гравитационными волнами от множества таких пар.

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.

Камень падает в колодец, и всплеск доходит до ушей с задержкой. Что-то похожее происходит со светом, когда он улетает от Земли: его колебания становятся реже, луч словно «устаёт». Это гравитационное красное смещение — явление, о котором сто лет назад говорил Эйнштейн. Массивная планета замедляет само время, и свет это чувствует.

Поиск внеземных сигналов — это попытка расслышать шёпот на ревущем стадионе. Радиотелескоп Грин-Бэнк прослушал 70 000 звёзд, но 100 миллионов зарегистрированных всплесков оказались земным радиочастотным шумом — помехами от мобильных телефонов, спутников, микроволновых печей.

Эдвин Хаббл и Жорж Леметр почти век назад заложили основы концепции расширения Вселенной — процесса, при котором само пространство между галактиками непрерывно растягивается.

На окраине Солнечной системы, далеко за Нептуном, кружат сотни ледяных глыб. Некоторые из них движутся так, будто кто-то невидимый выровнял их орбиты, как стрелки компаса. Десять лет назад это навело астрономов на мысль: там прячется массивная планета, раз в десять тяжелее Земли. Но у старых подсчетов была слабость: телескопы смотрят не на все небо одинаково.

Свет от далёкой галактики Дракон летит к нам больше семи миллиардов лет. По дороге он проходит мимо огромного скопления галактик, которое своей гравитацией искривляет путь света, как линза. Поэтому галактика кажется нам ярче и больше, чем есть на самом деле — так лупа увеличивает мелкий текст. Внутри этой космической линзы есть и отдельные звёзды.

Горсть монет разгоняется до одной пятой скорости света. Именно такими будут межзвёздные зонды Coracle — крошечные аппараты массой в несколько граммов, каждый с тончайшей парусной плёнкой. Их толкает вперёд мощный лазерный луч: свет давит на парус, как ветер надувает паруса яхты, только вместо воздуха — поток фотонов.

В огромной космической паутине телескоп Джеймс Уэбб разглядел нечто необычное — крошечные, но яркие красные искры, которые астрономы прозвали «маленькими красными точками». Они светят так, словно внутри бурлит невидимый костер: их спектр похож на букву V, а линии водорода расширены, будто кто-то размазал краску по холсту.

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.

Днём в чилийской пустыне Атакама воздух дрожит от жары, как над раскалённой сковородой. Свет от Солнца, проходя через эту дрожь, начинает плясать и мерцать. Астрономы называют такое дрожание воздуха «видением» — оно мешает телескопам видеть звёзды чётко. Чтобы бороться с этой помехой, инженеры построили специальный прибор — солнечный монитор видения.

На окраине нашей Галактики, далеко за привычным звёздным диском, телескоп Субару разглядел нечто неожиданное: рассеянное звёздное облако, растянувшееся по небу на площадь в сто квадратных градусов.

Маяк мигает каждые несколько секунд, но вдруг начинает медленно, в течение года, то разгораться, то гаснуть. Именно так ведут себя около трети красных гигантов — огромных звёзд на поздних стадиях жизни. Их обычная пульсация занимает дни или недели, но поверх неё видны долгие вторичные периоды: месяцы и годы. Это явление заметили почти сто лет назад, но объяснить так и не смогли.

Взрыв массивной звезды — событие яркое, но короткое. Сама вспышка длится недели, а вот нагретая ею пыль вокруг светится в инфракрасных лучах ещё долгие годы. Это как если бы вспышка фотоаппарата осветила комнату, а потом ещё долго тлели бы раскалённые пылинки в воздухе — только в космических масштабах.

Представьте: вы с друзьями в тёмном зале. Вы договариваетесь, что после общей вспышки каждый зажжёт фонарик через десять секунд, но с поправкой на задержку света — ведь свет от вспышки дойдёт до каждого с небольшим запозданием.

На старых фотопластинках 1950-х годов астрономы обнаружили сотни тысяч мгновенных вспышек. Фотометрические измерения подтвердили: это не дефекты эмульсии, а реальные события, коррелирующие с солнечной активностью.

Ночное небо кажется неподвижным, но многие звёзды дрожат, как барабан после удара. Спутник TESS семь лет подряд смотрел на одни и те же участки неба и уловил эту дрожь у 19 151 красного гиганта — старых раздувшихся звёзд. Раньше таких «звучащих» гигантов было известно куда меньше, а теперь список вырос сразу на 80%.

Свет далёких звёзд, пробиваясь сквозь космическую пыль, теряет часть своей энергии. Пылинки поглощают и рассеивают свет, и по тому, как именно они это делают на разных длинах волн, можно судить об их составе и размерах. Астрономы называют это кривой поглощения пыли.

Астрономы провели тестовые наблюдения на новом телескопе имени Веры Рубин, расположенном в Чили. Процесс напоминал настройку фокуса и диафрагмы на фотоаппарате: инженеры добивались чёткости изображения и правильной экспозиции. Первые же снимки охватили участок неба площадью в 60 полных Лун — и сразу выявили миллионы галактик и звёзд.