Наука и технологии России

Вход Регистрация

Дотянуться до неба

Об антивеществе в космосе, звездах сверхмалых размеров и других необычных вещах, которые, быть может, отыщутся во Вселенной, мы расспросили астрофизика Михаила Ревнивцева, одного из наиболее цитируемых молодых ученых России.

Михаил_Ревнивцев Михаил Ревнивцев: «В настоящее время можно делать достаточно точные численные эксперименты, которые иногда очень хорошо позволяют описать то, что мы видим в астрофизических объектах»

Справка:
Ревнивцев Михаил Геннадьевич, ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук. Лауреат Премии Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых. Среди его научных результатов – доказательство гипотезы о том, что фон рентгеновского излучения Млечного Пути складывается из излучений множества слабых источников, большинство из которых – белые карлики (этот фон был открыт 30 лет назад и долгое время ученые не понимали, откуда он берется). Один из наиболее цитируемых ученых, живущих в России: по данным за 2011 год, его индекс цитирования по базам Web of Science равен 2502

О каких объектах в нашей Галактике можно сказать, что они очень интересны?

– Первым делом на ум приходит сверхмассивная черная дыра в нашей Галактике. Ее практически никак не видно: оттуда приходят лишь радиоволны, по всей видимости, это излучение ближайших окрестностей черной дыры. А по инфракрасному и видимому излучению хорошо видно, что вокруг этого места Галактики летают звезды. И их движение указывает на то, что в этом месте «сидит» масса в 3 миллиона Солнц.

Еще можно упомянуть нейтронные звезды1: до сих пор неизвестно, из чего они внутри состоят: действительно из нейтронов или, может быть, вообще из кварковой материи2, которая обладает интереснейшими свойствами. У звезды из такой материи нет порога массы, ниже которого она теоретически не могла бы существовать. Иными словами, можно взять совсем небольшое количество вещества и создать из него микро-звезду. Но тут нужно оговориться сразу, что пока нет доказательств существования кварковой материи.

Если выяснить окончательно, что какие-то из них нейтронные, а какие-то из них кварковые, какое это имеет научное значение?

– Огромное. В природе все кварки входят в состав элементарных частиц – протонов, нейтронов и прочих. А если удастся создать именно отдельную кварковую материю, то у нее будут совершенно другие свойства. Если позволить себе буйство фантазии, то можно представить выращивание домашней кварковой звезды и создание из нее реактора. Те же нейтронные звезды извлекают из материи энергию на порядки эффективнее по сравнению, к примеру, с термоядерным реактором. Но кварковые теоретически можно сделать маленькими, для технологического использования. Нейтронные нельзя: если в Солнечную систему притащить еще одну массу Солнца, то ей будет нехорошо. А кварковая звезда может быть гораздо легче. В этом и преимущество.

За счет чего нейтронные звезды выделяют энергию?

– Фактически вытаскивают энергию из гравитационного поля. Частицы падают на них, приобретая огромную скорость. Эта скорость гасится при столкновении, и выделяется много энергии.

А вообще существуют ли уже какие-то переносы астрофизики в лабораторию? Иными словами, пытаются ли смоделировать то, что происходит в космосе, в лабораторных условиях (кроме ускорителей)?

– В принципе, такие исследования ведутся, но не очень массово. Делаются лабораторные макеты с высокотемпературной плазмой, с ударными волнами. Такие эксперименты очень сложны. В частности, плазма космического пространства, которую астрофизики изучают, настолько разрежена, что сделать ее в лаборатории крайне затруднительно. Более распространенный подход – смоделировать физический эксперимент в численном виде, на компьютере. В настоящее время можно делать достаточно точные численные эксперименты, которые иногда очень хорошо позволяют описать то, что мы видим в астрофизических объектах.

Если говорить о космических процессах, которые можно смоделировать в лаборатории, то это прежде всего аннигиляция антивещества. В центре Галактики находится большая область, в которой аннигилируют электроны с антиэлектронами (позитронами). Насколько эта область масштабна?

– Около 10 градусов вокруг галактического центра. Это значит, что где-то тысяча парсек в одну сторону, тысяча парсек в другую. Весьма большая область. Чтобы представить себе эти 10 градусов, сравните: Луна на небе – это полградуса. Так что, если смотреть с Земли, это будет, условно говоря, круг с диаметром в 20 раз большим диаметра Луны. Глазом он, конечно же, не виден, но приборами регистрируется.

Стоит также отметить, что аннигиляция происходит не просто по принципу: «электрон с позитроном столкнулись и аннигилировали». Сначала образуется позитроний, квазиатом. И только потом он аннигилирует.

