Поиск - новости науки и техники

От вспышки до всплеска. Астрофизики задают вопросы Вселенной.

Почти полвека прошло, а помнится, как будто было вчера. Новоиспеченный кандидат наук Геннадий Бисноватый-Коган (на верхнем снимке слева) показал своему учителю Якову Зельдовичу всего-то набросок будущей статьи: мол, стоящее ли дело, нужно ли его доводить? Вердикт наставника был неожиданным и категоричным: “Немедленно отдавайте в печать”. “Как, в сыром виде?” – недоумевал молодой человек. “Да, именно в таком”, – последовал твердый ответ. Возможно, академик опасался, что перспективная идея, выдвинутая его учеником, буквально “носится в воздухе” и как знать – не опоздает ли он с публикацией, не потеряет ли приоритет, потратив несколько дней на доработку? Ведь вчерашний аспирант “замахнулся” на серьезную проблему: описал неизвестный магнито-ротационный механизм взрыва сверхновой. 

Поясним: сверхновые – мощнейшие вспышки, которыми массивные звезды заканчивают свою жизнь. Сверхновые бывают двух типов: взрывающиеся и коллапсирующие, в которых звезды теряют динамическую устойчивость в конце своего существования. Они сжимаются и превращаются в нейтронные звезды. При коллапсе большая часть энергии выделяется в виде слабо взаимодействующих частиц – нейтрино, и происходит взрыв. Его причина, как тогда предполагалось, – результат нагрева окружающего вещества потоком нейтрино.
Прославленный академик оценил новаторский подход начинающего ученого, предложившего новую оригинальную физическую модель сложнейшего явления. Статья появилась в “Астрономическом журнале” в 1970 году, однако реакции, как ожидал автор, не последовало ни сразу, ни позже. Лет 30 коллеги практически не замечали публикацию – они оставались верны традиционной модели, пока не исчерпали попытки объяснить взрыв привычным методом. И только в середине 1990-х, после публикаций еще двух статей сотрудников из группы Г.Бисноватого-Когана по двумерным расчетам магнито-ротационной модели, доказавших ее эффективность, в авторитетном журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society (MNRAS), новая теория взрыва наконец стала популярной. Сейчас немало астрофизиков занимаются ее расчетами. 
И сегодня маститый ученый, руководитель научной школы, главный научный сотрудник Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук, профессор Геннадий Бисноватый-Коган продолжает, как и во времена Зельдовича, изучать сверхновые, добавив к ним еще целый ряд перспективных направлений. Конечно, не в одиночку – у него целая группа соратников. Часть изу­чаемых ими направлений вошла в проект “Источники излучения в экстремальных астрофизических условиях”, получивший поддержку Российского научного фонда. 
Картина вырисовывается такая. В процессе коллапса, когда вращение звезды становится дифференциальным, магнитное поле начинает закручиваться. Возникает возмущение полного давления, которое сначала распространяется в виде звуковой волны. Ее амплитуда при этом увеличивается, образуется сильная ударная волна – она приводит к выбросу вещества и вспышке сверхновой. Это гигантское явление во Вселенной известно уже более 1000 лет. Если подобный мощный взрыв происходит внутри нашей Галактики, то хорошо виден несколько недель, причем даже днем, что немудрено: ведь ослепительное свечение сравнимо с яркостью всех 100 миллиардов звезд Галактики. К настоящему времени наблюдалось всего три подобных вспышки, из них самую известную, произошедшую в 1054 году, китайцы видели невооруженным глазом и описали в своих хрониках, назвав “звездой-гостьей”. На месте вспышки сверхновой возникла светящаяся туманность, из-за своей причудливой формы получившая название Крабовидной (на снимке). 
Она образовалась вследствие непрерывной подкачки в туманность большого количества энергии. Ее источник – вращательная энергия молодой нейтронной звезды с сильным магнитным полем – пульсара, образовавшегося в результате коллапса и взрыва. Его диаметр – 10 километров, а масса превосходит Солнце в полтора раза. Вращается он со скоростью 30 оборотов в секунду – все равно что гигантский волчок. Несколько таких своеобразных объектов, как Крабовидная туманность, – плерионов – известны в нашей Галактике, хотя они старше, гораздо слабее и менее изучены, чем Крабовидная туманность. 
Сверхновые – важный источник знаний ученых о Вселенной. Наблюдения за ними позволили впервые сделать вывод о существовании темной энергии, но, что она из себя представляет, астрофизики не знают до сих пор. Возможно, она являет собой универсальную космологическую постоянную Эйнштейна, или это результат проявления реальных физических полей. 
Такова центральная тема современной астрофизики. Ответы на многочисленные вопросы ищут ученые, изучающие высокие энергии, и среди них коллектив Г.Бисноватого-Когана. В мире подобных групп – не меньше десятка. Они работают в крупнейших университетах США, а также Японии и Германии. В нашей стране таких специалистов немного, но их исследования находятся на высоком уровне и пользуются международным авторитетом.  
