До недавнего времени все измерения, осуществляемые космическими аппаратами, производились в пределах гелиосферы – области влияния солнечного ветра, потока частиц и полей, двигающихся со сверхзвуковой скоростью. В 2012 году космический зонд NASA Вояджер-1 пересёк границу гелиосферы и стал первым в истории рукотворным объектом, вошедшим в межзвёздное пространство. Кроме того, данный аппарат впервые произвёл замеры характеристик межзвёздной среды, а также зафиксировал её звучание.

Если представить, что гелиосфера – это гигантский корабль, курсирующий по межзвёздным водам, то Вояджер-1 можно считать крошечным плотом, который отдаляется от судна, чтобы изучить окружающие течения. До сих пор любые волнения формировались преимущественно под влиянием гелиосферы. Однако по мере удаления от неё космический зонд фиксирует всё больше всплесков от источников, расположенных в глубоком космосе, и в конце концов воздействие гелиосферы окончательно пропадёт с радаров аппарата.

В рамках нового исследования, опубликованного в научном журнале Nature Astronomy, специалисты из Корнеллского университета проанализировали первое беспрерывное измерение плотности материи межзвёздного пространства, которое открыло новый взгляд на то, какими могут быть условия на границе гелиосферы. Кроме того, определение плотности вещества необходимо для понимания формы гелиосферы и её координат в пределах галактики. В этом месте движение вещества имеет турбулентный характер: наиболее массивные волнения происходят из-за вращения Млечного Пути. Средние возмущения приходят с ударными волнами взрывов сверхновых, а самая незначительная «рябь» проявляется из-за редких ударных волн Солнца, которым удалось пробиться сквозь границу гелиосферы. На пути распространения всех этих волн материя реагирует колебанием электронов. Частота этой «вибрации» соответствует плотности вещества. К примеру, более высокий тон звучания межзвёздного пространства свидетельствует о высокой электронной плотности.

В ноябре 2012 года, спустя три месяца после выхода за пределы гелиосферы, Вояджер-1 впервые уловил звучание межзвёздного вещества, напоминающее тихий и короткий свист. Через шесть месяцев аппарат зафиксировал повторный свист – более громкий и высокий. Подобные наблюдения свидетельствовали о том, что материя межзвёздного пространства стремительно уплотнялась. По словам Стеллы Окер – одного из членов команды миссии Вояджер, прежде исследование плотности вещества производилось плазменным комплексом зонда за счёт воздействия на него ударной волны Солнца. На таком удалении от родной звезды её влияние на материю слишком незначительно для осуществления беспрерывных измерений. Именно поэтому свисты, свидетельствующие о столкновении ударной волны солнечного ветра с межзвёздным вещество, были слишком редкими. В ходе дальнейшего анализа данных зонда исследователи установили, что аналогичные звуки повторялись примерно раз в год, потому карта плотности межзвёздного пространства была довольно прерывистой.

 Окер и её коллеги взялись за поиск нового метода изучения межзвёздной среды, доступного 40-летнему аппарату и независящего от редких ударных волн Солнца. Чтобы заполнить пробелы в карте плотности материи, исследователи отслеживали слабые, но стабильные сигналы, которые изменялись одновременно с появлением свистов. Поиски оказались успешными: аппарат уловил один из таких сигналов в середине 2017 года. При дальнейшем анализе сигнала учёные отследили колебания его частоты, соответствующие изменениям плотности окружающего вещества. Специалисты охарактеризовали его как излучение плазменной волны, которое может исходить от близлежащих звёзд. Учитывая изменения частоты данного сигнала, астрофизики пришли к выводу, что электронная плотность межзвёздного пространства стала расти в 2013 году. К середине 2015 года она выросла в 40 раз и достигла показателя, который остаётся относительно стабильным по сей день. Исходя из данных, охватывающих период до начала 2020 года, Вояджер-1 находится в зоне с довольно устойчивым диапазоном плотности, однако периодически зонд фиксирует ощутимые колебания распределения вещества.

Используя актуальную карту плотности межзвёздного пространства, Окер и её коллеги работают над созданием физической модели, которая отразила бы источники и условия формирования излучения плазменной волны. Тем временем Вояджер-1 продолжает свой путь, передавая учёным информацию о мире в миллиардах километрах от дома, где каждое крошечное открытие может в корне перевернуть наши представления о космосе.