Титан в космических лучах
В потоке космических лучей — частиц, летящих к нам из глубин Галактики, — титан встречается редко. Его ядра почти неотличимы от железа: оба тяжёлые, оба оставляют похожие следы в детекторах.
Космические ядра рассказали о своих энергиях
Высоко над ледяным щитом Антарктиды двадцать дней висел воздушный шар с детектором. Он ловил крошечные частицы, которые миллионы лет летели к нам от далёких звёздных взрывов. Теперь учёные разобрали его улов и рассказали, сколько энергии несли протоны и ядра разных элементов.
Оказалось, что не все частицы одинаковы.
Лишние электроны в космических лучах
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.
Космические лучи в пузырях: почему тяжёлые ядра неожиданно растут с энергией
Воздушный шар ATIC поднялся над Антарктидой и поймал частицы, которые старше самой Земли. Среди них — ядра атомов от серы до хрома, и чем выше их энергия, тем больше их доля по сравнению с железом. Стандартная модель «дырявого ящика» предсказывала обратное: тяжёлые ядра должны были растворяться, как соль в воде. Но данные упрямо росли.
Пыльные сезоны над Ла-Пальмой: тридцать лет наблюдений
Каждую ясную ночь телескоп на острове Ла-Пальма смотрел в небо и записывал, насколько воздух гасит свет звёзд. Это была рутинная работа астрономов, которые измеряли положения светил. Но в этих записях, как в старом дневнике, остались следы совсем другой истории: приходов пыли из Сахары.
Космические лучи ломают простой закон
Высоко над Землёй летит спутник, а внутри него — прибор размером с небольшой шкаф. Он ловит частицы, которые миллиарды лет мчались сквозь галактику и наконец врезались в детектор. Такие частицы называют космическими лучами, и они приносят вести о далёких взрывах звёзд.
Прибор NUCLEON на спутнике «Ресурс-П» полгода собирал эти «письма из космоса».
Космические ядра: что они рассказывают о своих звёздах
Словно гонщики на длинной дистанции, ядра атомов — от лёгкого гелия до тяжёлого железа — мчатся к нам через всю Галактику. На финише, в детекторе на высотном аэростате, видно: тяжёлые ядра приходят чуть более вымотанными, чем лёгкие. Разница небольшая, но она повторяется от запуска к запуску.
Колено космических лучей: все ядра ломаются одинаково
Космические лучи — это заряженные частицы, которые летят к нам из глубин Галактики. Если построить график: сколько частиц прилетает с каждой энергией, — линия идёт ровно, а потом вдруг резко падает. Такие перегибы называют «коленями».
Порог, за которым свет становится снарядом
Свет бьёт по металлической пластинке, и из неё вылетают электроны. Это фотоэффект, и он работает только если у света хватает энергии перешагнуть порог, удерживающий электроны внутри. До сих пор физики умели строго описывать волновую сторону квантового мира через квантовую когерентность, то есть способность состояния быть суперпозицией.
Космические ливни рассказали о составе лучей
Ночью над сибирской тайгой иногда вспыхивает слабый голубой свет. Это не северное сияние, а космический ливень: одна частица из далёкого космоса врезается в атмосферу и рассыпается на миллионы вторичных частиц. Они летят к земле широким фронтом, как волна от брошенного в воду камня, и заставляют воздух светиться.
Установки «Тунка-133» и TAIGA-HiSCORE семь лет следили за такими вспышками.
Космические лучи: нечётные ядра бегут быстрее
Космические лучи — это ядра атомов, разогнанные до скоростей, близких к световой. Они прилетают на Землю со всех сторон, и по их составу можно судить о том, что творится в далёких уголках Галактики. Спутник НУКЛОН несколько лет собирал такие частицы, и теперь его данные показали странную закономерность: чем реже ядро встречается в природе, тем жёстче его спектр.
Космический душ из тяжёлых частиц
Каждую секунду сквозь каждого из нас пролетают десятки частиц из космоса. Большинство — лёгкие протоны, но попадаются и ядра атомов потяжелее: углерод, кислород, железо. Они рождаются во взрывах звёзд и летят к Земле миллионы лет. Их энергия бывает чудовищной: одна частица может нести столько же, сколько теннисный мяч на подаче.
Красная точка за пулевым скоплением: как увидеть широкую область свечения чёрной дыры
Красная точка на снимке космического телескопа Джеймса Уэбба — галактика Bz5.3, свет которой шёл до нас 12.5 миллиардов лет. Она лежит за скоплением Пуля, чьё гравитационное поле сработало как линза и усилило её блеск в 3.7 раза.
Левитирующие наносферы ловят толчки тёмной материи
Кремниевая сфера диаметром 166 нанометров парит в луче инфракрасного лазера. Давление ниже 10⁻⁸ мбар, температура движения — около 10 милликельвинов. Это холоднее реликтового излучения. Сфера — микроскопический сейсмограф, улавливающий квантовые толчки невидимых частиц.
