Традиционные технологии зеркальных телескопов упёрлись в непреодолимые ограничения. Какое-то время спасало сегментирование зеркал, но даже телескопы с сегментным зеркалом диаметром больше 10 м считаются абсолютно неприемлемыми для космоса. Но без больших телескопов астрономия, астрофизика и даже физика крайне замедлятся, если учёные и инженеры не найдут выхода из этой ситуации. И выход есть может быть в жидких зеркалах.

Художественное представление телескопа с 50-м жидким зеркалом. Источник изображения: NASA

Специалисты NASA совместно с израильскими исследователями из Техниона (Израильского технологического института) несколько лет назад начали работу по проекту FLUTE. К недавнему времени проект завершил первую фазу проработки и начал вторую. В рамках проекта готовится технико-экономическое обоснование и ведётся проработка концепции и отдельных критически важных деталей по созданию космической обсерватории с 50-метровым жидким зеркалом. Зеркало ограничено диаметром 50 м, чтобы проект мог быть материально осуществим в течение следующих 15–20 лет.

Предварительно технология жидких зеркал для телескопов уже была успешно и испытана в лабораторных условиях на Земле и на борту МКС в условиях микрогравитации. Размер здесь не имеет значения. Жидкость может одинаково растекаться по чайной ложке, по 50-метровому ложу, 100-м и так далее, насколько хватит воображения и средств. Диаметр зеркала 50 м признан таким, который приведёт к прорыву в астрономии, а не проделает дыру в бюджете.

На первом этапе исследования были изучены варианты жидкостей для зеркал, что привело к остановке на ионных жидкостях. В общем случае это расплавы солей. После выбора типа жидкости встала задача повысить отражательную способность наиболее подходящих вариантов расплавов. Также во время первого этапа работ по проекту было проанализировано несколько альтернативных архитектур рамы главного зеркала. Каркасы рассматривались с позиций поведения жидкости во время манёвров, как и в зависимости от колебаний температуры.

На основании сделанного выбора и проделанной работы, учёные разработали подробную концепцию миссии для 50-метровой жидкостно-зеркальной обсерватории и создали набор начальных концепций для создания демонстрационного малого космического аппарата на низкой околоземной орбите.

На втором этапе работ команда проекта продолжит разработку ключевых элементов концепции миссии. В частности, продолжится анализ подходящих архитектур рам зеркал и моделирование их динамических свойств. В свете последних достижений в области ИИ для дальнейших исследований привлекут машинный интеллект, который поможет с конструкцией и поиском жидкостей с лучшей отражательной способностью. Начнётся проработка цепочки оптической передачи от зеркала к приборам обсерватории, а также более детальная проработка концепций наиболее ответственных узлов обсерватории.

Наконец, во время второго этапа будет создана концепция демонстратора, который будет отправлен на орбиту для проверки идей на практике. Всем, кто доживёт до реализации этого проекта в масштабе остаётся только позавидовать — с ожидаемой детализацией Вселенную ещё никто не видел.

Спустя неделю пребывания в безопасном режиме после сбоя одного из трёх работающих гироскопов космическая обсерватория «Хаббл» вернулась к научным наблюдениям. В апреле «Хаббл» отметил свою 34-ю годовщину пребывания на орбите. Он пробыл там так долго, что появление сбоев неминуемо. И всё же, техническое состояние обсерватории позволяет рассчитывать как минимум ещё на два года наблюдений.

Источник изображения: NASA

В составе обсерватории «Хаббл» было предусмотрено и установлено четыре гироскопа (один избыточный). Во время обслуживания телескопа командой астронавтов в 2009 году на обсерваторию установили шесть новых гироскопов. Фактически это маховики на двигателях, которые регулируемой скоростью своего вращения помогают наводить телескоп на заданные цели. На практике это сложный механизм, представляющий собой герметичный цилиндр, плавающий в густой жидкости.

Внутри цилиндра со скоростью 19 200 об/мин вращается колесо, которое и задаёт «Хабблу» необходимое смещение и обеспечивает последующую стабилизацию. К электродвигателю внутри цилиндра подводятся провода толщиной с человеческий волос. Электроника внутри гироскопа фиксирует очень незначительные перемещения оси колеса и передает эту информацию в центральный компьютер «Хаббла». Подшипник у колеса «реагирования» газовый, что обеспечивает ему работу без износа.

Источник изображения: Википедия

К настоящему дню в системе ориентации телескопа в работе осталось три гироскопа. Один из них начал сбоить — передавать в компьютер неверные данные — ещё в прошлом году. Он снова засбоил 23 апреля 2024 года, что перевело телескоп в безопасный режим. Но уже 29 апреля работа систем была восстановлена, и телескоп вышел из безопасного режима работы и приступил к наблюдениям. В теории телескоп будет оставаться управляемым даже если в работе останется всего один гироскоп. В NASA разработали схему наведения на цели на этот случай.

Отметим, в NASA не уточняют, какие именно системы дают сбой. Кроме двигателей-маховиков с датчиками в системе управления и стабилизации телескопа участвуют также электромагнитные датчики, которые также называют гироскопами.

