миллиметровое излучение

Туманность Тарантул — гигантский звёздный питомник в соседней галактике. Там рождаются сотни тысяч звёзд, а их свет подсвечивает облака пыли. Эта пыль светится в инфракрасном диапазоне, и в её спектре видны загадочные полосы. Долгое время астрономы спорили, какие именно молекулы их создают.

Скопление галактик RXC J0528.9−3927 похоже на город, окутанный туманом: в центре ярко светит радиоореол, а дальше, за пределами привычных границ, астрономы разглядели едва заметное свечение. Оно тянется на два миллиона световых лет — втрое дальше, чем сам ореол. Телескоп MeerKAT в Южной Африке собирал этот тусклый свет 12,9 часа, как фотограф, снимающий ночное небо с длинной выдержкой.

Обычный фонарь излучает свет во все стороны, и уже через пару десятков метров его луч ослабевает настолько, что едва освещает стену. Атмосфера рассеивает фотоны, а ветер и тепловые потоки дополнительно искажают волновой фронт. Но если проложить для света невидимую трубу прямо в воздухе, луч пойдёт по ней, как вода по шлангу.

Каждое утро дворник сметает листья в одну кучу. Солнце, пролетая сквозь галактику, делает нечто похожее: его гравитация собирает рассеянный межзвёздный газ в невидимый конус — гигантскую гравитационную воронку, фокусирующую вещество.

Десять миллиардов лет назад Вселенная была усеяна странными алыми искрами. Телескоп «Джеймс Уэбб» разглядел их на снимках далёких красных смещениях — компактные источники, светящиеся как целые галактики, но размером с крошечную область в их центре. Астрономы прозвали их «маленькими красными точками».

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.

Реликтовое излучение — это послесвечение Большого взрыва, которое мы видим на миллиметровых волнах. Но у него есть и длинноволновый хвост, уходящий в радиодиапазон. На волнах длиннее 21 сантиметра этот свет начинает поглощаться нейтральным водородом, разбросанным в далёком космосе.

Рентгеновский телескоп XRISM 170 тысяч секунд смотрел на ядро галактики Лебедь А — одного из самых мощных радиоисточников на небе. В его центре прячется сверхмассивная чёрная дыра, которая засасывает вещество и разогревает его до свечения в рентгене. Прибор уловил свет от атомов железа, потерявших электроны.

Пара фигуристов кружится, держась за руки. Если траектория — идеальный круг, каждый толчок партнёра предсказуем. Но стоит вытянуть её в овал, и усилия становятся неравномерными: на сближении рывок, на отдалении затишье. Примерно так же ведут себя две чёрные дыры в последние минуты перед слиянием.

Молодая звезда окружена плоским вращающимся диском из газа и пыли — как тесто для пиццы, которое раскрутили. Внутри такого диска рождаются планеты. Но у трёх звёзд — Elias 2-24, IM Lup и DM Tau — астрономы заметили нечто странное: далеко за краем яркого диска тянется еле различимое, но огромное пылевое гало.

В самом сердце Млечного Пути что-то непрерывно светится в гамма-лучах. Свет этот особенный — с энергией ровно 511 тысяч электронвольт. Такая энергия появляется, когда электрон встречает свою античастицу, позитрон, и они вместе исчезают, оставив вспышку света.

Пылинка висит в воздухе, удерживаемая невидимым лучом света. Вокруг неё — обычный воздух, но иногда по пылинке проскакивает крошечная искра. Учёные впервые рассмотрели такие разряды вблизи и выяснили, что их запускает не сама пылинка, а невидимые гости из космоса и из земли. Лазерный пинцет (луч, который может держать микроскопические предметы) удерживал пылинку размером с бактерию.

Новорождённая звезда похожа на кухонный миксер: она взбивает окружающее облако, и во все стороны летят брызги. Только вместо теста — газ и пыль. Раньше астрономы видели лишь газовые струи, а пыль считали слишком хрупкой: ударная волна должна разбивать пылинки на атомы.

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.

Над полюсами Юпитера бушуют полярные сияния — там электроны разгоняются электрическими полями и врезаются в верхние слои атмосферы, заставляя газ светиться. Но не все электроны летят вниз. Часть из них, как выяснилось, получает толчок в противоположную сторону — прочь от планеты, вглубь космоса.

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.

