С момента запуска в 1999 году рентгеновская обсерватория НАСА Чандра изучает космос в коротковолновом рентгеновском свете — лучшем окне для наблюдений за колоссальными черными дырами, скоплениями галактик и остатками сверхновых. Телескоп фиксирует положение, энергию и время прибытия каждого рентгеновского фотона, который достигает его детектора. Эта способность, в сочетании с его уникально четким качеством изображения и способностью видеть рентгеновский свет в широком диапазоне энергий, произвела революцию в нашем взгляде на рентгеновскую Вселенную. Чандра позволила нам больше узнать о таинственной темной материи, о рождении звезд и даже о планетах нашей Солнечной системы.

Эта космическая обсерватория была разработана для решения одного из ключевых вопросов в рентгеновской астрономии: какова структура так называемого рентгеновского фона, который есть повсюду в космосе? Кроме этого, Чандра изначально разрабатывалась для общего доступа: ученые со всего мира могут предлагать свои проекты, и лучшим из них дадут возможность поработать на этом удивительном телескопе. К слову, даже после двух десятилетий работы желание воспользоваться Чандрой высказывают 500-650 исследовательских групп в год, что примерно в 5.5 раз больше доступного времени наблюдения, так что конкуренция достаточно высока.

Чандра оказалась необычайно продуктивной. Она достигла своей первоначальной цели, обнаружив, что почти весь таинственный фоновый рентгеновский свет исходит от тысяч отдельных сверхмассивных черных дыр в центрах других галактик. Она также открыла секреты множества небесных объектов: например, сильное рентгеновское излучение от струй материала, вылетающих из сверхмассивных черных дыр в процессе поглощения вещества; сияния в атмосфере на полюсах Юпитера; свет от сталкивающихся нейтронных звезд, которые также были обнаружены с помощью гравитационных волн; и чрезвычайно яркие черные дыры размером с обычные звезды, метко названные ультрафиолетовыми источниками рентгеновского излучения. За два десятилетия по результатам, полученным на этом телескопе, было написано более 8000 научных статей.

Давайте же посмотрим, как выглядит Вселенная глазами этой крутой космической обсерватории.

Взрывная сцена



Глубоко в сердце Крабовидной туманности лежит сильно намагниченная быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая образовалась во время взрыва массивной сверхновой в 1054 году. Это многоволновое изображение показывает то, что от нее осталось, в разных диапазонах длин волн: рентгеновские лучи показаны фиолетовым, ультрафиолетовый свет — синим, видимый — зеленым, инфракрасный — желтым, и радиодиапазон красным. Хорошо видно, что нейтронная звезда сильно ускорила частицы рядом с собой, поэтому в излучении преобладает именно рентген.

Вихревые спирали



Две сливающиеся галактики, известные под общим названием M51, или Водоворот, показывают прекрасный танец, характерный для спиральных галактик. Здесь видно около 400 источников рентгеновского излучения, большинство из которых являются двойными звездами, расположенными, в основном, вблизи областей звездообразования. 

Ученые предполагают, что взаимодействие между двумя галактиками вызывает волну звездообразования, которая и приводит к образованию большого количества рентгеновских двойных звезд. В такой системе компактный спутник, обычно нейтронная звезда, стягивает огромное количество материала со своего соседа, который является «обычной» звездой, разгоняя его и пульсируя в итоге в рентгеновском диапазоне.

Летающий джет



В начале своей карьеры Чандра наблюдала за квазаром PKS 0637-752, сверхмассивной черной дырой в ядре далекой галактики. Этот квазар вытягивает огромное количество материала из своей галактики, и когда он падает на черную дыру, то становится настолько горячим, что затмевает все 100 миллиардов звезд родной галактики. Образованный этим свечением рентгеновский джет справа от галактики на фото был неожиданностью, и первоначально сотрудники Чандры были обеспокоены тем, что что-то не так с оптикой телескопа. И лишь позже, глянув снимки этой же галактики в радиодиапазоне, стало понятно, что телескоп просто обнаружил то, что и должен был — огромный поток ускоренных частиц. Позже джеты обнаружили и у других квазаров.

Дымящийся пистолет



Среди самых важных результатов Чандры — это составное изображение скопления галактик Пуля. На этом снимке объединены данные с трех телескопов: Чандры, Магеллана и Хаббла. Здесь горячий газ светится в рентгеновском свете (показан розовым цветом), а сами галактики можно увидеть в реальных цветах. Из изображения в видимом свете ученые делают вывод о распределении темной материи (показана синим цветов) по искажению дисков галактик, вызванном гравитацией (процесс, называемый гравитационным линзированием).