На 7-м семинаре консорциума Einstein Probe consortium в Пекине были представлены первые снимки неба в рентгеновском диапазоне, сделанные китайским рентгеновским телескопом «Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Также на борту обсерватории установлен европейский прибор, который имеет особую ценность. Все снимки пока калибровочные. Научная работа обсерватории начнётся в середине июня. Но даже сейчас аппарат поражает своими возможностями.

Млечный Путь в рентгеновском свете (с наложением на оптическое). Источник изображения: Einstein Probe consortium

Обсерватория «Зонд Эйнштейна» была запущена в космос 9 января 2024 года с космодрома Сичан на юго-западе Китая с помощью ракеты «Чанчжэн 2C». Обсерватория расположилась на орбите Земли на высоте около 600 км. Научная работа рассчитана на три года наблюдений. За своё участие в проекте европейские учёные получат около 10 % рабочего времени обсерватории.

Основной поток данных будет генерировать широкоугольный китайский рентгеновский телескоп WXT (Wide-field X-ray telescope). Его поле зрения составляет 1345 квадратных градусов, что позволяет ему одним кадром захватывать площадь неба, равную 10 тыс. дискам полной Луны. Телескоп делает полный снимок неба каждые 5 часов, что позволит учёным обнаруживать массу переходных событий, которые раньше ускользали от них. Это джеты нейтронных звёзд, падение вещества на чёрные дыры, взрывы сверхновых и другие яркие в рентгеновском излучении события.

Европейский телескоп FXT (Follow-up X-ray Telescope) — это узконаправленный прибор с очень высокой чувствительностью в рентгеновском диапазоне. Если WXT найдёт что-то особенно интересное, FXT сможет рассмотреть это с превосходным разрешением. Также оба телескопа помогут в поиске объектов и событий, обнаруженных в других диапазонах, например, гравитационно-волновыми обсерваториями, гамма-телескопами и даже оптическими и инфракрасными телескопами.

Даже калибровочные снимки поразили учёных своей детализацией и возможностями. В процессе настройки бортовых систем и приборов обсерватория «Зонд Эйнштейна» обнаружила 19 февраля 2024 года первый переходный процесс и, позже, ещё 14 временных источников рентгеновского излучения, а также 127 вспышек звёзд. Можно только представить, какой поток ранее недоступной информации пойдёт с началом работы обсерватории через полтора месяца!

Остаток сверхновой Корма А в рентгеновском диапазоне

По масштабу это станет чем-то близким к началу работы «Уэбба», хотя, конечно, новые рентгеновские обсерватории запустили NASA и JAXA в добавок к уже летающим. Но такого масштабного проекта как «Зонд Эйнштейна» пока нет ни у кого. Используя опыт этой обсерватории, ЕКА планирует в будущем запустить собственную космическую рентгеновскую обсерваторию NewAthena. Однако пока этот проект не вышел из стадии обсуждения. В будущем NewAthena станет крупнейшей рентгеновской обсерваторией в истории.

Принцип работы рентгеновской оптики «глаз омара», из-за этого источники на снимках выглядят как «+»

Добавим, китайский телескоп Wide-field X-ray собирает рентгеновское излучении оптикой типа «глаз омара». Это трубчатые конструкции, которые за счёт отражения от внутренних стенок позволяют усиливать рентгеновский свет. Подробнее об этой оптике мы рассказывали раньше, например, здесь.

Не так давно телескоп Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США «Хаббл» отметил 34-ю годовщину работы в космическом пространстве. Теперь же стало известно, что 23 апреля он автоматически перешёл в безопасный режим из-за сбоя в работе одного из гироскопов.

Источник изображения: NASA

В сообщении NASA сказано, что переход в безопасный режим произведён автоматически сразу после того, как один из трёх гироскопов, размещённых в конструкции «Хаббла», передал неверные данные. Напомним, гироскопы измеряют скорость поворота телескопа и являются частью системы, определяющей направление движение «Хаббла». Поскольку аппарат перешёл в безопасный режим, научную деятельность в настоящее время он не ведёт и ожидает дальнейших команд с Земли.

Именно этот гироскоп заставил «Хаббл» перейти в безопасный режим в ноябре прошлого года после аналогичного сбоя. В настоящее время инженеры NASA прорабатывают варианты решения проблемы. В случае необходимости телескоп может быть перенастроен на работу с одним гироскопом, а второй будет помещён в резерв. На момент последнего техобслуживания «Хаббла» в 2009 году телескоп был оснащён шестью гироскопами. В настоящее время три из них сохраняют работоспособность, включая тот, который уже во второй раз передаёт неверные данные.

Для достижения максимальной эффективности аппарат задействует три гироскопа, но в случае необходимости сможет работать и с одним. В NASA ожидают, что «Хаббл» продолжит совершать революционные открытия, работая вместе с другими обсерваториями, такими как «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope), в течение этого десятилетия и, возможно, в следующем.

