Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 1698

«Наблюдая далеко, мы наблюдаем прошлое». Интервью с И. Хабибуллиным

В интервью Ильдар Хабибуллин рассказал нам о том, как наблюдать за чёрными дырами, чем они интересны и почему наблюдение за ними схоже с наблюдениями в прошлое
Ильдар Хабибуллин. Фотография предоставлена И. Хабибуллиным

Ильдар Хабибуллин. 
Фотография предоставлена И. Хабибуллиным

Ильдар Хабибуллин, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН и Института астрофизики Общества им. Макса Планка (Германия) в этом году получил медаль Якова Борисовича Зельдовича «За значительный вклад в расшифровку ранней высокоэнергичной активности сверхмассивной черной дыры Sgr A* в центре нашей Галактики и проникновение в суть физических процессов, идущих в галактических коллапсировавших объектах». Он рассказал нашему порталу, чем интересна чёрная дыра Sgr A*, для чего людям изучать процессы, которые происходят в нашей и других галактиках, и почему наблюдения за некоторыми космическими объектами сравнимы с наблюдениями за мышью. 


- Ильдар, в этом году вы получили медаль Якова Борисовича Зельдовича. Расскажите, пожалуйста, о вашем исследовании. 

- Для начала я, пожалуй, расскажу о медали Зельдовича. Она была учреждена РАН и международным комитетом КОСПАР по исследованию космоса при помощи, в основном, космических обсерваторий. Она вручается каждые два года, когда проходит Ассамблея комитета. 

Медаль Якова Зельдовича. Источник фото: Институт общества им. Макса Планка

Медаль Якова Зельдовича. 
Источник фото: Институт общества им. Макса Планка

В целом, есть достаточно большой набор сегментов исследований, которые проводят учёные. Данные, которые связаны конкретно с изучением космоса при помощи обсерваторий, запущенных с Земли. Моя совместная с коллегами работа, послужившая поводом для этой премии, была связана, с одной стороны, с изучением истории активности сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики, Sgr A* при помощи отражённого рентгеновского излучения, рентгеновского "эха",  которое мы наблюдаем от молекулярных облаков в её окрестности. Также по работам, которые были связаны с исследованием черных дыр и компактных объектов меньшей массы, которые образуются в результате поздних стадий эволюции звёзд. Когда звёзды заканчивают свою жизнь, то иногда образуются чёрные дыры. Исследованием процессов, которые происходят в определённых условиях вблизи таких объектов, мы тоже занимались.
 
- Почему для исследований была выбрана именно чёрная дыра Sgr A*? Она более интересная, чем другие, или в ней происходят отличные от других чёрных дыр процессы? 

- Это сверхмассивная чёрная дыра Sgr A*. Sgr – Sagittarius – с латинского стрелец. Она находится в созвездии Стрельца и имеет номер А со звездой – то есть это был самый яркий объект в созвездии Стрельца в радиодиапазоне. Sgr A* - это точечный объект, на тот момент у него не было обнаружено протяжённого излучения, разрешаемого при помощи телескопов. 
Эта чёрная дыра – один из самых "главных" объектов нашей галактики. Он находится в самом её центре и сформировался, по всей видимости, на ранней стадии, одновременно с тем моментом, когда сформировалась вся наша галактика. И вместе они как-то продолжали эволюционировать. Несмотря на то, что её прямое влияние ограничено её непосредственной окрестностью, потому что достаточно быстро гравитационный потенциал галактики, звёзды и другие компоненты начинают оказывать большее влияние на всё, что происходит, но благодаря тому, что это именно чёрная дыра, она способна выделять огромное количество энергии за короткие промежутки времени. В эпизоды вспышек избыточной активности она способна излучать больше, чем все звёзды в нашей галактике и выделять энергию в значительно большем размере. Именно в такие эпизоды она способна повлиять на всё, что происходит в нашей галактике: на то, как звёзды образуются, на то, как распределяется газ до самых дальних ее окраин и окрестностей. Благодаря такой связи и возможности влияния запускается так называемый цикл обратной связи, когда рост или периоды активности чёрной дыры тесно взаимосвязаны с жизнью всей галактики. Поэтому этот объект принципиальной важности, как в нашей галактике, так и во всех других, которые мы знаем. 