С чем сейчас связывают это явление?

– Есть много гипотез, но нет устоявшейся, которую бы все приняли и сказали, что со всем согласны. В нашей группе было показано, что позитроны аннигилируют в остывающей среде. Последние, наиболее точные измерения этого излучения при помощи обсерватории ИНТЕГРАЛ, позволяют сделать именно такой вывод. Одна из наиболее распространенных гипотез – что эти позитроны возникают в результате взрывов сверхновых звезд в нашей Галактике.

Для того чтобы образовался позитроний, а не просто произошла аннигиляция, требуются какие-то дополнительные условия?

– Да, конечно. Позитрон должен остыть – в том смысле, что его энергия должна уменьшиться ниже какого-то предела. Только тогда электрон и позитрон успеют образовать атом. Иначе позитроны будут пролетать мимо электронов либо аннигилируют без образования позитрония.

Через несколько лет в космос полетит новая космическая обсерватория «Спектр-РГ», в создании которой Вы участвуете3. Что Вам самому было бы интересно открыть, исследовать с ее помощью?

– Несомненно, большой резонансной задачей для «Спектра-РГ» будет измерение свойств темной энергии – феномена, влияющего на эволюцию нашей Вселенной, лишь недавно открытого астрофизиками. В этой области у обсерватории будут очень большие перспективы. «Спектр-РГ» сможет найти все массивные скопления галактик во Вселенной, по росту которых и можно будет определять свойства темной энергии. Мы в этом направлении обязательно будем работать.

А вообще главная задача обсерватории «Спектр-РГ» – обзор неба. Это огромный начальный материал для множества задач. Можно сделать перепись интереснейших объектов, которые присутствуют в нашей Галактике: черные дыры, нейтронные звезды, белые карлики и т.д. А потом выбирать те, которые являются наилучшими «лабораториями» для вашего астрофизического «эксперимента». Ведь астрофизика – это наука, в которой лабораторные опыты ставятся не в помещениях, а в природных условиях. Именно так можно изучать явления и эффекты, недостижимые для современных земных технологий. А подобных физических эффектов во Вселенной много. Можно искать остывающие нейтронные звезды в нашей Галактике и пытаться определить их размер. Это тот самый вопрос, о котором мы уже говорили: из какой материи они состоят – нейтронной или кварковой? Если размер будет совсем небольшой, ниже некоторого предела, то это намек на существование кварковой материи. Чтобы сделать такие измерения, необходимо осмотреть Галактику и найти те объекты, которые являются, например, остывающими одиночными нейтронными звездами. Сейчас их известно всего около десятка. С помощью «Спектра-РГ» мы планируем найти гораздо больше. Но обзор – это миллионы объектов. И со всеми нужно работать, вырабатывать методику определения их природы, проводить наблюдения на наземных телескопах. Работы будет очень много. Последний обзор, который дал мощнейший толчок развитию астрофизики высоких энергий был сделан лет 20 назад. Именно по результатам обзоров неба подбираются объекты для дальнейших детальных исследований другими спутниками-обсерваториями.

______________________________________________
1 Нейтронная звезда – космический объект, обладающий огромной плотностью, близкой к плотности атомных ядер и силой тяжести. Может иметь массу в несколько масс Солнца, но при этом диаметр всего несколько километров. Считается, что нейтронные звезды возникают в результате схлопывания вещества на последних стадиях эволюции некоторых звезд, сопровождающимся наблюдаемым «взрывом сверхновой звезды».

2 Нейтроны, протоны (адроны) состоят из кварков – еще более «мелких» частиц. Косвенные эксперименты подтверждают их существование, хотя в свободном виде они не наблюдаются.

3 «Спектр-РГ» – международная орбитальная астрофизическая обсерватория. Предназначена для изучения Вселенной в рентгеновском диапазоне энергий. Основная задача обсерватории – проведение обзора неба с рекордной чувствительностью. Запуск планируется на 2014 год.

Статья опубликована в майском номере журнала New Scientist.

РЕЙТИНГ

3.90
голосов: 10

Галереи

Специальная астрофизическая обсерватория РАН

Специальная астрофизическая обсерватория РАН расположена в Карачаево-Черкессии – возможно, место не столь удачное для наблюдений за Вселенной, как чилийская пустыня или Канарские острова, однако невероятно живописное. В этой галерее – снимки далёких галактик, мини-академгородок Нижний Архыз и окрестности обсерватории.

20 фото

Обсуждение