Накануне представители Европейского космического агентства сообщили, что операция по освобождению зеркала телескопа Euclid («Евклид») ото льда завершилась более чем успешно. Подогретый сегмент зеркала стал пропускать на 15 % больше света, чем до борьбы с обледенением. Специалисты считают, что процедуру придётся повторять каждые 6–12 месяцев до конца эксплуатации обсерватории.

Космическая обсерватория Euclid в представлении художника. Источник изображения: ЕКА

О проблеме сообщили неделю назад. По словам представителя ЕКА, наиболее вероятная причина образования наледи на зеркале — это накопленная теплоизоляцией на Земле влага во время сборки обсерватории. Слой льда небольшой — всего несколько нанометров, но этого хватило, чтобы часть фотонов терялась, поглощаясь ледяной плёнкой.

Нагреть всё зеркало целиком и телескоп в целом было бы опасно — может произойти смещение от теплового расширения. Поэтому было решено начать с подогрева наиболее сильно пострадавшего сегмента зеркала и посмотреть, что из этого получится.

Зеркало нагревалось в течение чуть больше полутора часов, в результате чего его температура повысилась с -147 °C до -113 °C. Последующая проверка показала, что прибор Visible instrument (VIS), который собирал меньше света звёзд из-за проблемы со льдом, после процедуры начал получать на 15 % больше света. «Это сработало как по волшебству! — сказал управляющий программой борьбы с обледенением учёный Миша Ширмер (Micha Schirmer). — Я был уверен, что мы увидим значительное улучшение, но не такое впечатляющее».

Процедура оказалась несложной и легко воспроизводимой. Агентство рассчитывает, что в будущем эта проблема будет устраняться в рабочем порядке и не помешает научной работе. Но это не единственная шероховатость в работе обсерватории. Вскоре после её вывода в космос 1 июля 2023 года выяснилось, что в тепловом экране телескопа присутствует щель, через которую Солнце засвечивает датчики и портит фотографии. Эту проблему решают с помощью особой ориентации телескопа при съёмке.

Обсерваторию «Евклид» прозвали охотником за тёмной материей. Её задачей является съёмка и всесторонняя оценка галактик на глубину 10 млрд световых лет. Фактически астрометрия, только применительно к галактикам. Эти данные помогут сузить границы для оценки влияния тёмной материи на видимое вещество. «Евклид» ловит чёрную кошку в тёмной комнате. Будет забавно, если её там не окажется, но это будет уже другая история.

В NASA сообщили, что космическая гамма-обсерватория Swift («Свифт») переведена в безопасный режим и какое-то время не будет участвовать в наблюдениях из-за отказа одного из гироскопов. Через 8 месяцев телескоп отметит своё 20-летие в космосе и неудивительно, что у него начинает что-то отказывать. Технически он способен наводиться на цели даже с одним рабочим гироскопом из трёх, но его программное обеспечение по какой-то причине оказалось к этому не готово.

Космическая обсерватория Swift в представлении художника. Источник изображения: NASA

В NASA подготовили программную заплатку для обновления бортового программного обеспечения обсерватории. На время обновления и последующего тестирования телескоп переведён в безопасный режим. После установки заплатки и проверки её на работоспособность и восстановления функций системы ориентации обсерватория сможет наводиться на цель с помощью двух оставшихся гироскопов, и телескоп ещё послужит науке.

В космос обсерватория была выведена 20 ноября 2004 года. Это совместный проект США, Италии и Великобритании. Чтобы точнее определять источник гамма-излучения, обсерватория способна фиксировать излучение также в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах. Изначально телескоп должен был фиксировать направления на высокоэнергетические космические события — коллапс звёзд, слияния нейтронных звёзд, рождение чёрных дыр и другие. Затем данные передавались на Землю и на другие телескопы от оптических до радио. Совместная работа была направлена на обнаружение связи всплеска с каким-то объектом или явлением в небе.

Обсерватория «Свифт» также внесла свой посильный вклад в обнаружение и изучение гамма-вспышки GRB 221009A, которая за свою исключительную яркость получила персональное название BOAT (The brightest of all time) или, по-русски, «ярчайшая за всё время». Яркость события на пять порядков превзошла предельную чувствительность верхней границы детекторов «Свифта», но его данные также помогли восстановить вероятные характеристики события. Что же, ждём возвращения обсерватории в строй.

В нашей родной галактике обнаружен один-единственный магнетар, который испускает короткие радиовсплески, природа которых до сих пор остаётся предметом научных дискуссий. Относительная близость к нам магнетара SGR 1935 + 2154 даёт учёным надежду разгадать секреты этих объектов, и шаг в этом направлении уже совершён.

Художественное представление выброса вещества из нейтронной звезды (линии магнитного поля показаны зелёным). Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Магнетар SGR 1935 + 2154 в 30 тыс. световых годах от Земли впервые выдал зарегистрированный нашими приборами радиовсплеск в 2020 году. Повторный сигнал возник в октябре 2022 года. Специалистам NASA удалось оперативно отреагировать на второе событие и направить в сторону источника два научных прибора: размещённый на МКС NICER для исследования внутреннего состава нейтронных звезд и орбитальный NuSTAR для ядерной спектроскопии. Результаты наблюдений настолько удивили учёных, что они стали предметом серьёзной научной работы, опубликованной в журнале Nature 14 февраля.