Интересно, что в текущую эпоху наша сверхмассивная чёрная дыра очень спокойна. Она излучает энергию примерно в 10 миллиардов раз меньше, чем могла бы в те моменты, когда она становится активной. С одной стороны, это открывает возможности для того, чтобы исследовать более тонкие эффекты, которые были бы не видны в те периоды, когда она очень активна. С другой стороны, всегда интересно задаваться вопросом, а когда она была активна в последний раз? Как это всё происходит, как это начинается, когда она начинает поглощать вещество, излучать, оказывать влияние? 

Центр галактики Млечный путь с чёрной дырой Sgr A*Источник фото:  cosmosmagazine.com

Центр галактики Млечный путь с чёрной дырой Sgr A*

Источник фото:  cosmosmagazine.com

Наблюдая за всей галактикой, мы видим следы того, что Sgr A* была активна, возможно, 20-30 миллионов лет назад. Активна в том смысле, что оказывала влияние на всю галактику. Также, возможно, время от времени, неосторожная звезда, пролетая рядом с ней, оказывается разорванной приливным образом – как Луна вызывает приливы на Земле, похожим образом в приливном поле чёрной дыры звезда может быть просто полностью разорванной, и потом часть из этого вещества, осколки, ошмётки этой звезды поглощаются, и чёрная дыра начинает излучать. Обычно, это очень короткое явление, длится порядка одного или нескольких лет. 

Также, в целом, как это часто бывает в астрофизике высоких энергий, энергетические процессы постоянно происходят в виде вспышек малой амплитуды, как мы наблюдаем, например, на Солнце. Мы видим, что Солнце вспыхивает, такая вспышечная активность происходит и в окрестностях чёрной дыры. Даже в спокойном состоянии она периодически переходит в другое состояние и вспыхивает. Может быть не в 10 миллиардов, но в сто, тысячу раз - это то, что мы наблюдаем постоянно, каждый день от нашей сверхмассивной чёрной дыры. 

То, чем занимались мы – хотели пойти на масштабы порядка сотен лет назад, и посмотреть, не была ли сверхмассивная черная дыра в тот момент ярче не в сто раз, и не в 10 миллиардов раз, а есть ли у неё периоды промежуточной активности? В астрофизике есть большой плюс – наблюдая далеко, мы наблюдаем прошлое, просто потому, что свету требуется время, чтобы пройти от одной точки к другой.

Так оказывается, что если поделить космические расстояния на скорость света, то есть скорость его распространения, то они оказываются длиннее, чем масштабы человеческой жизни. Это позволяет “вживую" исследовать исторические события.  Наблюдая за молекулярными облаками, которые находятся вблизи этой чёрной дыры, мы можем смотреть в прошлое этой чёрной дыры, потому что свету требуется порядка нескольких сотен лет, чтобы дойти от чёрной дыры до этого облака, рассеяться в нашем направлении, и только после этого мы его наблюдаем. Такое «рентгеновское эхо», которое мы наблюдаем, позволяет с одной стороны исследовать и молекулярные облака, потому что они «подсвечиваются» чёрной дырой, и прошлую активность чёрной дыры. 

В какой-то момент мы развили интересный математический аппарат, который позволяет исследовать свойства этого излучения, его изменения во времени, что мы называем переменностью, и его пространственные свойства. Зная то, чем они обычно определяются в физических условиях в межзвёздной среде, можно сделать определённые предположения по поводу связей их статистических свойств. Используя их, мы смогли достаточно точно оценить то, что примерно 110-120 лет назад наша сверхмассивная чёрная дыра на масштабе порядка одного года действительно была ярче примерно в миллион раз, чем сейчас. Причину этого мы до конца не знаем. Может быть несколько разных вариантов. Скорее всего, такой разрыв звезды, про который я говорил, не подходит, потому что это было бы ещё более яркое событие. А это было менее энергетическое - по длительности примерно на один, полтора года наша сверхмассивная чёрная дыра была в миллион раз ярче. Это позволяет нам посмотреть в её историю. 

