«Если звезды зажигают — значит — это кому-нибудь нужно?» — писал классик. Безусловно, это нужно, ведь без звезд не было бы Вселенной и нас с вами. Но вот как их зажигают? Что за процессы там происходят? А как звезды умирают и что случается с ними потом? Зачем нам эти знания и почему надо запускать в космос сложные телескопы? Об этом рассказывает астрофизик Юрий Юрьевич Ковалев, главный научный сотрудник Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, руководитель лаборатории внегалактической радиоастрономии АКЦ ФИАН, руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов вселенной МФТИ, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН.
— Юрий Юрьевич, мы сидим на фоне замечательных макетов наших телескопов. Это «Радиоастрон», который, как известно, уже слетал и очень многое сделал, и «Миллиметрон», который еще пока не летал, но мы все надеемся, что будет запущен. «Радиоастрон» продолжает давать ученым пищу для размышлений, несмотря на то что программа вроде бы завершена. Какие последние научные данные заставили вас удивиться или обрадоваться?
— Наш замечательный спутник «Спектр-Р», на котором стоит космический телескоп проекта «Радиоастрон», продолжает летать. Он перестал давать научную информацию, но его космическая жизнь продолжается. Еще долгие годы он будет летать по своей вытянутой орбите вокруг Земли. Фактически эта орбита имеет размах, или, как мы говорим, апогей, в точке наибольшего удаления около 300–350 тыс. км. Это было принципиально важно. Это решение руководителя проекта Н.С. Кардашева, на котором он настаивал, а многие с ним спорили.
Зачем вообще запустили радиотелескоп в космос? Для того чтобы он смог улучшить возможности наземных телескопов по разрешению космических объектов в 30 раз, то есть четкость изображений, которые мы получаем, значительно выше по сравнению с наилучшими возможностями аналогичных наземных телескопов.
— И чем более вытянутая орбита, тем больше возможностей?
— Совершенно верно. Однако будет неправильно думать, что для нас важна только эта точка максимального удаления. В измерениях использовались и наземные телескопы, расположенные в разных странах мира: Европе, США, Африке, Австралии, Китае, Южной Корее, Японии. В том числе и российские. Это 30-метровые телескопы системы «Квазар» Института прикладной астрономии РАН, расположенные под Санкт-Петербургом, на Кавказе и рядом с озером Байкал. Это калязинский 64-метровый телескоп. Важно, что наблюдения ведутся совместной системой, как если бы у нас был виртуальный телескоп размером Земля — Луна.
Для того чтобы наилучшим образом «построить» такой гигантский виртуальный телескоп, нужно было проводить измерения большой системы не только в точке максимального удаления спутника, а по всей орбите, в зависимости от того, какие научные задачи мы решали и планировали вместе с научной группой как раз здесь, в Астрокосмическом центре.
— Что сейчас происходит в АКЦ ФИАН?
— Мы собрали несколько петабайт данных с наземных телескопов и с космического телескопа. Первый шаг — корреляция: когда мы производим результат, дающий возможность научным группам проводить анализ и решать научные задачи. Этот этап практически завершен.
На этом и на следующем этажах здания, в котором мы сейчас находимся, стоит небольшой суперкомпьютер, на котором работала группа коррелятора, созданного в Астрокосмическом центре. Примерно 90% данных, полученных с телескопа «Радиоастрон», были прокоррелированы нашим коррелятором в Астрокосмическом центре, и около 10% данных нам коррелировали зарубежные коллеги. Это центры, которые находятся в Германии и Нидерландах.
— Каковы последние результаты, о которых хотелось бы сказать?
— Давайте начнем с тематики, которой была посвящена диссертация, защищенная здесь у нас позавчера. Это тематика, связанная с изучением, казалось бы, такого «скучного» вопроса, как рассеяние распространения радиоволн через среду в нашей галактике. На самом деле это невероятно интересное явление, потому что, в первую очередь, что такое рассеяние? Когда какой-то объект скрыт от нас за облаком плазмы, он выглядит более крупным, чем есть на самом деле. Получается такая космическая «жаба». Анализируя эти данные, вы можете восстановить информацию о турбулентных облаках межзвездного газа, которые есть в нашей галактике.
— Но что это дает?
— «Радиоастрон» обнаружил по пульсарам новый эффект рассеяния, который оказался очень важным как раз для центра нашей галактики. Центр Галактики — мы подтвердили эти результаты и по наземным наблюдениям, и с «Радиоастроном» — очень сильно рассеивается, причем хитрым образом: на изображении объекта появляются мелкие пятнышки. Если вы хотите четко рассмотреть изображение центра нашей галактики, тени вокруг черной дыры, вам крайне необходимо учитывать эффекты рассеяния, которые открыл и исследовал «Радиоастрон».