Следует отметить, что магнетары — окружённые сильнейшими магнитными полями нейтронные звёзды диаметром около 20 км, оставшиеся после взрыва сверхновых — вращаются очень и очень быстро. Средняя скорость вращения SGR 1935 + 2154 составляет чуть больше 3 оборотов в секунду. Испускаемые ими радиовсплески сопровождаются колоссальными выбросами энергии, наблюдаемыми также в рентгеновском и гамма-диапазоне. За долю секунды высвобождается энергия, которую наше Солнце отдаёт в течение одного года, а иногда и больше.

Подобные выбросы энергии способны изменить скорость вращения нейтронной звезды, и они её изменяют. Что провоцирует эти процессы — остаётся в области гипотез. Например, это могут быть крупные астероиды, ударяющие в нейтронную звезду по направлению вращения и против него. Также учёные считают возможным явления звездотрясения, которые вызывают колебания поверхности звезды с последующими переключениями силовых линий магнитного поля.

Наблюдение радиовсплеска в октябре 2022 года позволило заподозрить ещё одну причину возникновения этих явлений. Быстрая реакция на событие и его изучение одновременно двумя разными приборами показало, что магнетар снизил скорость вращения в 100 раз быстрее, чем в случае всех предыдущих наблюдений. Снижение скорости произошло всего за 9 часов, тогда как ранее на это уходили недели и даже месяцы. Что-то ускорило этот процесс, и это должно было быть что-то новое.

В своей работе учёные доказывают, что магнетар мог выбросить в космос вещество подобно процессу вулканической деятельности. Сверхплотные недра нейтронной звезды должны существовать в состоянии сверхтекучести. Благодаря этому «жидкость» может плескаться внутри звезды и передать ей импульс, который был бы способен взломать кору и произвести извержение. Сильнейшие магнитные поля магнетара придали бы этому извержению дополнительный импульс, и образовалось бы что-то типа реактивной струи, которая могла бы в кратчайшие сроки придать нейтронной звезде ускорение или торможение.

По мнению исследователей, они нащупали нечто новое в поведении магнетаров и намерены плотнее заняться изучением вопроса, что обещает, наконец, разгадать тайну рождения коротких радиовсплесков магнетаров.

За потрясающими снимками Вселенной всегда стоит работа нескольких телескопов, каждый из которых работает в своём диапазоне электромагнитного излучения. Вся мощь «Уэбба» или «Хаббла» неспособна передать красоту космоса без данных в рентгеновском, радиочастотном и ультрафиолетовом диапазоне. Поднимая уровень оптических и инфракрасных телескопов на уровень вверх, мы не должны забывать о создании более совершенных инструментов для других частот.

Галактика Андромеда в ультрафиолетовом спектре по данным телескопа Swift. Источник изображения: NASA

Как стало известно, NASA официально утвердило создание ультрафиолетового телескопа следующего поколения, который должен быть отправлен в космос на рубеже 30-х годов. Это будет миссия Ultraviolet Explorer (UVEX) для изучения неба в ближнем и дальнем ультрафиолетовом спектре. Предыдущий подобный инструмент — Galaxy Explorer (GALEX) — работал с 2003 по 2013 год. Новый телескоп будет в 50–100 раз чувствительнее приборов GALEX.

Перед новым ультрафиолетовым телескопом будет стоять две задачи. Во-первых, он должен будет составить карту неба в ультрафиолетовом диапазоне. Во-вторых, телескоп получит возможность быстро менять ориентацию, чтобы получать изображения переходных процессов: взрывов сверхновых, слияния звёзд, джеты чёрных дыр и нейтронных звёзд и других энергетических явлений. Это станет ценнейшим дополнением к гравитационно-волновым наблюдениям неба, когда крайне сложно выявить источник гравитационной волны.

При обзоре неба в ультрафиолете мы сможем увидеть самые горячие объекты в ней. Прежде всего, это молодые и старые звёзды, когда процессы в ядрах находятся на критических стадиях активности. Также данные в ультрафиолетовом диапазоне позволят увидеть галактики с низким содержанием металлов и ряд других объектов.

Ориентировочная стоимость подготовки миссии UVEX без расходов на запуск составит $300 млн. Телескоп будет рассчитан на два года научной работы. Главные детали миссии уже проработаны, как и есть технико-экономическое обоснование проекта. Через год-два должно стартовать производство аппарата и его научных приборов.

Группа астрономов в данных телескопа NASA TESS обнаружила потенциально пригодный для обитания мир в 137 световых годах от Земли. Экзопланета TOI-715b размерами в полтора раза больше нашей планеты входит в редкую «консервативную зону обитания», в которой условия среды максимально благоприятствуют возникновению биологической жизни. Будущие наблюдения с помощью телескопа «Уэбб» обещают лучше понять ситуацию с этим любопытным объектом.