Каждый удар частицы тёмной материи передаёт сфере импульс. Сфера вздрагивает.
Пылевая завеса над маяком в сердце SN 1987A
В центре остатка сверхновой SN 1987A, в 168 000 световых лет от Земли, спрятан объект, который астрономы ищут уже 37 лет. Это ближайшая сверхновая, взорвавшаяся на глазах у современных телескопов, и единственная, где компактный остаток до сих пор не удалось увидеть напрямую.
Солнце как бесплатный квантовый насос
Солнечный свет, собранный линзой Френеля и пропущенный через 20 метров пластикового волокна, имел мощность всего 3 микроватта — в миллион раз меньше, чем у типичной лазерной указки. Этого хватило, чтобы в нелинейном кристалле родились пары фотонов, связанные положением. Один фотон из пары проходил через объект, второй сканировался детектором, а совпадения рисовали изображение.
Партитура для двух молекул: постоянные диполи дирижируют тёмными состояниями
Два голоса в молекулярном дуэте могут звучать в унисон или гасить друг друга до тишины. В физике такая тишина называется тёмным состоянием: квантовое возбуждение, которое не взаимодействует со светом и потому живёт необычайно долго.
Космический гончар: как вращение и магнитное поле лепят чёрную дыру
23 ноября 2023 года детекторы LIGO, Virgo и KAGRA поймали гравитационную волну от слияния двух чёрных дыр массами 137 и 103 массы Солнца. Обе попали в щель парной нестабильности — диапазон от 69 до 139 солнечных масс, где обычная эволюция звёзд не оставляет после себя ничего, кроме разлетающегося газа.
Невидимый дворник в сердце Млечного Пути
В центре Млечного Пути, в 27 тысячах световых лет от Земли, живёт сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*. Её масса — четыре миллиона Солнц. Она не вспыхивает ярко, как квазары, а тлеет едва заметно. Долгое время астрономы спорили, дует ли от неё ветер. Теперь ответ получен: дует. Невидимый дворник расчищает снег вокруг фонаря.
Фотоны-пилоты: релятивистская механика Бома в прямом наблюдении
Одиночный фотон проходит через две щели и оставляет на экране интерференционную картину. Квантовая механика описывает этот процесс волновой функцией, но что происходит с самой частицей? Почти век назад Луи де Бройль предложил идею волны-пилота, а Дэвид Бом развил её в строгую теорию, где у каждой частицы есть траектория.
Линия-путешественница: как фотоны теряют энергию в толпе электронов
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.
Тихая сверхновая: почему Pa 30 молчит в радиодиапазоне
В 1181 году китайские и японские астрономы записали появление «звезды-гостьи» — яркого светила, которое полгода сияло в созвездии Кассиопеи, а затем исчезло. Сегодня на этом месте находится Pa 30: туманность с горячим центральным источником, выбрасывающим вещество со скоростью 16 000 км/с.
Падение в чёрную дыру МакВитти: прыжок в расширяющийся водопад
Водопад не спрашивает, готовы ли вы к прыжку. Его поток ускоряется, и в какой-то момент даже свет не может вырваться обратно. Чёрная дыра МакВитти — это такой водопад, но не в обычной реке, а в расширяющейся Вселенной: вода здесь — само пространство, которое непрерывно растягивается, унося галактики друг от друга.
Долгое время оставалось неясным, можно ли вообще упасть в эту дыру.
Красные точки как гравастары: механизм рождения
Телескоп Джеймса Уэбба разглядел в ранней Вселенной россыпь компактных объектов, которые прозвали «маленькими красными точками». Они слишком красные и слишком тусклые для обычных квазаров, и астрофизики ломают голову, что их питает.
Горячие точки неба: отправители ультравысокоэнергичных космических лучей идентифицированы
Ежедневно в земную атмосферу вторгаются частицы с колоссальной энергией — словно анонимные послания. Их источник долгое время оставался загадкой.
Сверхновые как индикаторы эволюции тёмной энергии
Астрономы применяют сверхновые типа Ia — термоядерные взрывы белых карликов — в роли «стандартных свечей»: их пиковая светимость долгое время считалась одинаковой во всех уголках Вселенной.
Звёздные взрывы надувают гигантские гамма-пузыри
В центре Млечного Пути кипит исполинский звёздный котёл. Там рождаются и умирают массивные светила: каждая гибель — это взрыв сверхновой — финальная стадия жизни массивной звезды, когда она сбрасывает оболочки, выбрасывающий в пространство облака заряженных частиц.
