Несколько месяцев в году созвездие Cygnus (в переводе с латинского — «лебедь») проносится по ночному небу северного полушария. Прямо над его крылом находится излюбленная цель как дворовых астрономов, так и профессиональных ученых — Петля Сигнуса, известная также как туманность Вуаль.

Петля Сигнуса — это остаток звезды, которая когда-то была в 20 раз больше нашего Солнца. Около 20 000 лет назад эта звезда разрушилась под действием собственной гравитации и взорвалась сверхновой. По оценкам астрономов, даже с расстояния 2 600 световых лет вспышка света была бы достаточно яркой, чтобы увидеть ее с Земли в дневное время.

Сверхновые являются частью большого жизненного цикла. Они выбрасывают тяжелые металлы, образовавшиеся в ядре звезды, в облака окружающей пыли и газа. Они являются источником всех химических элементов в нашей Вселенной тяжелее железа, в том числе и тех, из которых состоит наше тело. Из вздыбленных облаков и звездного мусора, оставшихся после них, газы и пыль сверхновых постепенно слипаются, образуя планеты, звезды и новые звездные системы.

Сверхновые, подобные той, что образовала Петлю Сигнуса, оказывают огромное влияние на процесс формирования галактик, — говорит Брайан Флеминг, профессор-исследователь из Университета Колорадо в Боулдере и главный исследователь миссии INFUSE.

Петля Сигнуса дает редкую возможность взглянуть на взрыв сверхновой, который еще не закончился. Уже имея размеры более 120 световых лет, массивное облако продолжает расширяться и сегодня со скоростью около 930 000 миль в час (около 1,5 млн. км/ч).

Наши телескопы фиксируют в Петле Сигнуса не сам взрыв сверхновой. Вместо этого мы видим пыль и газ, перегретые фронтом ударной волны, которые светятся при обратном охлаждении.

INFUSE будет наблюдать, как сверхновая выбрасывает энергию в Млечный Путь, улавливая свет, излучаемый в тот момент, когда взрывная волна врезается в очаги холодного газа, плавающие вокруг галактики, — сказал Флеминг.

Чтобы увидеть этот ударный фронт на его испепеляющем краю, Флеминг и его команда разработали телескоп, который измеряет дальний ультрафиолетовый свет — вид света, слишком энергичный для нашего глаза. Этот свет позволяет обнаружить газ с температурой от 90 000 до 540 000 градусов по Фаренгейту (примерно от 50 000 до 300 000 градусов по Цельсию), который все еще шипит после столкновения.

INFUSE — интегральный полевой спектрограф, первый прибор такого типа, совершивший полет в космос. Прибор сочетает в себе сильные стороны двух способов изучения света: визуализации и спектроскопии. Обычные телескопы оснащены камерами, которые отлично справляются с созданием изображений — показывают, откуда исходит свет, точно передают его пространственное расположение. Однако телескопы не разделяют свет на различные длины волн или «цвета» — вместо этого все различные длины волн накладываются друг на друга на получаемом изображении.

Спектроскопия, напротив, берет один пучок света и разделяет его на составляющие длины волн или спектр, подобно тому как призма разделяет свет на радугу. Эта процедура позволяет получить всевозможную информацию о том, из чего состоит источник света, какова его температура и как он движется. Однако спектроскопия может одновременно рассматривать только одну полоску света. Это все равно что смотреть на ночное небо через узкую замочную скважину.

Прибор INFUSE получает изображение, а затем «нарезает» его, выстраивая срезы в одну гигантскую „замочную скважину“. Затем спектрометр может разложить каждый из срезов в свой спектр. Эти данные могут быть собраны в трехмерное изображение, которое ученые называют „кубом данных“ — как стопка изображений, каждый слой которой отражает определенную длину волны света.

Используя данные INFUSE, Флеминг и его команда не только определят конкретные элементы и их температуры, но и увидят, где эти элементы располагаются вдоль фронта ударной волны.

Это очень интересный проект, — сказала ведущая аспирантка Эмили Витт (Emily Witt), также работающая в CU Boulder, которая руководила сборкой и тестированием INFUSE и будет заниматься анализом данных.

Благодаря этим первым в своем роде измерениям мы сможем лучше понять, как эти элементы из сверхновой смешиваются с окружающей их средой. Это большой шаг к пониманию того, как вещество из сверхновых становится частью таких планет, как Земля, и даже таких людей, как мы.

Чтобы добраться до космоса, полезная нагрузка INFUSE полетит на борту зондирующей ракеты. Эти проворные и безлюдные ракеты запускаются в космос на несколько минут для сбора данных, после чего возвращаются на землю. Полезная нагрузка INFUSE полетит на двухступенчатой зондирующей ракете Black Brant 9 и достигнет пиковой высоты около 150 миль (240 км), где она проведет свои наблюдения, а затем спустится на парашюте на землю для возвращения.

Команда надеется модернизировать прибор и запустить его снова. Фактически, части ракеты INFUSE были взяты из миссии DEUCE, которая стартовала из Австралии в 2022 году.