В целом, сверхмассивная чёрная дыра привлекает очень много внимания, также потому, что она самая ближайшая к нам, она находится в нашей галактике, и других таких в нашей галактике  нет. Есть только уже в соседних галактиках и далее. Поэтому её можно изучить гораздо лучше. Нобелевская премия этого года была вручена как раз за исследование этой сверхмассивной чёрной дыры при помощи новейших обсерваторий. После 15 лет непрерывных наблюдений ученые смогли увидеть, как орбиты индивидуальных звёзд вокруг этой чёрной дыры меняются. Как оказалось, они меняются в полном согласии с теорией относительности Эйнштейна. Базовые предсказания были проверены, и это позволило измерить с феноменальной точностью расстояние до этой сверхмассивной чёрной дыры, её массу и другие параметры. То есть это самая изученная сверхмассивная чёрная дыра сейчас, и вообще, один из самых изученных [космических ] объектов в целом.
 

Обсерватория Спектр-РГ. Источник фото: mirkosmosa.ru

Обсерватория Спектр-РГ. 
Источник фото: mirkosmosa.ru

- Как происходит изучение чёрных дыр, какие данные собирают обсерватории и можно ли их изучить с наземных обсерваторий, или нужны именно космические? 

- В последнее время здесь множество изменений. Изначально наблюдательная сторона этого вопроса развивалась, в основном, при помощи рентгеновских космических обсерваторий. Для чего нужно запускать рентгеновские обсерватории в космос? Здесь дело в том самом атмосферном столбе, который, по меткому замечанию Остапа Бендера, «давит даже на партийных работников». 

Этот атмосферный столб защищает нас от рентгеновского космического излучения, атмосфера для него непрозрачна, из-за того, что на этих длинах волн есть электронные переходы в атомах. Поэтому, чтобы что-то наблюдать в рентгеновском диапазоне нужно выйти за пределы атмосферы, по крайней мере, плотной её части.
 
Есть разные способы: можно запустить ракету, можно подняться на воздушном шаре достаточно высоко, в стратосферу. Либо можно запустить обсерваторию на околоземную орбиту. Уже первые наблюдения, которые проводили ученые, которые запустили такие обсерватории, обнаружили, что есть довольно большое количество ярких объектов рентгеновского излучения на небе. И вот уже порядка 60 лет назад была выдвинута гипотеза, что источник излучения в этих объектах – энергия чёрных дыр – вещество, которое падает в этом гравитационном потенциале, разогревается до температур порядка 10 миллионов градусов и выше и начинает излучать в рентгеновском диапазоне. Это примерно такие же температуры, как в центре Солнца, или в короне Солнца, которая тоже излучает в рентгеновском диапазоне. Таким образом, возникли одни из первых кандидатов. Тогда они назывались «кандидаты в чёрные дыры», но никто твёрдо не мог сказать, что это именно чёрные дыры. Другими кандидатами были очень далёкие объекты, так называемые квазары – ядра далёких галактик, в которых тоже происходит огромное выделение энергии. Это похоже на сверхмассивную чёрную дыру в центре нашей галактики, но ещё в тысячу раз больше. Их излучение очень ярко, и мы можем их видеть с самых дальних концов Вселенной.

 
В целом, так постепенно начиналось развитие в изучении чёрных дыр, а дальше уже улучшалась характеризация индивидуальных объектов в нашей галактике, были измерены их массы. Оказалось, что они часто бывают порядка 10 масс Солнца. И по тем характерным предсказаниям в теории звёздной эволюции мы представляем, что такие объекты должны быть именно чёрными дырами. 


