линия Лайман-альфа

Зеркало мчится со скоростью почти сорок тысяч километров в секунду — это около одной восьмой скорости света. Свет, упавший на него, отскакивает обратно, но уже другим: его частота увеличивается, как мяч, отбитый ракеткой на лету, приобретает дополнительную энергию. Именно такое зеркало учёные построили внутри тончайшей стеклянной нити, заполненной водородом.

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.

Ночное небо полно обманчивых огней. Астрономы искали галактики, которые зажглись в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, — их свет шел к нам почти 13 миллиардов лет. Шесть тусклых пятнышек выбрали по снимкам космических телескопов «Хаббл» и «Спитцер».

Когда в галактике рождаются звёзды, их ультрафиолетовое излучение возбуждает атомы водорода, заставляя его светиться — как неоновая вывеска, но в космических масштабах. Этот свет мог бы многое рассказать о темпе звездообразования, но по пути к нам он проходит сквозь космическую пыль — микроскопические твёрдые частицы.

Представьте огромный стадион, заполненный людьми в чёрном. Вы стоите снаружи и пытаетесь понять, что там внутри, хотя не видите ни одного человека. Но если двое столкнутся и обменяются яркими футболками — вы заметите вспышку цвета. Именно так астрономы ищут тёмную материю — гипотетическую форму материи, которая не излучает и не поглощает свет, но проявляет себя через гравитацию.

Яркий фонарь в густом тумане кажется тусклым, а слабый огонёк в прозрачном воздухе виден за километр. Эта аналогия помогает понять парадокс, почти полвека ставивший в тупик астрофизиков.

Свет от квазара J0744+2052 летел к нам почти 12 миллиардов лет. На пути он натыкался на облака водорода, которые вытягивали из спектра отдельные линии — как гребёнка прореживает тонкие частоты. Астрономы называют эту картину лесом Лайман-альфа. Но в этой кажущейся хаотичности неожиданно проявился порядок.

Мир, где год длится всего полтора земных дня, а звезда на небе в сотни раз больше нашего Солнца. Это KELT-9 b — газовый гигант, разогретый до температур, при которых железо испаряется. Его атмосфера не просто нагрета, она буквально кипит и улетает в космос, словно пар над гигантским котлом.

Вселенная пронизана невидимой массой — тёмной материей, существование которой впервые предположил Фриц Цвикки в 1930-х годах, наблюдая за движением галактик в скоплениях.

Заводской лазер, который на производстве режет и сваривает металл, впервые заставили работать ускорителем частиц. Физики взяли стандартный иттербиевый лазер — его сердцевина из кристалла размером с ладонь — и превратили его вспышки в инструмент для разгона электронов почти до скорости света.

В духовке выпекается огромный хлеб. Внутри теста есть крошечный, самый горячий участок — именно там начинается рост будущей буханки. Примерно так же устроено горячее молекулярное ядро (область размером с Солнечную систему, где газ разогрет до сотен градусов и сжат в миллиарды раз плотнее обычных облаков). В нём прячется зародыш массивной звезды, и астрономы пытаются заглянуть в эту «духовку», не открывая дверцы.

Тёмная материя — невидимая субстанция, проявляющая себя лишь через гравитационное воздействие: она искривляет свет далёких галактик, подобно незримому окну, меняющему ход лучей.

В сердце молекулярного облака рождается массивная звезда. Её ультрафиолетовый свет ионизирует водород, и облако вспыхивает в линии Лайман-альфа. Но для фотона эта вспышка — не освобождение, а заточение в зеркальном лабиринте. Отражаясь от атомов миллионы раз, он превращается в незримый таран, способный разметать всё вокруг.

В плотном облаке газа и пыли, где рождаются звёзды-гиганты, телескоп ALMA разглядел нечто знакомое. Четыре тонкие струи газа вылетают из одной и той же области, и каждая оставляет за собой цепочку ярких узелков — как пунктирная линия. Каждый узелок — это отдельный «выстрел»: звезда выбрасывает газ не ровным потоком, а порциями, с перерывами. Две струи изгибаются, как буква S.

