Слушайте жуткие звуки межзвездного пространства, снятые космическим аппаратом НАСА «Вояджер».

Иллюстрация, изображающая один из космических кораблей-близнецов НАСА «Вояджер». Все путешественники вошли в межзвездное пространство или пространство за пределами нашей гелиосферы. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения — Калтех.

Пока космический корабль НАСА «Вояджер-1» исследует межзвездное пространство, измерения его интенсивности создают волны.

В группе рассеянных атомов, заполняющих межзвездное пространство, «Вояджер-1» измерил серию длительно действующих волн, поскольку ранее он обнаруживал только спорадические взрывы.

До недавнего времени все космические аппараты в истории производили все свои измерения внутри нашей гелиосферы, магнитного пузыря, который надувается нашим Солнцем. Но 25 августа 2012 г. НАСА«Вояджер-1» изменил это. Когда он пересек границы гелиосферы, он стал первым искусственным объектом, который вошел в межзвездное пространство и измерил его. Теперь, когда прошло восемь лет межзвездного путешествия, внимательно прислушиваясь к данным «Вояджера-1», мы получили новое понимание того, как могут выглядеть эти границы.

Если наша гелиосфера — это корабль, плывущий в межзвездных водах, то «Вояджер-1» — это только что сброшенный с палубы спасательный плот, предназначенный для сканирования течений. Прямо сейчас любая бурная вода, которую вы чувствуете, в основном исходит из гелиосферы. Но помимо этого вы почувствуете движения, исходящие из более глубоких источников во Вселенной. В конце концов, существование нашей гелиосферы полностью исчезнет из ее измерений.

На этом рисунке в октябре 20218 года показано положение зондов «Вояджер-1» и «Вояджер-2» по отношению к гелиосфере — защитному пузырю, созданному Солнцем, выходящим за пределы орбиты Плутона. «Вояджер-1» пересек гелиосферу, или край гелиосферы, в 2012 году. «Вояджер-2» все еще находится в гелиосфере или внешней части гелиосферы. (Агентство НАСА Космический корабль «Вояджер-2» вышел в межзвездное пространство в ноябре 2018 года.Кредиты: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

«У нас есть некоторые идеи о том, как далеко« Вояджер »сможет увидеть более чистую воду между звездами, так сказать», — сказала Стелла Окер, доктор философии. Студент Корнельского университета в Итаке, штат Нью-Йорк, и новый член команды «Вояджер». «Но мы не совсем уверены, когда дойдем до этого момента».

Новое исследование OCR, опубликованное в понедельник в Естественная астрономия, Показывает, что может быть первым непрерывным измерением плотности вещества в межзвездном пространстве. «Это открытие дает нам новый способ измерения плотности межзвездного пространства и открывает новый путь для изучения структуры очень близкой межзвездной среды», — сказал Окер.

Космический корабль НАСА «Вояджер-1» уловил звуки межзвездного пространства. Вояджер 1 плазма Волновой прибор обнаружил колебания плотной межзвездной плазмы или ионизированного газа с октября по ноябрь 2012 г. и с апреля по май 2013 г. Фото: NASA /Лаборатория реактивного движенияКалифорнийский технологический институт

Когда кто-то фотографирует межзвездные объекты — то, что астрономы называют «межзвездной средой», рассеянный суп из частиц и излучения, — можно заново представить себе спокойную, безмолвную и спокойную среду. Это было бы ошибкой.

«Я использовал фразу« тихая межзвездная среда »- но вы можете найти много мест, которые не являются особенно тихими», — сказал Джим Кордес, физик из Корнелла и соавтор статьи.

Как и океан, межзвездная среда наполнена турбулентными волнами. Самый большой из них возникает из-за вращения нашей галактики, поскольку само пространство размазывается и показывает рябь на протяжении десятков световых лет. Более мелкие (хотя и гигантские) волны взрываются от взрывов сверхновых, простираясь на миллиарды миль от вершины до вершины. Обычно самая маленькая рябь от нашего Солнца, солнечные извержения посылают через космос ударные волны, которые проникают в гелиосферу.