Художественное представление экзопланеты TOI-715b у красного карлика. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Телескоп TESS запущен в космос в 2018 году. Он охотится за экзопланетами методом определения провалов в яркости звёзд. Частота и сила провалов позволяют вычислить орбиту небесного тела, проходящего по лику звезды-хозяйки системы, и его массу, а также плотность. По этой информации учёные воссоздают образы тех миров, которые кружат вокруг далёких звёзд.

Чем ближе эти миры, тем больше у нас возможностей лучше их изучить. Например, исследование спектра света звёзд, проходящего сквозь атмосферу экзопланет, даёт данные об их атмосферах. А это уже способность точнее определить пригодность экзопланеты для жизни, чем просто факт её нахождения в зоне обитаемости звезды. Инструменты для такого анализа есть в составе космической обсерватории им. Джеймса Уэбба и рано или поздно он, таким образом, изучит также мир TOI-715b.

«Это открытие является захватывающим, поскольку это первая суперземля в данных TESS, обнаруженная в пределах консервативной обитаемой зоны, — сказала доктор Джорджина Дрансфилд (Georgina Dransfield), научный сотрудник факультета физики и астрономии Бирмингемского университета в Соединенном Королевстве. — Кроме того, поскольку она находится относительно близко, система подходит для дальнейших исследований атмосферы».

Астрономы полагают, что TOI-715b у красного карлика существует в узкой и наиболее оптимальной области вокруг звезды, известной как консервативная обитаемая зона, на которую с меньшей вероятностью влияют пределы погрешности измерений. Орбита экзопланеты составляет 19 дней, поэтому она находится в опасной близости к своей звезде с точки зрения угрозы от вспышек и радиации. Но пока звезда-хозяйка ведёт себя спокойно — за год наблюдений было всего две вспышки небольшой интенсивности и есть вероятность, что такое не повредит гипотетической жизни на планете.

В 2026 году планируется запуск нового европейского охотника за экзопланетами — обсерватории PLATO. Он будет определять экзопланеты вокруг красных и оранжевых карликов, подобных нашему Солнцу. Астрономы получат в свои руки более мощный и более точный инструмент, благодаря которому мы сможем находить не только суперземли, но также планеты, больше соответствующие облику и размерам нашей родной Земли.

В показаниях космического рентгеновского телескопа ESA XMM-Newton учёные обнаружили странные данные, которые не соответствовали всем предыдущим наблюдениям. Сверхмассивная чёрная дыра (СЧД) в центре галактики Markarian 817 около года испускала сверхбыстрый ветер из частиц, оставаясь при этом в стадии средней активности. Раньше подобное наблюдалось только для сверхактивных СЧД и случалось крайне редко.

Художественное представление чёрной дыры, испускающей ветер из заряжённых частиц. Источник изображения: ESA / CC BY-SA 3.0 IGO

В редких случаях чрезвычайной активности сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики испускает настолько сильный ветер — выброшенные электромагнитными полями частицы вещества из аккреционного диска, что он буквально выдувает межзвёздные газ и пыль за пределы галактики. Это прекращает звездообразование и, по сути, определяет облик и судьбу галактики-хозяина.

Для астрономов важно наблюдать подобные явления, что позволяет выяснить механизм взаимодействия СЧД и приютившей её галактики и, в конечном итоге, больше узнать об эволюции этих объектов и Вселенной. Галактика Markarian 817 на удалении 430 млн световых лет от нас с СЧД массой 81 млн солнечных явно выделилась на фоне всех остальных событий такого рода.

Об активности чёрной дыры в её центре отчётливо должно было сигнализировать рентгеновское излучение, испускаемое перегретым веществом в аккреционном диске. Однако регистрируемое рентгеновским телескопом ESA XMM-Newton излучение от Mrk 817 было более чем умеренным. Контрольная проверка с помощью другой рентгеновской установки — NuSTAR NASA — подтвердило верность полученных данных. Как позже оказалось, ветер от чёрной дыры блокировал рентгеновское излучение, и по факту оно было достаточно сильным.

Анализ данных показал, что активность наблюдалась по обширному пространству аккреционного диска, что привело к образованию, как минимум трёх отдельных потоков ветра из заряжённых частиц, каждый из которых развил скорость до нескольких процентов от скорости света в вакууме. Это продолжалось около года и особым образом дало понять, как чёрные дыры и галактики могут влиять друг на друга.

«Очень редко можно наблюдать сверхбыстрые ветры, и еще реже обнаруживать ветры, энергии которых достаточно, чтобы изменить характер галактики-хозяина. Тот факт, что Markarian 817 создавал эти ветры около года, не находясь в особо активном состоянии, предполагает, что чёрные дыры могут изменять форму своих галактик-хозяев гораздо сильнее, чем считалось ранее», — сообщили авторы исследования в статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters.

В четверг Комитет научных программ Европейского космического агентства дал добро на подготовку к производству оборудования по созданию космической лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории проекта LISA. Изготовление трёх детекторов начнётся примерно через год. В космос установка будет выведена гораздо позже, но это будет невероятный рывок в изучении Вселенной.