В последнее время, появились два принципиально новых способа изучения этих объектов. Один связан с интерферометрией, наблюдениями в радиодиапазоне. Он вполне возможен с Земли, например, в таких местах, как пустыня Атакама в Чили. Наверное, вы слышали, что недавно было получено первое “изображение” чёрной дыры. Оно было получено как раз для такой сверхмассивной чёрной дыры в ближайшем скоплении галактик в созвездии Девы, в галактике М87. Из-за того, что это огромная чёрная дыра, то и размер на небе у неё получается тоже очень большой, и это скопление галактик к нам ближайшее (мы даже входим в его зону влияния). Поэтому ее размер на небе оказывается сравнимым с размером на небе нашей сверхмассивной чёрной дыры. То есть те характеристики телескопов, которые нужны и доступны в радиодиапазоне для этих двух объектов оказываются применимы, есть возможность их изучать. Но из-за того, что та чёрная дыра гораздо больше, в тысячу раз, в ней всё происходит в тысячу раз медленнее, если говорить совсем грубо. Поэтому спокойно наблюдая за ней, как за слоном, можно получить полную картинку, чем «гоняться за мышью в нашей галактике, которую невозможно поймать». Но рано или поздно, по мере накопления данных, скорее всего, в нашей галактике, тоже будет получена похожая картинка. 

И, наконец, самые последние достижения связаны с наблюдениями гравитационно-волновых событий – слияния двух чёрных дыр или нейтронных звезд. Открытие буквально последних нескольких лет. Чувствительность этих новых установок, которые измеряют мельчайшие искажения гравитационного поля рядом с нами, позволяет определить, что в какой-то момент к нам приходит характерный сигнал о том, что две черные дыры сначала крутятся медленно, относительно друг друга, а затем всё ближе и ближе, быстрей и быстрей, затем сливаются. Именно эта характерная особенность, характерное предсказание, позволяет на фоне огромного шума, который там есть, находить такие события. 

Сейчас есть достаточно большое количество таких событий, чтобы начинать изучать их популяционные свойства и сравнивать их со свойствами популяции чёрных дыр, которые мы наблюдаем в рентгеновском диапазоне в нашей галактике. Такие гравитационно-волновые события происходят в далёких галактиках, и в этом преимущество гравитационно-волновых наблюдений, в том числе - они гораздо менее чувствительны к расстоянию, чем обычные наблюдения электромагнитного излучения, поэтому их очень удобно наблюдать с очень далёких расстояний. 
 

Первое реальное изображение тени черной дыры в галактике Messier 87 в созвездии Девы. Источник фото: esquire.ru

Первое реальное изображение тени черной дыры в галактике Messier 87 в созвездии Девы. 
Источник фото: esquire.ru

- Как получают фотографии этих чёрных дыр?
 

Сейчас самая передовая астрофизика превратилась в работу с огромными массивами данных. Для получения той же самой фотографии сверхмассивной чёрной дыры, учёные решили, что им будет быстрее перевести данные на самолёте из Чили в Европу, чем перекачивать её через интернет. То есть объём информации был настолько колоссальный, что они записали его на жёсткие диски и перевезли на самолёте. Дальше было потрачено очень много вычислительного времени для того, чтобы из «сырых» данных, которые получаются непосредственно на телескопах, путём сравнения данных, полученных в разных местах, на разных телескопах, провести то, что называется кросс-корреляцией. 

И именно в результате этой кросс-корреляции получается итоговый продукт – итоговая картинка. Она сама по себе несёт определённую информацию, но здесь нужно понимать именно масштаб сигнала по отношению к шуму, который в ней присутствует. Часто бывает, что по виду картинки можно определить, что она зашумлена, потому, что есть случайные флуктуации. Но так происходит со статистическим шумом, а если шум систематический, то мы в принципе можем этого не увидеть. Мы просто гладким образом искажаем всю картинку. Здесь одной картинки, обычно, бывает недостаточно. Ещё важно представлять, какая в ней заложена неопределённость методов. Это тоже занимает много времени с точки зрения описания, моделирования. То есть нужно смоделировать весь процесс, от самого объекта, изначальной его модели, «прогнать» её через модель телескопов, через модель обработки данных и уже сравнить с тем, что наблюдается. Весь этот процесс происходит несколько раз, итеративным образом, и получается результат, который в итоге все и видят. 