— Какие еще имеются важные результаты?
— Расскажу о свежем результате, описание которого недавно отослано в научный журнал. Ученые получили и исследовали высокоточное изображение горячего выброса квазара 3С 279. Итак, что такое квазар? Это активная галактика на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. В центре находится сверхмассивная черная дыра — не такая, как в центре нашей галактики, «скучная» и маленькая, а огромная. Масса таких черных дыр — миллиарды солнц. Вокруг них формируются диски из пыли, из вещества, которое падает на центральную черную дыру, и вся эта центральная машина вращается.
За счет своего вращения, магнитного поля, которое там формируется, вещество может ускоряться до скоростей, очень близких к скорости света. И мы на «Радиоастроне» пользуемся возможностью изучить свойства выбросов горячей, как мы ее называем, релятивистской плазмы, то есть газа, который летит с околосветовой скоростью.
«Радиоастрону» удалось восстановить внутреннюю структуру такого джета и исследовать, как плазма формируется и двигается по струе, как развиваются плазменные нестабильности и какова структура магнитного поля. Это крайне важно, потому что благодаря этому мы понимаем механизм ускорения частиц до скоростей света.
— Почему вам так интересно, как ускоряются частицы?
— Здесь я перекину мостик к другим свежим новостям. Это новости о нейтрино. Еще один важный результат «Радиоастрона» — открытие экстремальной яркости квазаров. Оказалось, что излучение центральных областей квазаров намного ярче, чем предсказывала теория и считали раньше ученые. «Радиоастрон» смог это увидеть именно благодаря построенному интерферометру размером до Луны.
— А вы считали, что это невозможно?
— Да, существует физический механизм быстрого охлаждения излучающих электронов, соответственно, яркость этих квазаров теоретически не может превысить предсказанный предел. А «Радиоастрон» показал, что этот предел нарушается.
— Каким образом?
— Одна из идей, которая нам раньше казалась маловероятной, заключается в том, что, может быть, центральные машины далеких активных галактик значительно эффективнее, чем нам говорят теоретики, и они могут ускорять до скоростей света не только электроны, но даже массивные протоны.
Вообще, почему мы носимся с этими электронами и протонами? Напоминаю, что масса протонов примерно в 1,8 тыс. раз больше, чем масса электронов. Попробуйте разогнать до световой скорости сначала электрон (это получилось), а потом что-то в 2 тыс. раз массивнее. Это реально очень сложно.
— По всей видимости, для этого нужна гигантская энергия?
— Совершенно верно. Для этого нужны гигантские поля. Считалось, что это не особенно реалистично.
А последние результаты, которые мы получаем вместе с коллегами, занятыми нейтринной астрономией, показывают, что все возможно. Напомню, что нейтрино высоких энергий на Земле ловят нейтринные телескопы. Это российский телескоп, стоящий в озере Байкал. И есть зарубежные, один находится в Средиземном море, а другой во льдах на Южном полюсе.
Вот наш свежий результат: похоже, нейтрино высоких энергий рождаются именно в тех самых квазарах, далеких активных галактиках, которые, по данным, полученным благодаря «Радиоастрону», могут быть экстремально яркими.
Почему это важно? Да потому что нейтрино такой энергии может появиться на свет только из протона, разогнанного до скорости света. Судя по всему, в далеких активных галактиках протоны действительно могут эффективно ускоряться. И это помогает решить проблему экстремальной яркости квазаров — открытие, которое сделал «Радиоастрон», — и одновременно ответить на вопрос о природе нейтрино: понять, где и как они образуются.
— Но наверняка есть и вопросы, на которые вы пока не можете найти ответов?
— Разумеется, и это как раз широкое поле деятельности на ближайшие годы для нас, астрофизиков. Это вопросы, как ускоряются в галактиках протоны и как рождаются нейтрино. Это то, чем мы будем заниматься вместе с коллегами с Байкала в ближайшие годы. У нас замечательная коллаборация.
И хотя я здесь рассказываю про «Радиоастрон», не могу не упомянуть еще об одном замечательном российском радиотелескопе, уже наземном, РАТАН-600. Мы его использовали совместно с «Радиоастроном» и ответили на вопрос, когда квазары могут быть наиболее яркими. А с другой стороны, мы обнаружили, что нейтрино предпочитают рождаться в момент вспышек в квазарах.
Здесь российские телескопы сошлись вместе и сделали сильное утверждение: квазары могут быть экстремально яркими, они могут ускорять протоны до скоростей света и рождать нейтрино очень высоких энергий.
Теперь осталось понять, как все это происходит, и тогда будет сделан очередной шаг за горизонт наших познаний о Вселенной, в которой мы живем. Очередной, но далеко не последний.
