Астрономические объекты являются естественными источниками радиоволн. Как и другие части электромагнитного спектра, радиоизлучение представлено волнами, охватывающими определённый диапазон длин и частот. Радиоволны невидимы для человеческих глаз, однако в «глазах» специализированной аппаратуры они играют всеми цветами радуги. Комплексы радиотелескопов, которые находятся на службе науки в наше время, предназначены для чтения радиоволн разной длины, однако для чего учёным нужно такое разнообразие? В нашей статье мы расскажем Вам о том, как радиоизлучение помогает астрономам исследовать бескрайние просторы Вселенной.
Знаменитый комплекс телескопов Very Large Array, действующий на территории Нью-Мексики, улавливает радиоизлучение с длиной волны от 4 метров до считанных миллиметров, а его чилийский собрат Atacama Large Millimeter Array предназначен для отслеживания волн длиной от нескольких сантиметров до трети миллиметра. Оба комплекса играют важнейшую роль в исследования космоса.
Антенная решётка VLA способна увидеть длинные радиоволны, как правило, излучаемые ионизированными газами. Возможность видеть их на расстоянии в миллионы световых лет позволяет определить расположение космической плазмы во Вселенной с целью изучения её природы и связанных с ней физических явлений вроде солнечного ветра. Важные для космических исследований атомы и молекулы излучают радиоволны меньшей длины. К примеру, одним из ключевых инструментов для изучения космоса является так называемая «линия 21» – 21-сантиметровая радиолиния нейтрального водорода, который составляет более половины массы межзвёздного вещества. Линия 21 – лучший способ для наблюдения за распределением материи в исследуемых галактиках.
В свою очередь, радиоизлучение с длиной волны от 10 до 20 см служит эффективным инструментом для исследовательских проектов по радиообследованию неба (sky surveys). По словам экспертов, в этом диапазоне особенно хорошо видны радиогалактики и джеты – струи материи, вырывающиеся из чёрных дыр. С 2017 года проект VLA Sky Survey обнаружил таким образом более 10 миллионов источников радиоизлучения.
Радиоволны длиной в 1-2 см зачастую являются результатом процесса, известного как синхротронное излучение. Оно зарождается при прохождении электронов через сильное магнитное поле, которое заставляет их двигаться по спирали вдоль его силовых линий. Как следствие, заряженные частицы начинают излучать радиоволны. Синхротронное радиоизлучение особенно полезно для исследования магнитных полей чёрных дыр. В данном диапазоне также существуют радиоволны, зарождающиеся в источниках микроволнового излучения, известных как космические мазеры (микроволновые лазеры). Такими источниками могут быть, например, облака водяного пара, которые пребывают под воздействием космических лучей. При взаимодействии с космическим излучением молекулы воды переходят в возбуждённое состояние, а затем согласованно «успокаиваются», испуская когерентное радиоизлучение с длиной волны 1,3 см. Ввиду специфической длины мазерных радиоволн, учёные используют космические облака водяного пара для измерения ускорения расширения Вселенной.
Миллиметровое радиоизлучение помогает астрономам в исследовании холодных газов и пыли. Частички пыли в межзвёздном пространстве излучают радиоволны, длина которых прямо пропорциональна размеру частичек. Радиоволны такой длины трудно наблюдать с Земли, поскольку атмосфера нашей планеты поглощает большую часть коротковолнового излучения. Однако именно такое излучение чрезвычайно полезно для исследования юных планетарных систем. В частности, комплекс радиотелескопов ALMA сумел «рассмотреть» несколько протопланетных дисков из газов и пыли, формирующихся вокруг молодых звёзд. «Пробелы» в толще аккреционного диска могут свидетельствовать о зарождении первых планет. Таким образом, исследование космоса в миллиметровом диапазоне раз за разом расширяет познания учёных о формировании экзопланет.
Пожалуй, не менее любопытным является часть спектра радиоизлучения с длиной волны 1,1 – 1,4 мм. Комплекс ALMA работает в этом диапазоне для наблюдения за теплообразованием внутри красных гигантов и распределением вещества в планетарных туманностях. К слову, исследования в данном диапазоне подарили миру первое изображение сверхмассивной чёрной дыры, расположенной внутри галактики Messier-87. Одна из самых знаменитых радиофотографий была получена при помощи телескопа горизонта событий – глобального массива радиотелескопов, объединённых в одну систему.