Обычно это происходит так: большое количество «сырых» данных, сложная обработка, её кросс-проверка, различные слепые тесты и итоговый результат. Важно, чтобы в итоговом результате был минимизирован эффект получения информации и обработки. И это – большая область исследования с точки зрения обработки астрофизических данных. Предлагаются разные методы, чтобы, в том числе, избежать так называемого перекоса подтверждения. Если до вас десять человек говорили, что что-то происходит одним образом, то просто из социологических причин становится невыгодно говорить, что это не так. Людям всегда свойственно подтверждать предыдущие результаты, нежели их опровергать. Поэтому ученые делают сначала слепое тестирование, когда они произвольным образом сдвигают параметры и не знают, что они в реальности получают. И только в самый последний момент «открывают глаза», выставляют правильные калибровки и смотрят, какой получается ответ. Таким образом, в принципе, можно избежать таких перекосов. 

Также обычно несколько команд независимо обрабатывают данные, и после этого они сверяются. То есть получение итоговой картинки или результата сейчас сопряжено с огромной работой и, подчас, с большой коллаборацией людей со всеми сложностями, связанными и с обработкой, транспортировкой данных, и, в том числе с психологией научной деятельности.
 
- Ранее вы сказали, что чёрная дыра, которую вы изучаете – одна из наиболее изученных, потому что она находится в нашей галактике. Более ли «почётно» изучать какие-то далёкие галактики, или здесь совершенно не имеет значения, какую галактику изучать? 

- Мне кажется, что здесь о «почётности» нельзя говорить. Это вопрос, с одной стороны, индивидуальных интересов, с другой стороны, это примерно как «кому-то нравятся картины, кому-то нравится кино». Наша галактика – она в какой-то степени как картина. Мы смотрим на неё как на статическую картину и можем изучить все детали. А изучение других галактик позволяет нам посмотреть «кино». Мы смотрим, как эволюционируют галактики. Из-за того, что их много, мы смотрим на целую их популяцию. Мы видим и молодые галактики, и более старые, мы видим галактики с одними и с другими свойствами. Мы видим всё это многообразие, но, конечно, с гораздо меньшей детализацией. Мы улавливаем какие-то отдельные важные элементы в этой эволюции или в определённых свойствах. Но не до таких деталей, которые мы можем получить в нашей галактике. 

В целом, бывают галактики, которые сильно не похожи на нашу по разным причинам. Есть большое количество разных эффектов, которые в нашей галактике мы напрямую не наблюдаем, они происходят довольно редко. Например, такие события, как разрушение звезды чёрной дырой происходят примерно один раз в 30 тысяч лет. На историческом масштабе человечества это очень трудно проследить. Пронаблюдав миллионы других галактик, мы точно найдём такие события. Они должны произойти просто статистически, и наблюдение таких редких событий становится практически нормой. 

Совершенно нельзя сказать, что есть какая-то «почётность». Это скорее вопрос индивидуальных пристрастий. В целом, наука астрофизика вовлечена в социальные моменты, она связана с тем, например, каких сейчас больше идей, в какой области сейчас лучше наблюдательные данные.
 
Там, где мы получаем новое знание, в какой-то мере становится более интересно. Как оказывается, развитие идёт практически параллельно: изучение и нашей, и других галактик. Потому что люди вводят в строй совершенно разные обсерватории и получают совершенно разные данные. По изучению нашей галактики сейчас большое количество совершенно удивительного качества информации даёт обсерватория «Гайя», которая занимается изучением позиций, очень точным измерением положения звёзд,  нашей галактики и их движения. Это позволяет почувствовать их динамику, то, как двигаются звёзды. С другой стороны, растёт количество обзоров больших площадок на небе, которые позволяют увидеть далёкие галактики и исследовать их эволюцию. Телескоп «Джеймс Уэбб» станет важнейшим шагом в этом направлении, потому что позволит изучать детальную эволюцию далёких галактик. И это только галактики, а ещё очень много индивидуальных объектов, которые тоже должны быть интересны.