Источник изображения: ESA

До недавнего времени люди могли изучать космос в целом спектре электромагнитных излучений от радиодиапазона до оптического и заканчивая гамма-лучами. После запуска в работу в 2015 году лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO в США у людей появилась возможность улавливать гравитационные волны. Благодаря этому Вселенная предстала для учёных в новом свете, что невозможно переоценить.

Например, вместе с LIGO мы получили возможность напрямую уловить сигналы от чёрных дыр — невидимых и поэтому пока гипотетических объектов. Проект LISA в космосе позволит улавливать подобные сигналы в намного большем диапазоне явлений вплоть до ожидания детектирования «реликтовых» гравитационных волн.

Гравитационно-волновые обсерватории на Земле — два детектора LIGO в США, один Virgo в Италии и один KAGRA в Японии — ограничены протяжённостью и воздействием разного рода помех. Каждое из плеч земных интерферометров имеет длину около 3 км. По каждому из них благодаря зеркалам многократно курсирует лазерный луч. Если через детектор проходит гравитационная волна, то один из коридоров растягивается или сжимается в процессе искажения геометрии пространства-времени. Тогда луч в этом коридоре проходит с задержкой или опережением луча в соседнем коридоре (коридоры соединены буквой «Г»). В детекторе происходит наложение одного луча на другой и разница в сдвиге фаз расскажет о масштабе события.

Сравнительно небольшая длина коридоров позволяет фиксировать гравитационные волны только большой частоты. Во-первых, это ограничивает нас по массе объектов — LIGO и другие датчики фиксируют волны только от слияний компактных объектов, таких как нейтронные звёзды и небольшие чёрные дыры. Во-вторых, частота гравитационных волн повышается только перед слиянием таких объектов, когда гравитация заставляет их бешено вращаться вокруг общего центра масс.

Чтобы улавливать низкочастотные гравитационные волны, датчики должны быть разнесены далеко-далеко друг от друга, тогда появится возможность следить за гравитацией парных объектов за год до слияния, а также улавливать слияние сверхмассивных чёрных дыр, которые никуда не торопятся и поэтому излучают гравитационные волны в длинноволновом диапазоне.

Согласно проекту LISA, в космос будет выведено три космических аппарата. Каждый из них будет представлять собой лазерный интерферометр, построенный на основе детекторов, уже опробованных на проекте LIGO. Космические детекторы расположат треугольником, в составе которого каждый из них будет направлять луч в сторону двух других. Длина каждого плеча составит 2,5 млн км. Это будет невероятный по своим возможностям инструмент, которого буквально ещё не было в руках учёных. Мы сможем увидеть Вселенную в гравитационном спектре, если так можно сказать. Выше на видео, например, NASA показало, как это может быть на примере Млечного Пути, где каждый источник гравитационных волн привязан к тому или иному событию или объекту. Это почти как заглянуть в суть вещей.

А ведь это не всё! Группа европейских учёных предложила лёгким движением руки превратить проект LISA в LISAmax. Технически нам ничего не мешает разместить в космосе детекторы на другом расстоянии, чтобы повысить их чувствительность к гравитационным явлениям. Поэтому учёные обосновали возможность разнести детекторы на 295 млн километров! Не исключено, что к 2034 году, когда начнётся вывод детекторов LISA в космос, у нас появится возможность сделать этот проект ещё более революционным.

В процессе анализа данных от космического гамма-телескопа Fermi за последние 13 лет астрономы NASA обнаружили неожиданный сигнал, исходящий из-за пределов нашей галактики, происхождение которого они не могут объяснить. Фрэнсис Редди (Francis Reddy) из Центра космических полётов NASA назвал это явление «неожиданной и пока необъяснимой особенностью за пределами нашей галактики».

Источник изображения: Britannica

Телескоп Fermi ведёт наблюдение в диапазоне гамма-волн, возникающих при мощнейших выбросах энергии, например, при взрыве сверхновых. Учёные изучали данные, полученные телескопом, с целью получить больше данных о так называемом реликтовом излучении, также известном как космическое микроволновое фоновое излучение. Обычно реликтовое излучение имеет дипольную структуру, одна сторона которой горячее другой. Астрономы полагают, что это происходит из-за движения солнечной системы.

Вселенная в гамма-спектре. Источник изображения: NASA

Вместо ожидаемой структуры реликтового излучения исследователи обнаружили сигнал, содержащий одни из самых энергетически мощных космических частиц, которые они когда-либо обнаруживали. «Это совершенно случайное открытие, — говорит Александр Кашлинский (Alexander Kashlinsky), космолог из Университета Мэриленда и Центра космических полётов NASA. — Мы обнаружили гораздо более сильный сигнал и в другой части неба, чем та, которую мы искали».

На этой неделе статья с описанием результатов была опубликована в The Astrophysical Journal Letters. «Мы нашли диполь гамма-излучения, но его пик расположен на южном небе, вдали от реликтового излучения, а его величина в 10 раз превышает ту, которую мы ожидали», — заявил астрофизик NASA Крис Шрейдер (Chris Shrader).

