нейтральный водород

В кузнице на окраине деревни кузнец раздувает горн, и искры летят в темноту. Так и в галактике AEON-z5 активное ядро, как раскалённый горн, выбрасывает вещество, обогащённое металлами, далеко за пределы звёздного диска. Телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал этот процесс спустя всего миллиард лет после Большого взрыва, когда Вселенная была ещё совсем юной.

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.

Вода — не просто мокрое вещество. На масштабе пикосекунд она напоминает танцпол, где молекулы непрерывно рвут и создают связи друг с другом. Обычно этот танец описывают одним главным движением — коллективным расслаблением, как если бы вся толпа одновременно замедлялась после выключения музыки.

Камень падает в воду — и во все стороны бегут круги. Бросьте горсть камней разом, и круги наложатся друг на друга: уже не разобрать, где чей след. Примерно так же выглядит пучок нейтронов, упавший на детектор: яркое пятно, размытое сразу от многих причин. Две главные из них — размер каждой отдельной частицы-волны и то, насколько дружно (когерентно) колеблются разные частицы.

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.

В классической механике электрон, обращаясь вокруг ядра, должен непрерывно терять энергию на излучение и по спирали падать на ядро — подобно сёрферу, который, теряя скорость, соскальзывает с доски. Однако атомы стабильны на протяжении миллиардов лет. Причина в том, что космос не является пустым.

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.

Задолго до появления звёзд Вселенная была заполнена холодным водородом. Этот газ умеет «петь» — испускать радиоволны длиной 21 сантиметр. Когда зажглись первые звёзды и галактики, их ультрафиолетовый свет стал отрывать электроны от атомов водорода, превращая нейтральный газ в ионизированный.

Водород — самое лёгкое топливо, и его превращение в электричество на поверхности металла напоминает игру в пинг-понг: атомы водорода то присоединяются, то отрываются от электрода. Но счёт в этой игре зависит от кислотности раствора не так, как ожидали. Классические формулы предсказывают плавное изменение, а эксперимент показывает скачки и изломы.

В густом скоплении галактик Девы астрономы заметили шесть странных облаков из нейтрального водорода — газа, который не испускает свет и потому невидим для обычных телескопов. Радиотелескопы улавливают его, но откуда он взялся, было неясно. Учёные навели на эти облака радиотелескоп VLA с более чётким зрением, чем раньше.

Короткий лазерный импульс бьёт в воздух — и на месте удара вспыхивает крошечная молния. Она живёт дольше, чем кажется: яркое свечение видно ещё полмиллисекунды, а слабое — почти двадцать миллисекунд. Всё это время внутри плазмы носятся свободные электроны, и учёные впервые точно измерили, сколько их и насколько они горячие.