Весь спектр Вселенной Вселенная в электромагнитных лучах

1 июля 2013 года астрономы, работающие с гамма-обсерваторией Fermi, представили новый каталог источников гамма-излучения с энергией от 10 гигаэлектронвольт. Это наиболее жесткое излучение, которое сегодня может быть зарегистрировано телескопами, и Вселенная в этом диапазоне выглядит практически абсолютно темной: даже самые яркие объекты из нового каталога давали поток излучения в несколько квантов на квадратный метр за сутки. В связи с этим «Лента.ру» представляет галерею «портретов» Вселенной в разных диапазонах электромагнитного излучения: от радио до уже упоминавшегося жесткого гамма.

Галактика М82 в радиодиапазоне

Изображение: T.W.B. Muxlow et al.

Радиоволны испускаются облаками межзвездного газа в тех местах, где идет активное формирование новых звезд. Радиотелескопы выгодно отличаются от оптических инструментов тем, что антенны на разных континентах можно заставить работать как составные части единой «суперантенны» с размером, равным расстоянию между самыми удаленными точками. За счет этого радиоастрономы получают изображения с таким угловым разрешением, которое принципиально недоступно для ограниченных иными диапазонами наблюдателей.

Галактика М87 в радиодиапазоне

Изображение: телескоп «Хаббл»

Радиоволны также испускает плазма, движущаяся в магнитном поле. За счет этого радиотелескопы позволяют наблюдать джеты — плазменные потоки, выброшенные вдоль оси вращения черных дыр. Меняя частоту радиоволн, мы можем получать информацию о разных процессах — радиотелескопы рассчитаны на наблюдения в диапазоне от десятков мегагерц до десятков гигагерц.

Небо в микроволновом диапазоне

Изображение: ESA

В микроволновом диапазоне видно излучение, возникшее при Большом взрыве. Небо показано на основе данных космической обсерватории «Планк», которая дала наиболее качественную картинку: детализация примерно соответствует зрению близорукого человека.

Снимок пылевого диска Oph-IRS 48 в субмиллиметровом диапазоне

Изображение: ALMA

Наблюдения в разных диапазонах (но в пределах радиоизлучения с длиной волны меньше миллиметра) позволяют выявить скопления частиц разных размеров. Обсерватория ALMA таким способом смогла зафиксировать вокруг звезды Oph-IRS 48 как облака из пылинок размером около миллиметра, так и скопления частиц, чей диаметр составляет порядка нескольких микрометров. Эти данные позволили астрономам предположить, что вблизи Oph-IRS 48 формируется большое количество комет. Размер непосредственно кометных ядер (до десятков километров) не позволяет обнаружить их в иных звездных системах.

Галактика М31, инфракрасное излучение с длиной волны 24 микрометра

Изображение: телескоп Spitzer

Инфракрасное излучение позволяет видеть нагретые объекты даже там, где их не подсвечивает падающий свет. Чем больше длина волны, тем более холодные объекты можно увидеть и тем сложнее регистрация излучения.

Галактика М31, несколько диапазонов ИК-излучения

Изображение: телескоп Spitzer

Если вести наблюдения сразу в нескольких диапазонах инфракрасного излучения, то это позволит отделить друг от друга участки с разной температурой. Вопреки интуитивной шкале «синий — холодный, красный — теплый», здесь использована обратная схема: синие участки — самые теплые (дают излучение с длиной волны 24 микрометра), зеленые — холоднее (70 микрометров), а красные — самые холодные (160 микрометров). Такое кодирование применено из-за того, что длина волны падает с ростом температуры: светящийся красным объект холоднее раскаленного до желтого цвета.

Сатурн в инфракрасном диапазоне

Изображение: телескоп «Хаббл»

Инфракрасное излучение позволяет изучать атмосферу планет-гигантов: все поднимающиеся из глубины теплые потоки сразу становятся хорошо заметны даже там, где поднявшееся из глубин вещество не отличается по цвету в видимом диапазоне.