Встреча с затвором: как фотон порождает фонтан вероятностей
Свет представляет собой поток дискретных порций — фотонов. Именно Макс Планк впервые осознал, что свет испускается квантами, положив начало квантовой теории. Сегодня технологии позволяют направлять одиночные фотоны. Когда такой фотон — квант электромагнитного поля — встречает быстрый затвор, его нельзя разделить: полуфотона не существует.
Как водоворот в чашке становится бомбой чёрной дыры
Когда в чашке закручивают жидкость, формируется воронка с пустым центром — областью, где вода отсутствует. В этой полой сердцевине волны попадают в ловушку: отражаясь от стенок вихря, они отнимают у вращательного движения энергию и усиливаются подобно цепной реакции — каждая последующая волна мощнее предыдущей, пока не происходит резкий выброс, напоминающий взрыв.
Когда скорость света перестаёт быть абсолютным пределом
В октябре 2022 года обсерватория LHAASO измерила спектр — распределение энергий — гамма-всплеска GRB 221009A, самого яркого за всю историю наблюдений. Его свет, преодолев два миллиарда лет, оказался столь интенсивным, что возмутил ионосферу Земли.
Пылевые ураганы на планете-сироте VHS 1256B
Далеко за пределами Солнечной системы, в межзвёздной тьме, странствует мир VHS 1256B — планета-гигант, навсегда лишённая родительской звезды. Астрономы долго не могли объяснить загадочное поведение её фотометрической яркости: она скачет почти на 40% в течение нескольких дней.
Космический тяжеловес: нейтронная звезда ставит рекорд массы
В паре с обычной звездой астрономы отыскали настоящего тяжеловеса — нейтронную звезду массой 2,35 Солнца. Это больше любой другой, для которой есть точные измерения. Такие объекты рождаются, когда звезда взрывается сверхновой, а их ядро сжимается до шара размером с город.
Финальный всплеск внеземной цивилизации
Галактика напоминает ночной мегаполис: большинство окон светится ровным, привычным светом, но иногда целый небоскрёб внезапно озаряется всеми огнями и мгновенно гаснет. Похожий сценарий, согласно новой гипотезе об экзопланетах — планетах у иных звёзд (экзопланетной), — может стать нашим первым свидетельством существования другой цивилизации.
Чёрная дыра промежуточной массы: вспышка AT2018cqh как ключ к потерянному звену
Когда звезда приближается к чёрной дыре — объекту с гравитацией настолько мощной, что даже свет не может её покинуть, — приливные силы разрывают звезду, словно тесто, захваченное венчиком миксера. Это событие, называемое приливным разрушением (tidal disruption event, TDE), порождает мощную вспышку излучения.
Тень чёрной дыры выдаёт её вращение
В 2019 году астрономы показали первый в истории снимок тени чёрной дыры — тёмный провал, окружённый неровным оранжевым кольцом. Это сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики M87, в 55 миллионах световых лет от нас. Кольцо не просто светится: одна его сторона заметно ярче другой. Как будто костёр горит неровно — с одной стороны пламя выше.
Протон врезается в дейтрон: как скорость меняет правила
Протон врезается в ядро дейтерия — крошечную связку из протона и нейтрона. Раньше такие столкновения описывали уравнениями, где время течёт одинаково для всех, как в обычной жизни. Но когда частицы разгоняются до скоростей, близких к световой, время для них замедляется, а длины сокращаются. Это как если бы два бегуна на стадионе мерили дистанцию разными линейками.
Рентген без камеры: как снять вращающийся мотор
Рентгеновский снимок похож на фотографию, сделанную в темноте с очень короткой вспышкой: всё, что шевелится, получается смазанным. Обычные детекторы для рентгена — это большие матрицы из миллионов пикселей, и пока они считывают один кадр, следующий уже упущен. Для вращающейся турбины или бьющегося сердца такая медлительность — приговор.
Свет заставляет кристалл течь током
Кристалл без центра симметрии похож на лестницу, у которой все ступеньки наклонены в одну сторону: электроны, получив толчок от света, скатываются преимущественно в одном направлении. Так рождается постоянный ток — фотогальванический эффект.
Плазма заваривает травы по-новому
В кухне у каждого есть чайник, но мало кто заваривает травы водой, через которую только что пропустили электрический разряд. Именно так поступили исследователи с листьями нима и тулси — растений, которые в Индии веками используют как природные лекарства. Воду сначала «активировали» плазмой: пропустили через неё светящийся электрический разряд, похожий на миниатюрную молнию.
Прячась на виду: нейтронная звезда по соседству
В 300 световых годах от нас звезда танцует с невидимым партнёром. Одна её сторона разогрета сильнее другой — словно незримый танцор дышит на неё горячим ветром. Этот партнёр — нейтронная звезда: звёздный огарок размером с город, но такой плотный, что чайная ложка его вещества перевесила бы Эверест.