Стайка светлячков в ночном лесу вспыхивает как попало: каждый жучок мигает сам по себе, и свет разлетается во все стороны одинаково. А теперь светлячки договорились мигать так, чтобы их общий свет уходил только на север — хотя сами они стоят на месте и ни один не повернулся. Примерно это сделали физики с атомами внутри тонкой стеклянной трубки. Атомы в трубке возбуждали лазером, и они начинали испускать свет.

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.

Солнечная вспышка — как гром среди ясного неба: короткий, но мощный выброс энергии. Радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке поймал одну такую вспышку класса M1.3 и рассмотрел ее с беспрецедентной четкостью. Обычные приборы видят либо яркие детали, либо слабые, но не оба сразу. MeerKAT справился с обоими, как ухо, которое слышит и удар барабана, и шелест листвы одновременно.

Радиотелескоп поймал сигнал от трёх галактик, которые существовали, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. Их радиосвечение такое мощное, будто в каждой за короткий срок родилось по тысяче солнц в год. Для сравнения: наш Млечный Путь рождает всего пару звёзд за год. Радиоволны свободно проходят сквозь пыль, которая прячет молодые звёзды в оптике.

Солнечная вспышка — как взрыв в атмосфере звезды: за минуты выделяется энергия, сравнимая с миллиардами ядерных бомб. 4 мая 2022 года радиотелескоп РТ-7.5 в Москве следил за вспышкой класса M5.7. Прибор ловил миллиметровые радиоволны — те, что короче сантиметра и невидимы глазу.

В чилийской пустыне Атакама, на высоте почти пять километров, стоит радиотелескоп, который ловит миллиметровые волны из глубин космоса. Эти волны несут тепло далёких галактик, но сначала им нужно пройти через окно — тонкую пластину из кремния, которая отделяет холодный приёмник от тёплого внешнего мира.

Алмазная пылинка размером меньше сотой доли миллиметра светится красным. Внутри неё — дефект кристалла: два соседних атома углерода, где одного не хватает, а рядом сидит атом азота. Такая пара ловит свет и отдаёт его обратно, как крошечный маячок, который не гаснет при комнатной температуре. Эту пылинку поднесли к дорожке на поверхности чипа.

Космический телескоп Einstein Probe зарегистрировал небесную грозу: после короткой (0,4 секунды) гамма-вспышки — своего рода космической молнии — последовал долгий раскат рентгеновского грома. Он длился почти 10 минут. Это первое прямое доказательство, что после таких взрывов остаётся длительный рентгеновский след.

Астрономы окрестили их «маленькими красными точками» — далёкие галактики, в ядрах которых скрывается сверхмассивная чёрная дыра, окутанная плотной оболочкой из водорода. Такая «упаковка» — не просто космический камуфляж, а природный ускорительный механизм.

Красный карлик V374 Пегаса — звезда размером с треть Солнца, но с характером вулкана. Каждые несколько часов с её поверхности срываются гигантские сгустки плазмы — как пузыри пара из кипящего котла. Эти выбросы, называемые протуберанцами, улетают в космос и создают всплески радиоволн.

В центре почти каждой большой галактики сидит сверхмассивная чёрная дыра. Она тянет к себе газ и пыль, и вокруг неё закручивается яркий диск. Но телескоп Джеймс Уэбб заглянул дальше — в область, где свет чёрной дыры уже слабее, а пыль всё равно светится. Астрономы рассмотрели восемь галактик. В четырёх из них пыль вытянулась на сотни световых лет от центра — как длинные рукава.

В ночь с 9 на 10 марта 2024 года облако плазмы, выброшенное Солнцем, неслось прочь от звезды. Оно уже миновало расстояние в пять солнечных радиусов, когда наземная решётка из 352 антенн в калифорнийской долине Оуэнс поймала от него короткий радиосигнал. Сигнал этот не был всплеском или шумом — он имел форму, по которой физики узнают почерк магнитного поля.

На расстоянии 8,58 мегапарсек от нас спиральная галактика M51 крутит свои рукава, а радиотелескоп VLA в самой протяжённой конфигурации смотрит на неё с разрешением 0,16×0,14 угловой секунды. Это как если бы с Земли разглядели монету на поверхности Луны.

Радиотелескоп РАТАН-600 — это кольцо из сотен алюминиевых панелей на склоне горы в Карачаево-Черкесии. Весной 2018 года его зеркало ловило радиоволны от шестнадцати красных карликов — маленьких, тусклых, но очень долгоживущих звёзд.