Эти грохочущие волны дают представление о плотности межзвездной среды — величине, которая влияет на наше понимание формы гелиосферы, образования звезд и даже нашего местоположения в галактике. Когда эти волны отражаются в пространстве, они вызывают колебания окружающих их электронов, которые колеблются на разных частотах в зависимости от того, насколько они сложены вместе. Чем выше тон этого резонанса, тем выше плотность электронов. Подсистема плазменных волн «Вояджера-1», которая включает в себя две антенны «кроличьи уши», выступающие на 30 футов (10 метров) позади космического корабля, предназначена для того, чтобы слышать этот резонанс.

Иллюстрация космического корабля НАСА «Вояджер», на котором показаны антенны, используемые подсистемой плазменных волн и другими приборами. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения — Калтех.

В ноябре 2012 года, через три месяца после выхода из солнечной атмосферы, «Вояджер-1» впервые услышал межзвездные звуки (см. Видео выше). Через полгода появился еще один «свист» — на этот раз все громче и громче. Межзвездная среда становится все плотнее и быстрее.

Эти кратковременные сирены включаются с нерегулярными интервалами в сегодняшних данных «Вояджера». Это отличный способ изучить плотность межзвездной среды, но он требует некоторого терпения.

«Их можно увидеть только раз в год, поэтому зависимость от таких эпизодических событий означает, что наша карта плотности межзвездного пространства была довольно разреженной», — сказал Окер.

Окер намеревался найти непрерывную меру плотности межзвездной среды для заполнения пробелов — меру, которая не зависит от случайных ударных волн, распространяющихся от Солнца. После фильтрации данных Voyager 1 и поиска слабых, но последовательных сигналов я нашел многообещающего кандидата. Он начал набирать обороты в середине 2017 года, примерно во время очередного свистка.

«На самом деле это один тон», — сказал Окер. «Со временем мы слышим это изменение, но то, как движется частота, говорит нам, как изменяется плотность».

Слабые, но полунепрерывные события плазменных колебаний — видимые тонкой красной линией на этом графике / tk — коррелируют с самыми сильными событиями в данных подсистемы плазменных волн в «Вояджере 1». На изображении чередуются графики, показывающие только сильные сигналы (синий фон) и отфильтрованные. данные, показывающие более слабые сигналы. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт / Стелла Окер.

Окер называет новый сигнал излучением плазменных волн, и, похоже, он также отслеживает плотность межзвездного пространства. Когда в данных появляются внезапные звуковые сигналы, сигнал излучения повышается и понижается вместе с ним. Сигнал также похож на сигнал, наблюдаемый в верхних слоях атмосферы Земли, который, как известно, отслеживает там электронную концентрацию.

«Это действительно захватывающе, потому что мы можем регулярно измерять плотность на очень большом участке космоса, который является самым длинным участком космоса, который у нас был до сих пор», — сказал Окер. «Это дает нам наиболее полную карту плотности и межзвездной среды, увиденную« Вояджером »».

Судя по сигналу, электронная плотность вокруг «Вояджера-1» начала расти в 2013 году и достигла нынешнего уровня примерно в середине 2015 года с 40-кратным увеличением плотности. Космический корабль, похоже, находится в том же диапазоне плотности, с некоторыми колебаниями, с полным набором данных, который они проанализировали, который закончился в начале 2020 года.

Окер и ее коллеги в настоящее время пытаются разработать физическую модель того, как генерируется излучение плазменных волн, которая будет ключом к его объяснению. Тем временем подсистема плазменных волн «Вояджера-1» продолжает отправлять данные все дальше и дальше от дома, поскольку каждое новое открытие может переосмыслить наш дом во Вселенной.

Чтобы получить дополнительную информацию об этом исследовании, прочтите «Пустота космоса». В 14 миллиардах миль «Вояджер-1» обнаруживает «беспокойство» о плазменных волнах.

Ссылка: «Непрерывные плазменные волны в межзвездном пространстве, обнаруженные« Вояджером-1 »» Авторы Стелла Кох-Акер, Джеймс Кордес, Шами Чаттерджи, Дональд А. Гернет, Уильям С. Естественная астрономия.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01363-7