Каждый год астрономы открывают несколько десятков сверхновых в далеких галактиках, которые обнаруживают при наблюдении больших участков Вселенной. Этим целям служит и российская система малых телескопов МАСТЕР: охватывая почти все континенты, она следит за происходящим в космосе. И когда случается вспышка, телескопы, зафиксировав ее, выкладывают данные в мировую сеть. На первый взгляд, в исследовании сверхновых величина телескопов решающей роли не играет: ведь вспышки можно изучать и с помощью малых приборов, но чем дальше они происходят, чем слабее светят – тем больше должны быть телескопы. В мире, в районах с благоприятным астроклиматом, планируется строительство грандиозных сооружений диаметром порядка 30 метров. Сейчас действуют несколько 10-метровых приборов, но у нас таких нет. 
Теоретики из группы Г.Бисноватого-Когана изучают процессы остывания молодых нейтронных звезд, постепенно теряющих свою тепловую энергию. Это позволяет сделать выводы о величине и форме магнитного поля нейтронной звезды, физических свойствах сверхплотного вещества. Следующее направление связано с моделированием взаимодействия движущихся замагниченных нейтронных звезд через межзвездную плазму. Для этого применяются специальные двумерные магнитогидродинамические программы, их предполагается также использовать для моделирования джетов – узко направленных выбросов вещества, видимых в самых различных объектах Вселенной, от молодых звезд до активных ядер галактик. До сих пор не вполне ясно, как они образуются и каким образом коллимируются. Проблема джетов – одна из важнейших в астрофизике, в последнее время она изучается в лазерных и плазменных лабораториях разных стран по программе “Лабораторная астрофизика” 
И наконец, очень важны исследования теней черных дыр. Они, как известно, ничего не излучают, но если позади них находится некий источник света или другого электромагнитного излучения, то черная дыра создает тень в виде пятна, которое можно наблюдать. Рассчитав его форму, ученые смогут восстановить параметры черных дыр, такие как масса и угловой момент, а также возможные проявления каких-либо неизвестных полей. Изучение тени черных дыр – чрезвычайно перспективное направление. За границей для этих целей даже строят специальные телескопы. 
Всего в рамках гранта РНФ Г.Бисноватый-Коган и его сотрудники разрабатывают пять направлений. Все они, включая сверхновые, связаны с излучением вещества в области сильных электромагнитных и гравитационных полей. Полученные данные необходимы практически при любых астрофизических исследованиях, глобальная цель которых – познание Вселенной. Они также помогут понять, насколько верна Общая теория относительности Эйнштейна. Добавим еще и гамма-всплески – внезапные вспышки излучения огромной мощности, приходящие из далеких глубин Вселенной, с энергией, даже превышающей энергию сверхновых. Это единственное в своем роде явление во Вселенной, природа которого астрофизикам до сих пор неясна. 
Заметим, что большинство этих работ основаны на идеях Г.Бисноватого-Когана и разрабатываются под его руководством. В проекте, поддержанном грантом РНФ, трудятся “ученики” научной школы ученого – 10 сотрудников ИКИ. А всего у известного астрофизика более 20 учеников, 15 из них защитились. Интересно, что если несколько лет назад, отмечал Геннадий Семенович, в группе были в основном ребята, то сегодня больше девушек. (На Западе в исследовательских лабораториях наблюдается та же картина.) 
Грант РНФ, полученный на три года, заканчивается. Однако предварительные итоги подвести уже можно, и они достаточно весомые: в ведущих научных изданиях опубликовано немалое количество статей. Выход в свет еще пяти ожидается в 2017-м.
– Теоретикам не нужно строить телескоп, – подводит итог Геннадий Семенович. – Благодаря Интернету мы имеем доступ к большинству мировых наблюдательных данных. Грант необходим нам для других целей. На его средства мы провели две международные школы в Тарусе с участием иностранных лекторов, а в сентябре организуем большую международную конференцию в ИКИ. Приглашения разослали в десяток стран и ожидаем до 100 зарубежных гостей. Конечно, мы и сами ездим на международные форумы, а это очень важно, в первую очередь для молодых сотрудников. Вместе с коллегой, например, побывали на представительной конференции на острове Пасхи. Она посвящалась изучению сверхновых, причем в обсуждении участвовали нобелевский лауреат, другие светила астрофизики. Понятно, что, не будь у нас гранта, мы бы туда никогда не попали. При поддержке фонда приобрели для всей группы необходимое оборудование, прежде всего компьютеры. Грант РНФ скоро заканчивается, но исследования, естественно продолжатся.
Юрий Дризе
Фотоснимки предоставлены Г.Бисноватым-Коганом

Нет комментариев