«Портреты» Вселенной в свете электромагнитного излучения

1 июля 2013 года астрономами, работающими с гамма-обсерваторией Fermi, был представлен новый каталог источников гамма-излучения с энергией от 10 гигаэлектронвольт – самого жесткого излучения, на сегодняшний день зарегистрированного телескопами.

В данном диапазоне образ Вселенной крайне темный: новый каталог содержит объекты, самые яркие из которых имели поток излучения всего в несколько квантов на квадратный метр за сутки. Вашему вниманию представляем галерею «образов» Вселенной в диапазонах от радио до гамма-излучения.

Галактика М82 в радиодиапазоне

Распространение радиоволн происходит от облаков межзвездного газа в местах активного формирования новых звезд. Выгодное отличие радиотелескопов от оптических инструментов заключается в том, что антенны, установленные на различных континентах, способны работать в качестве составных частей единой «суперантенны», размер которой  равен расстоянию между самыми удаленными точками. Благодаря этому радиоастрономы обрели возможность получить изображения с угловым разрешением, принципиально недоступным наблюдателям, которые ограничены иными диапазонами.

Галактика М87 в радиодиапазоне

Плазма также обладает способностью испускать радиоволны, благодаря чему посредством радиотелескопов возможно наблюдение джетов – плазменных потоков, выброшенных оси вращения черных дыр. По мере изменения частоты радиоволн поступает информация о различных процессах – в целях наблюдения диапазон радиотелескопов варьируется от десятков мегагерц до десятков гигагерц.

Небо в микроволновом диапазоне

Излучение, видное в микроволновом диапазоне, возникло в результате Большого взрыва. В основе демонстрации неба – данные космической обсерватории «Планк», предоставившей самую качественную картинку, детализация которой сродни зрению человека, страдающего близорукостью.

Снимок пылевого диска Oph-IRS 48 в субмиллиметровом диапазоне

Благодаря наблюдениям в разных диапазонах, не превышающих радиоизлучение (длина волны которого не больше миллиметра), появилась возможность выявления скоплений частиц разного размера. Посредством данного способа обсерваторией ALMA зафиксированы облака из миллиметровых пылинок и скопления частиц диаметром в несколько микрометров вокруг звезды Oph-IRS 48. Ввиду полученных данных астрономы сделали предположение о формировании  вблизи Oph-IRS 48 большого количества комет. Из-за размера кометных ядер (в несколько десятков км) обнаружение их в других звездных системах не представляется возможным.

Галактика М31, инфракрасное излучение с 24-микрометровой длиной волны

Посредством инфракрасного излучения можно разглядеть нагретые объекты даже в местах, где отсутствует их подсветка падающим светом. Чем длина волны больше, тем регистрация излучения сложнее и тем более холодные объекты возможны для наблюдения.

Галактика М31, несколько диапазонов ИК-излучения

Ведение наблюдений одновременно в нескольких диапазонах инфракрасного излучения дает возможность отделить участки с различной температурой друг от друга. В отличие  от интуитивной шкалы «красный — теплый, синий — холодный» здесь применяется противоположная схема: самые теплые участки, дающие излучение с длиной волны в 24 микрометра, — синие, холоднее (70 микрометров) – зеленые, а наиболее холодные (160 микрометров) – красные. Выбор подобной кодировки обусловлен падением длины волны в связи с температурным ростом: объект, светящийся красным, более холодный, нежели раскаленных до желтого цвета.

Сатурн в инфракрасном диапазоне

Благодаря инфракрасному излучению стало возможным изучать атмосферу гигантских планет: все теплые потоки, поднимающиеся из глубины, сразу отлично видны даже там, где вещество, поднявшееся из глубины, не имеет цветовых различий в видимом диапазоне.

Следы падения астероида на Юпитер

Инфракрасный диапазон позволил рассмотреть последствия падения астероидов на Юпитер. Диаметр пятна, просматриваемого на данном снимке, немного меньше диаметра нашей планеты.

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

Наблюдения в оптическом диапазоне никак не сравнимы с наблюдениями невооруженным глазом. В условиях слабой освещенности глаз человека утрачивает способность различать цвета, из-за чего вместо красивых красок, отраженных на астрономических фотографиях, он (в лучшем случае) видит весьма тусклую картинку. В полной мере красота ночного неба способна раскрыть лишь фотография.

Солнце через H-альфа фильтр

Светофильтр порой тоже является источником ценной информации. Также он обладает способностью уберечь оптику и глаза наблюдателя. В случае наблюдения на длине волны 656,3 нанометра становится возможным разглядеть свечение ионизированного водорода, при этом можно выявить немало деталей на Солнце, иным способом не видимых.

Солнце, ультрафиолетовое излучение с длиной волны 195 нанометров

Телескоп космической обсерватории SOHO способен проводить наблюдения в нескольких диапазонах ультрафиолетового излучения, выявляя участки атмосферы Солнца, которые нагреты до разных температур. Чем температура выше, тем значительнее вклад в ее нагрев процессов, которые связаны с магнитными полями.

Юпитер, ультрафиолетовое полярное сияние

Полярное сияние на Юпитере удалось выявить благодаря снимку «Хаббла». Яркая полоса в левой части со светящейся точкой в конце — ни что иное, как линии магнитного поля, которое протянулось от атмосферы планеты к Ганимеду (ее спутнику).

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

Посредством рентгеновских наблюдений стало возможным осознание процессов, происходящих внутри туманностей. Телескоп Chandra позволил увидеть излучение, указывающее на взаимодействие сброшенной звездой оболочки (внешнего облака) с потоками заряженных частиц, которые испускаются звездой в центре.

Удаляющийся от сверхновой пульсар IGR J1104-6103

И опять комбинированный кадр: наложение пурпурных рентгеновских данных Chandraна снимок «Хаббла» в оптическом диапазоне. Вращающиеся нейтронные звезды,  пульсары, в рентгеновском диапазоне представлены в виде вспыхивающих точек. Ученые уже озабочены разработкой космической системы навигации, использующей в качестве маяков пульсары.

Гамма-всплеск

Это внезапные вспышки гамма-излучения. Изначально они были зафиксированы спутниками, призванными отслеживать соблюдение о запрете ядерных испытаний: практически сразу же вслед за запуском был обнаружен злостный нарушитель договора, который при этом располагался где-то в далеком космосе. Изображение, полученное с обсерватории Fermi, отражает небо до и во время подобной вспышки. Зачастую находят связь гамма-всплесков с коллапсом звезд в черную дыру в момент вспышек сверхновых

Небо в гамма-лучах, с энергией свыше 1 гигаэлектронвольта Обзор неба, выполненный обсерваторией Fermi. Источники в пределах Млечного Пути представлены яркой линией. Гамма-излучение таких высоких энергий не возникает посредством ядерных реакций, поскольку их характерная энергия значительно меньше. Возникновение данного излучения возможно лишь в результате экстремальных процессов, которые связаны с потоками плазмы в магнитных полях.

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

Зачастую комбинация снимков в разных спектральных диапазонах служит для наглядности: инфракрасные или оптические данные способны дать привязку к объектам, а гамма-,  рентгеновские или радиоволновые помогают выявить астрофизические процессы внутри галактик и туманностей.