Концептуальная иллюстрация явления. Источник изображения: NASA

Учёные полагают, что наблюдаемое явление связано с ранее зафиксированным обсерваторией Pierre Auger в Аргентине в 2017 году подобным космическим гамма-излучением. Астрономы считают, что эти два явления могут иметь общее происхождение, учитывая их схожую структуру. Они надеются в дальнейшем найти загадочный источник или разработать альтернативные объяснения обеих особенностей.

Неожиданное открытие NASA может помочь астрономам подтвердить или опровергнуть идеи о том, как создаётся дипольная структура реликтового излучения. «Несоответствие размеров и направления диполя реликтового излучения может дать нам возможность заглянуть в физические процессы, происходящие в очень ранней Вселенной, возможно, в те времена, когда её возраст составлял менее триллионной секунды», — убеждён один из авторов исследования Фернандо Атрио-Барандела (Fernando Atrio-Barandela).

Сегодня в 15:05 по местному времени (в 10:05 мск) с космодрома Сичан на юго-западе Китая ракета «Чанчжэн 2C» вывела на орбиту рентгеновскую обсерваторию «Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Обсерватория будет фиксировать мощные энергетические рентгеновские события во Вселенной с беспрецедентной частотой — полный обзор неба будет совершаться каждые 5 часов. Нас ждёт волна интереснейших открытий из жизни чёрных дыр, квазаров, нейтронных звёзд и другого.

«Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Источник изображения: CAS

Миссия «Зонд Эйнштейна» — это плод сотрудничества Китая и Европейского космического агентства. На борту обсерватории два блока рентгеновских телескопов: один китайский (широкоугольный, состоящий из 12 модулей) и один европейский (направленный, состоящий из двух модулей). Широкоугольный телескоп WXT (Wide-field X-ray telescope) обладает полем зрения 1345 квадратных градусов. Двенадцать модулей телескопа, каждый из которых имеет матрицу по 30 млн «пикселей», будут за раз делать снимок неба площадью в 10 000 дисков полной Луны. Для сравнения, один кадр рентгеновского телескопа NASA «Чандра» захватывает участок неба, равный половине площади диска Луны.

Телескоп WXT обсерватории «Зонд Эйнштейна» будет генерировать колоссальный поток данных. Принимать и обрабатывать его будут наземные станции ЕКА. За это Китай рассчитается с европейскими учёными рабочим временем телескопа для проведения собственных экспериментов. Им будет предоставлено 10 % времени работы WXT.

Узконаправленный телескоп FXT (Follow-up X-ray Telescope) разработан европейцами и будет использован ими в полном объёме (возможно он также на правах обмена будет предоставляться китайским учёным). Это узконаправленный прибор с очень высокой чувствительностью в рентгеновском диапазоне. Если WXT найдёт что-то особенно интересное, FXT сможет рассмотреть это с намного лучшим разрешением.

Отдельно надо сказать об оптической системе широкоугольного телескопа WXT. Нашим читателям знакома проблема полупроводниковых литографических сканеров EUV-диапазона. Они работают на рентгене и не могут фокусироваться линзами, только зеркалами. Поэтому телескоп WXT не мог просто так собирать и фокусировать рентгеновский свет. Выход был найден в виде оптики «глаз омара».

Глаз омара и ряда креветок представляет набор трубочек квадратного сечения, каждая из которых заканчивается на сетчатке глаза. Увеличение происходит за счёт переотражения лучей от стенок трубочек. Китайские инженеры собрали подобные «глаза» для телескопа, но с учётом отражения рентгеновских волн. Это уникальная технология — пакет из 30 млн трубочек сечением 40 мкм каждая с покрытием изнутри иридием. И таких пакетов 12 штук. Интересно, что прототип этого телескопа уже летал в космос и показал, что это работает.

Источник изображения: Patrick Ayree

Подобный инструмент на орбите не даст пропустить ни одного яркого события в космосе. Он фиксирует рентгеновское излучение от падения вещества на чёрные дыры, от взрывов сверхновых, от взаимодействия нейтронных звёзд и многих других энергичных явлений. Косвенно он может локализовать гравитационные взаимодействия, что в паре с наземными детекторами гравитационных волн поможет находить их источники. В какой-то мере запуск «Зонда Эйнштейна» можно сравнить по ценности с запуском обсерватории «Джеймс Уэбб». Новый инструмент должен работать 5 лет и сможет далеко вперёд подтолкнуть науку.

Космический телескоп «Кеплер» (Kepler) перестал собирать данные в 2018 году, но всё ещё остаётся источником открытий. На сегодня данные «Кеплера» содержат самый большой набор экзопланет и кандидатов в экзопланеты. Учёные NASA заново проанализировали архив данных этого телескопа и представили обновлённый каталог звёзд, систем и экзопланет, среди которых обнаружились ранее неизвестные планеты.

Система Кеплер-385 в представлении художника. Источник изображения: NASA/Daniel Rutter

В частности, открытием нового издания каталога стала звёздная система Kepler-385. Ещё в 2014 году орбитальный телескоп обнаружил в этой системе четыре экзопланеты. Анализ с использованием новых данных по звёздам, прежде всего, с учётом собранных европейским астрометрическим телескопом «Гайя», позволил выявить в системе Kepler-385 ещё три дополнительные экзопланеты.

