микролинзирование планет-сирот

Оркестр из шести далёких галактик должен был звучать громко, но партии ударных в нём не оказалось. Астрономы навели на них космический телескоп Джеймса Уэбба, чтобы услышать резкие всплески, которые, как считалось, сопровождают рождение звёзд. Вместо этого они зафиксировали лишь ровный гул.

В активных ядрах галактик сверхмассивные чёрные дыры окружены плотным кольцом пыли, которое работает как штора: оно скрывает всё, что происходит в центре. Если звезда подлетает слишком близко к чёрной дыре, приливные силы разрывают её на части, и вспышка от этого события обычно видна в оптике и рентгене.

В 2016 году астрономы увидели невероятное: далёкая звезда, названная Икаром, на несколько недель вспыхнула, преодолев бездну пространства. Сработало гравитационное линзирование — эффект, предсказанный Эйнштейном: массивный объект искривляет пространство-время и фокусирует свет, словно гигантская лупа.

Луна — безвоздушный шар из плотной каменной крошки, которую называют реголитом. Когда из космоса в неё врезаются быстрые частицы, в грунте рождаются мюоны — нестабильные родственники электронов, только в двести раз тяжелее. Большинство летит вниз и гаснет в толще. Но те, что выскакивают вверх, в вакуум, успевают пролететь десятки километров, прежде чем распасться.

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.

Свет далёкой звезды — не идеальный маяк. Проходя сквозь гравитационное поле другой звезды, он изгибается, расщепляется и усиливается, создавая на небе мимолётное кольцо Эйнштейна. Так проявляет себя гравитационное микролинзирование, предсказанное ещё Фрицем Цвикки в 1930-х.

Детский мобиль: фигурки висят на нитях и откликаются на любое дуновение. Подобно им, планеты на очень широких орбитах едва удерживаются тяготением звезды — и чувствуют малейшие гравитационные «сквозняки».

Планета размером с Нептун подошла слишком близко к своей звезде. Звезда начинает перетягивать на себя верхние слои планеты — газ стекает с неё, как вода из переполненного ведра. Этот процесс называют перетеканием через полость Роша (так астрономы обозначают границу, за которой звезда уже может отрывать вещество от планеты).

Человек на старой фотографии стоит в толпе и при этом кружится — угадать его возраст почти невозможно. Примерно так астрономы определяют возраст и массу далёких звёзд и часто ошибаются. Для звёзд, которые немного тяжелее Солнца (от 1,4 до 2,5 его масс), обычные методы вроде «часов» по химическому составу работают плохо.

Среди драгоценных россыпей ранней Вселенной, запечатлённых Джеймсом Уэббом, есть объекты, похожие на рубиновые бусины, рассыпанные по чёрному бархату. Это «маленькие красные точки» (LRD) — компактные источники с крутыми красными спектрами, внутри которых прячутся сверхмассивные чёрные дыры до ста миллионов солнечных масс.

К ближайшей черной дыре — области пространства-времени с гравитацией, не выпускающей даже свет — планируют отправить исследовательский зонд. Сто лет полета, и аппарат выйдет на орбиту вокруг загадочного объекта, чтобы ответить на ключевой вопрос: что перед нами — черная дыра или нейтронная звезда — сверхплотный остаток массивной звезды, сжатый до ядерных плотностей?

Свет далёкой планеты, разложенный на цвета, вдруг резко подскакивает на границе красного и невидимого инфракрасного — словно кто-то щёлкнул выключателем. Так проявляет себя красный край растительности: хлорофилл прозрачен для ближнего инфракрасного излучения, и лист, спасаясь от перегрева, отбрасывает его прочь.

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.

Светящееся облако в телескопе похоже на клочок тумана, который вот-вот растает. Планетарные туманности — это газовые оболочки, сброшенные умирающими звёздами. Молодые туманности яркие и компактные, но с возрастом они расширяются, остывают и становятся всё прозрачнее, пока не исчезают в межзвёздной среде. Три таких «призрака» удалось поймать астрономам-любителям.

Пульсар — это мёртвая звезда, которая крутится с бешеной скоростью и шлёт радиоимпульсы, как маяк. Но у PSR J1928+1815 сигнал иногда гаснет на 3,6 часа. Что-то заслоняет маяк. Рядом с пульсаром кружит звезда-компаньон, и её тень падает на нас. Долго считали, что компаньон — голая гелиевая звезда: ядро бывшей звезды, с которого сдуло внешние слои.

Почти век астрономы ищут тёмную материю — невидимый каркас, удерживающий галактики от распада. Первым о ней заговорил Фриц Цвикки, а Вера Рубин доказала её существование, показав, что звёзды на окраинах галактик движутся слишком быстро.

Во время грозы небо работает как гигантская батарейка: в облаке копится электрический заряд, и разряд молнии его сбрасывает. Заряд этот невидим, но его чувствуют космические частицы — мюоны, которые постоянно сыплются на Землю из космоса. Пролетая сквозь заряженное облако, мюон слегка ускоряется или тормозится, и по этим изменениям можно судить о напряжении в облаке.

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.

Ночью звезда на краю неба вдруг мигнула и стала ярче на несколько дней. Это не звезда взорвалась и не облако прошло — между ней и Землёй проплыла невидимая планета. Своей тяжестью она изогнула свет далёкой звезды, как линза в очках собирает солнечный зайчик. Астрономы называют это гравитационной линзой, и именно так удалось поймать планету, которую иначе не увидеть.

Используя эффект гравитационной линзы — искривления пространства-времени, при котором массивное скопление галактик фокусирует свет далёких объектов подобно гигантскому увеличительному стеклу, как и предсказывал Фриц Цвикки, — телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал две красные точки в галактике, сформировавшейся спустя…

Планету-одиночку KMT-2024-BLG-0816, одну из множества свободно плавающих планет — то есть тел планетной массы, не привязанных гравитацией ни к одной звезде, — обнаружили благодаря эффекту гравитационного микролинзирования.

В холодной тьме межзвёздного пространства дрейфуют миллионы планет-изгоев — миров, не связанных гравитацией ни с одной звездой. Обнаружить их напрямую почти невозможно: они не излучают собственного света и не подсвечены родительским солнцем.

Представьте звезду, которая словно танцует вальс с невидимым партнёром: её ритмичные колебания, вызванные гравитацией спутника, регистрируются приборами, но сам партнёр ускользает от наблюдения. Обычно такие колебания — результат доплеровского сдвига (изменения частоты света из-за движения звезды), который выдаёт присутствие планеты.

Исследователи описали новый тип невидимой звезды, ведущей себя как дышащая гравитационная линза. Такая звезда состоит из сверхлёгких скалярных бозонов — гипотетических частиц, которые пока не обнаружены экспериментально.

Телескоп Джеймс Уэбб собрал тысячи спектров далеких галактик — цветовых отпечатков их света, содержащих информацию о химическом составе и движении. Чтобы не утонуть в этом разнообразии, астрономы поручили программе рассортировать находки.