рентгеновский спектр

Двенадцать звёзд получили рентгеновский паспорт. Теперь для каждой из них известна точная доза излучения, которую получает планета в обитаемой зоне — области, где возможна жидкая вода. Паспорт собирали по кусочкам: архивные наблюдения космических телескопов XMM-Newton, Chandra и Hubble сшивали с моделями звёздных атмосфер.

Свет, рождающийся при влёте быстрого электрона в материал, обычно считают изотропным — одинаковым во всех направлениях. Но в кристаллах, где оптические свойства зависят от направления, это не так. Проведите рукой по бархату: в одну сторону он гладкий и блестит, в другую — тёмный и шероховатый. Так и кристалл по-разному реагирует на свет в зависимости от своей ориентации.

Когда мощный лазерный импульс попадает в газовую среду, он ионизирует атомы — вырывает электроны, — и разгоняет их до релятивистских скоростей, близких к скорости света. Эти высокоэнергичные электроны, пролетая через плазму, испускают рентгеновское излучение, подобно светящемуся следу от быстрой частицы.

Губка, которую медленно поливают из лейки, промокает целиком. Но если выплеснуть на неё то же ведро воды разом, середина намокнет, а края останутся почти сухими. Примерно так ведёт себя материал, поглощающий энергию нелинейно: чем мощнее поток, тем сильнее он застревает в точке попадания. В новой работе этот образ превращён в минимальную модель.

Галактика напоминает город: в центре — яркие огни и плотная застройка, а к окраинам — редкие огни и пустота. Однако если проследить за вращением газа в галактическом диске, обнаружится, что на окраинах скорость почти не падает. Будто невидимые кварталы продолжают поддерживать движение. Астрономы нашли способ нанести этот невидимый город на карту.

Маяк то разгорается, то почти гаснет, хотя лампа внутри горит ровно. Именно такую картину увидели астрономы, направив телескопы на галактику I Zwicky 1. В её центре сидит сверхмассивная чёрная дыра, которая пожирает газ и пыль так жадно, что вокруг образуется раскалённый диск. Он светится ярче целой галактики.

Тёмная материя невидима, но её гравитация управляет движением галактик. Из чего она состоит — загадка. Одна из идей: это сверхлёгкие частицы, похожие на аксионы.

Маяк, который меняет цвет каждого проблеска в такт вращению, — так можно описать то, что увидели астрономы, направив новейший рентгеновский телескоп XRISM на пульсар Геркулес X-1. Этот объект — нейтронная звезда, стягивающая вещество с соседней обычной звезды.

Кора нейтронной звезды — это не просто твёрдая оболочка. Под тяжестью в миллиарды тонн на каждый квадратный сантиметр атомы теряют электроны, а оставшиеся ядра выстраиваются в жёсткую кристаллическую решётку, напоминающую пчелиные соты, но из вещества в триллион раз плотнее стали.

Когда вещество разогревают до миллионов градусов, оно превращается в плазму — смесь свободных электронов и ионов, похожую на кипящий суп из заряженных частиц. Заглянуть в такой «суп» обычным термометром нельзя, но можно просветить его рентгеновскими лучами.

Галактика похожа на светящийся блин, усеянный звёздами. Если смотреть на неё плашмя, видно всё сразу — и яркие рукава, и тёмные прослойки пыли. Но стоит наклонить блин, и картина меняется: слои накладываются, свет смешивается. Именно этот эффект, как выяснилось, создаёт иллюзию тесной связи между радио- и гамма-излучением в далёких звёздных системах.

Рентгеновский луч — это поток крошечных порций энергии, фотонов. Обычные детекторы считают их, но не различают оттенки: два фотона с близкой энергией для них на одно лицо. Новый прибор работает как чувствительный термометр: он ловит каждый фотон и измеряет, насколько тот нагрел тонкую плёнку. По нагреву можно точно сказать, сколько энергии принёс фотон.

Нейтронная звезда 4U 1735-44 заглатывает вещество соседней звезды. Вещество закручивается в плоский диск, как вода, уходящая в слив ванны. Но этот диск светится в рентгеновских лучах, и астрономы впервые смогли измерить, насколько эти лучи «причесаны» — то есть поляризованы. Три телескопа — IXPE, NICER и NuSTAR — смотрели на объект одновременно.

В центре далёкой галактики MCG-6-30-15 живёт сверхмассивная чёрная дыра. Вокруг неё крутится диск раскалённого газа, а над диском висит облако ещё более горячих частиц — корона. В феврале 2024 года три рентгеновских телескопа — XRISM, NuSTAR и XMM-Newton — смотрели на эту систему одновременно. Они ловили свет, отражённый от диска, и по нему следили за движениями короны.

Центр нашей Галактики — это переполненная кухня, где одновременно кипят несколько блюд, и пар от них смешивается в один клуб. Рентгеновские лучи от остатка взорвавшейся звезды, от звёздного ветра вокруг сверхмассивной чёрной дыры и от горячего газа между звёздами накладываются друг на друга.

Чёрная дыра MAXI J1810-222 ведёт себя как гигантский пылесос, но с обратным клапаном: она втягивает вещество, а часть его выбрасывает обратно в космос. Этот «обратный поток» — звёздный ветер — астрономы заметили ещё раньше, но видели его лишь как размытое пятно в рентгеновских лучах. Теперь на помощь пришёл спектрометр RGS на спутнике XMM-Newton.

В центре Млечного Пути, среди плотных облаков газа и пыли, есть область под названием Стрелец C. Она напоминает оживлённый перекрёсток: здесь рождаются звёзды, сталкиваются потоки вещества, и всё это подсвечивается рентгеновскими лучами. Долгое время это свечение оставалось загадкой.

В двойной системе 4U 1700-37 массивная звезда-сверхгигант HD 153919 истекает мощным звёздным ветром. Этот ветер, как невидимый поток, устремляется к компактному соседу — вероятно, нейтронной звезде. Падая, вещество разогревается до миллионов градусов и вспыхивает в рентгеновском диапазоне.

Когда на нейтронной звезде вспыхивает рентгеновский взрыв, её атмосфера раскаляется до миллионов градусов. Свет, который мы ловим телескопами, проходит через этот плотный слой газа — и по дороге сильно меняется. Спектр становится не таким, как у идеальной печки: одни цвета усиливаются, другие гаснут.

Рентгеновский телескоп на орбите годами записывал, как светятся двойные системы, где вокруг чёрной дыры или нейтронной звезды крутится обычная звезда. Вещество с соседки падает на компактный объект, разогревается до миллионов градусов и испускает рентген.