Следы падения астероида на Юпитер

Изображение: наземный телескоп «Кек»

В инфракрасном диапазоне хорошо видны и последствия падения на Юпитер астероидов. Диаметр видимого на этом снимке пятна немногим меньше диаметра Земли.

Туманности NGC 6543 («Кошачий глаз»), NGC 7662, NGC 7009 и NGC 6826 в оптическом диапазоне

Изображение: NASA

Наблюдения в оптическом диапазоне ни в коем случае нельзя приравнивать к наблюдениям невооруженным глазом. Глаз человека при слабой освещенности не различает цвета, поэтому вместо показанных на астрономических фотографиях красивых красок видит в лучшем случае тусклую картинку. Красоту ночного неба в полной мере раскрыла лишь фотография.

Солнце через H-альфа фильтр

Изображение: университет Палермо

Иногда ценную информацию помогает извлечь светофильтр — он же спасает оптику и глаза наблюдателя. Наблюдения на длине волны 656,3 нанометра позволяют увидеть свечение возбужденных атомов водорода, выявив множество иначе невидимых деталей на Солнце.

Солнце, ультрафиолетовое излучение с длиной волны 195 нанометров.

Изображение: NASA

Снимок космической обсерватории SOHO, телескоп которой может вести наблюдения в нескольких диапазонах ультрафиолетового излучения, выявляя нагретые до разных температур участки солнечной атмосферы. Чем выше температура, тем больше вклад в ее нагрев процессов, связанных с магнитными полями.

Юпитер, ультрафиолетовое полярное сияние

Изображение: NASA

Снимок «Хаббла» позволил выявить полярное сияние на Юпитере. Яркая полоса в левой части, заканчивающая светящейся точкой, — это линии магнитного поля, протянувшиеся от атмосферы планеты к ее спутнику Ганимеду.

Четыре ранее показанных туманности ( NGC 6543, NGC 7662, NGC 7009 и NGC 6826) в рентгеновском диапазоне

Изображение: NASA

Рентгеновские наблюдения дают возможность понять, что же происходит внутри туманностей. Видимое при помощи телескопа Chandra излучение указывает на то, что сброшенная звездой оболочка (внешнее облако) взаимодействует с потоками заряженных частиц, испускаемых звездой в центре.

Удаляющийся от сверхновой пульсар IGR J1104-6103

Изображение: NASA

Снова комбинированный кадр: пурпурные рентгеновские данные Chandra наложены на снимок «Хаббла» в оптическом диапазоне. Пульсары, вращающиеся нейтронные звезды, видны в рентгеновском диапазоне как вспыхивающие точки, и ученые уже разрабатывают космическую систему навигации, которая будет использовать пульсары в качестве маяков.

Гамма-всплеск

Изображение: NASA

Гамма-всплесками называют внезапные вспышки гамма-излучения. Первоначально их зафиксировали спутники, призванные следить за соблюдением договора о запрете ядерных испытаний: почти сразу же вскоре после запуска был выявлен злостный нарушитель договора, причем расположенный где-то далеко в космосе. На этом изображении, полученном с обсерватории Fermi, показано небо до и во время такой вспышки. Гамма-всплески связывают с коллапсом звезд в черную дыру во время вспышек сверхновых.

Небо в гамма-лучах, с энергией свыше 1 гигаэлектронвольта

Изображение: NASA

Обзор неба обсерваторией Fermi. Яркая линия — источники в пределах Млечного пути. Гамма-излучение столь высоких энергий не может возникнуть за счет ядерных реакций, характерная энергия которых меньше в сотни и тысячи раз; такое излучение появляется в результате экстремальных процессов, связанных с потоками плазмы в магнитных полях.

Наложение рентгеновских данных на оптический снимок туманностей NGC 6543 («Кошачий глаз»), NGC 7662, NGC 7009 и NGC 6826

Изображение: NASA

Комбинация снимков в разных спектральных диапазонах широко используется для наглядности: оптические или инфракрасные данные дают привязку к объектам, а рентгеновские, гамма- или радиоволновые — выявляют астрофизические процессы внутри туманностей или галактик.