Телескоп «Кеплер», напомним, определял наличие экзопланет по методу транзита — по изменениям яркости звезды и оценке времени провалов яркости, когда невидимая в обычных условиях планета проходит перед диском родной звезды. Точность таких измерений растёт вместе с ростом точности измерения параметров звёзд.

В системе Kepler-385, которая отдалена от нас на 4670 световых лет, оказалось семь подтвержденных наблюдением планет, что делает её редкостью. Сегодня подобных многопланетных систем открыто очень мало.

Одна из ценностей такого открытия в том, что мы можем напрямую определить эксцентриситет орбит экзопланет. Для одиночной планеты, которая нам напрямую не видна, это сделать практически невозможно. Но для планетной системы с несколькими транзитами (планетами) форма орбит определяется относительно просто. Так, измерение орбит экзопланет системы Kepler-385 показало, что у них у всех почти круговые орбиты. Это подтвердило предыдущие выводы, основанные на моделировании, что чем больше в системе планет, тем менее вытянутые у них орбиты.

Семь планет системы Кеплер-385: две чуть больше Земли, пять чуть меньше Нептуна

С точки зрения поиска внеземной жизни все семь планет системы Kepler-385 вряд ли пригодны для этого в нашем понимании. Все они находятся слишком близко к своей звезде и, очевидно, получают сильнейшую долю излучения в виде тепла, ультрафиолета и радиации.

Новая редакция обновлённого каталога экзопланет, найденных телескопом «Кеплер», представляет собой самое структурированное по данным издание, которое поможет совершить ещё не одно астрономическое открытие не выходя из кабинета. Современные астрономические приборы собирают настолько много данных, что научные сообщества не успевают их обрабатывать даже с привлечением суперкомпьютеров.

Европейское космическое агентство сообщило, что «охотник за тёмной материей», как неофициально называют космическую обсерваторию «Евклид» (Euclid), к работе пока не готов. Период ввода в эксплуатацию продлён на неопределённое время для решения трёх неожиданно возникших проблем. Они не угрожают проведению миссии, но могут усложнить наблюдения неба.

Источник изображений: ESA

Обсерватория «Евклид» была запущена в начале июня этого года на ракете Falcon 9. К концу июля она добралась к месту базирования — точке Лагранжа L₂ на удалении около 1,5 млн км за Землёй, частично прикрывшись ею как зонтиком от Солнца. На этом хорошие новости закончились. Первые тестовые снимки показали, что на некоторых из них присутствует неожиданная засветка от Солнца. По горячим следам сообщалось, что в свето- и теплоизоляции камер возникла щель, куда могли попадать лучи Солнца.

Как теперь пояснили в ЕКА, засветка происходит от отражения Солнца от распорки двигательной установки (см. фото ниже), что хорошо видно на представленных снимках. Удивительно, как этот момент не учли при проектировании обсерватории. Понадеялись на изоляцию? Но она, как видим, не спасла чувствительные приборы телескопа от порчи засветкой. Этой напасти можно избежать, если в процессе производства снимков ориентировать телескоп с учётом аномалии.

По оценке специалистов, засветка портит около 10 % изображений. Казалось бы, что это немного, но камера обсерватории наводится на новый участок неба каждые 75 минут. За шесть лет работы обсерватории набежит уйма времени на коррекцию, что наверняка сократит срок работы телескопа. В целом миссия обсерватории будет выполнена, но, похоже, с менее желаемым результатом.

Второй неожиданной проблемой стали сбои в системе точного наведения телескопа. Приборы наведения на целевые звёзды в ряде случаев их не находили. Происходило это с тусклыми звёздами, чему мешал, например, свет от ярких галактик. Для решения этой проблемы специалисты миссии переписали программы работы блока наведения на цель и в ближайшее время намерены испытать апгрейд на обсерватории в реальных условиях.

Третьей проблемой снова стало наше Солнце. Датчики камер телескопа защищены от высокоэнергетических частиц и космических лучей. Но на ряде тестовых снимков «Евклида» образовались засветки от попадания таких частиц. Всему виной растущая активность нашей звезды, заявили учёные. На Солнце происходит всё больше и больше вспышек, как и растёт их сила, что начинает сильнее и чаще бомбардировать датчики обсерватории. Прогнозируется, что высокоэнергетические частицы испортят не больше 3 % снимков. В принципе, при наличии критического уровня засветки от частиц испорченные изображения участков неба можно будет переснять, а также убрать из обработки засвеченные пиксели. Неприятно, но работать можно. Спутники Starlink создают больше похожих проблем для наблюдений с Земли, и ничего.

Обсерватория «Евклид» должна проработать шесть лет. За это время она сделает снимки 30 % неба, меняя кадр каждые 75 минут. Это будет колоссальный объём данных, который будет касаться, в первую очередь, картографирования и классификации галактик на глубину до 10 млрд лет. Точное определение положения галактик в пространстве-времени позволит ещё точнее измерить скорость расширения Вселенной и массу вещества в ней, включая неуловимую тёмную материю.