Над краем солнечного диска висит облако из разреженного горячего газа — протуберанец. Оно может провисеть неделями, а потом вдруг сорваться и улететь в космос. 15 апреля 2023 года прибор SPICE на зонде Solar Orbiter впервые подробно рассмотрел такое облако в ультрафиолетовом свете.

Космический гамма-телескоп Ферми на протяжении 17 лет регистрировал гамма-излучение от активных ядер галактик, в центре которых находятся сверхмассивные чёрные дыры.

Огромная лупа из гравитации увеличила далёкую галактику, и астрономы заглянули в её химическую кухню. Телескоп ALMA в чилийской пустыне получил новый приёмник, который ловит радиоволны с частотой от 67 до 116 гигагерц — как будто радиоприёмник, наконец, научился слышать целый диапазон станций разом.

Лазер, использующий в качестве активной среды алмаз, преобразует почти половину энергии накачки в яркий жёлтый свет — эффективность 47,7% стала рекордной для устройств такого типа.

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.

В огромном поле COSMOS, где телескопы разглядывают тысячи далёких галактик, нашлась особая группа: четыре сгущения молодых галактик, расположенных на участке неба размером с несколько полных лун. Главное сгущение такое плотное, что галактик там вчетверо больше, чем в среднем по небу.

Далёкая галактика, где рождаются сотни звёзд, должна светиться кислородом. Так считали астрономы: горячие молодые звёзды нагревают газ, и тот испускает характерное инфракрасное свечение с длиной волны 63 микрона. Это как пар над кипящей кастрюлей — верный признак бурного процесса.

Когда у звезды вроде Солнца заканчивается водород, она раздувается в красного гиганта, а в её ядре копится гелий. В какой-то момент гелий вспыхивает — за несколько секунд выделяется столько же энергии, сколько звезда излучала за тысячи лет. Это и есть гелиевая вспышка.

Ночью 2008 года в ядре далёкой галактики J1047+5907 что-то резко вспыхнуло в рентгеновском диапазоне. Так иногда ведут себя окрестности сверхмассивной чёрной дыры: раскалённое облако газа над ней вдруг выбрасывает мощный поток света. Сама чёрная дыра ничего не излучает, но её окружение может вспыхивать, как неоновая вывеска.

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.

Ультрафиолетовый свет с длиной волны около 300 нанометров невидим для глаза, но он умеет разрушать ДНК микробов, заставлять светиться некоторые вещества и переносить информацию. До сих пор лазеры в этом диапазоне были громоздкими, дорогими или недолговечными.

Свет от самых горячих молодых звёзд обычно не может покинуть свою галактику: его поглощает водород, как плотная штора задерживает солнечный луч. Но иногда штора приоткрывается, и ультрафиолетовые фотоны вырываются в межгалактическое пространство.

Свет от галактики PAN-z14-1 начал свой путь, когда Вселенной было всего 400 миллионов лет — по космическим меркам, это младенчество. Из-за расширения пространства, которое растягивает световые волны, этот свет добирался до нас почти 13,5 миллиардов лет.

9 октября 2022 года земные детекторы зафиксировали гамма-всплеск невиданной силы. GRB 221009A оказался настолько ярким, что его излучение ионизировало верхние слои ионосферы, а спутниковые приборы временно ослепли.

Высоко над Антарктидой воздушный шар поднял прибор, который ловил электроны из космоса. Эти частицы прилетают от далёких взрывов звёзд и других мощных событий. Прибор измерял их энергию — как силу удара. И вот в одном диапазоне энергий ударов оказалось больше, чем предсказывали расчёты. Первый анализ данных показал широкий горб на графике: будто в потоке частиц появилась лишняя струя.