Четкое разделение горячего газа и темной материей дало первые прямые доказательства наличия темной материи. Этот совместный снимок демонстрирует, что темная материя не взаимодействует ни с сама собой, ни с обычной материей, потому что она движется вместе с галактиками, не «видя» другую материю вокруг себя. Напротив, горячий газ взаимодействует с остальным веществом и замедляется, образуя форму пули, которая и дала название этому скоплению галактик.

Ближе к дому



Наряду с обнаружением далеких сверхмассивных черных дыр и скоплений галактик, Чандра делает удивительные открытия и куда ближе, в нашей Солнечной системе. Это изображение Юпитера показывает рентгеновское излучение от северного сияния на полюсе планеты. Оно генерируется, когда магнитные поля направляют частицы из экваториального кольца вокруг Юпитера к полюсам. Ожидается, что наблюдения Чандры в этом году, скоординированные со спутником НАСА Юнона, который в настоящее время вращается вокруг Юпитера, предоставят более подробную информацию об этом процессе.

Звезды-младенцы



Большое количество синих и оранжевых точек света здесь — это недавно сформированные звезды в плотной туманности, которая видна невооруженным глазом в середине меча созвездия Ориона. Острое рентгеновское зрение Чандры проникает в плотные скопления газа и пыли, открывая новые звезды, которые скрыты от традиционных телескопов, снимающих в видимом свете. Молодые звезды горячие и достаточно крупные, поэтому благодаря мощной гравитации притягивают и ускоряют материю, заставляя ее сиять в рентгеновском диапазоне.

Первый свет



Это первое официальное изображение, полученное Чандрой, представляющее собой остатки сверхновой Кассиопеи А. Оно сразу продемонстрировало всю мощь высокого пространственного разрешения телескопа, позволив обнаружить долгожданную нейтронную звезду в центре этой туманности. Плотная нейтронная звезда, остаток гораздо большей звезды, которая взорвалась около 340 лет назад как сверхновая, никогда ранее не была видна. Это изображение объединяет данные Чандры, полученные за несколько лет, делая ярче детали сложной структуры. Также высокое разрешение обсерватории позволило узнать, какие химические элементы образовались после взрыва: красный цвет указывает на кремний, желтый — на серу, зеленый — на кальций, а фиолетовый — на железо.

Кошачий глаз



Планетарная туманность NGC 6543 выглядит как кошачий глаз. Старый красный гигант сбросил внешние слои, которые превратились в пухлыми красочными облаками. В итоге в центре осталось горячее компактное ядро, которое в будущем разрушится, образуя плотного белого карлика. Центральные области туманности заполнены газом с многомиллионной температурой, наблюдаемым Чандрой (синий цвет). Между тем, сильный солнечный ветер, исходящий из ядра, выталкивает часть материала облаков наружу, создавая изящные нитевидные структуры, показанные в оптическом диапазоне (красный и фиолетовый цвета) с помощью телескопов, таких как Хаббл. К слову, наблюдение показало, что внешние слои звезды разлетаются со скоростью порядка шести миллионов километров в час.

Туманность Пламя



Звездное скопление NGC 2024, похороненное внутри туманности Пламя на расстоянии около 1400 световых лет от Земли, представляет собой гигантское облако газа и пыли, где рождаются звезды. На этой фотографии рентгеновские снимки от Чандры (фиолетовый цвет) в сочетании с данными в инфракрасном спектре от космического телескопа Спитцера (красный, зеленый и синий цвета) показывают, что горячие молодые звезды находятся в центре, а более старые звезды - на окраинах.

Сверхновая Тихо



В 1572 году астроном Тихо Браге обнаружил сверхновую, которую в итоге назвали его именем. Конечно, за четыре столетия она погасла, и сейчас от нее осталась лишь расширяющаяся планетарная туманность. На этой фотографии Чандры низкоэнергетические рентгеновские лучи (красные) представляют собой растущую туманность. А высокоэнергетические рентгеновские лучи (синие) показывают взрывную волну — фронт электронов высоких энергий, летящих наружу.




iGuides в Telegram — t.me/igmedia
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.yandex.ru/iguides.ru
У нас есть подкаст и его видео-версия