Карта всего неба, полученная с помощью обсерватории СРГ/еРОЗИТАИсточник фото: ИКИ РАН

Карта всего неба, полученная с помощью обсерватории СРГ/еРОЗИТА
Источник фото: ИКИ РАН

- Звёзды очень далеко от нас находятся. Для чего изучать астрофизику? 

- Многие коллеги получали этот вопрос, и много разных ответов на это было дано. Много ответов, потому что, с одной стороны, и астрофизика многообразна, даёт разные вещи, и люди тоже разные. Если говорить не о цели, а о причинах, почему люди изучают и почему это происходит, мне кажется, что одна из причин в том, что людям всегда нужно что-то большее. Это, видимо, является важным двигателем цивилизации.

Другой момент в том, что происходит накопление знаний. Человечество постоянно накапливает знания, каждый уже имеет знания предыдущих поколений. Это проявляется наиболее ярко в науке, где в интернете можно найти статьи, которые люди писали 150 лет назад, а можно вернуться к трудам ещё большей давности. Постепенное накопление знаний приводит к тому, что появляется очень мало нового. То есть вопрос в том, где найти это новое. Астрофизика, в частности, является окном в другой мир, который даёт нам надежду на новое знание. Именно эта необходимость, и в какой-то степени безнадёжность окружающей действительности с точки зрения нового знания, толкает нас изучать другой мир, где есть большая надежда на это новое знание. До текущих пор это «окно» себя оправдывает. Большое количество разных явлений мы наблюдаем только там или наблюдаем в гораздо более явном виде, потому что какие-то процессы играют меньшую роль, какие-то бОльшую. Это та лаборатория, в которой мы видим то, что происходит совершенно по-другому. 

Ураниборг – обсерватория Тихо Браге.Источник фото: Википедия

Ураниборг – обсерватория Тихо Браге.
Источник фото: Википедия

Дальше возникает вопрос о том, как эти явления связаны с тем, что мы наблюдаем вокруг. В целом, познавательная история о том, как Ньютон открыл гравитацию - многим сразу представляется падающее яблоко. В целом, история гораздо более глубокая. Был такой датский астроном, Тихо Браге, который развивал астрономию, и датский король подарил ему целый остров, на котором он построил Ураниборг – город для астрономических наблюдений. И это было в Европе, которая страдала от эпидемии чумы. Мотивация у короля, конечно, была не астрономическая, она была связана с астрологией. Но так или иначе, Тихо Браге на масштабе больше, чем 10 лет, смог проводить систематические наблюдения небесных объектов и составил их таблицу.

После этого он передал таблицы Иоганну Кеплеру, который, анализируя их, выявил свои законы – законы Кеплера – движения небесных тел. Выявил, что они двигаются по эллипсам, и дальнейшие законы, которые связывают их периоды и размеры орбит. Далее, Исаак Ньютон осознал, что те силы, под действием которых двигаются планеты, и та сила, при помощи которой двигается яблоко – одна и та же сила. Он провёл эту связь между небесными объектами и тем, что его окружает. Именно вот этот шаг фундаментальной связи чего-то далёкого с чем-то близким позволил ему сформулировать закон обратных квадратов, и в целом то, что мы знаем как теорию гравитации сейчас. Это один из основных классических примеров, которые показывают, как изучение совсем далёких несвязанных вещей в итоге приводит к таким фундаментальным вещам, как открытие закона гравитации. 

Тут, конечно, нельзя сказать, что это какое-то общее место, или что крестьяне в Англии стали лучше ловить яблоки от того, что Исаак Ньютон осознал этот закон. Потом для человечества эти законы стали важны только через сотни лет, когда на орбиту начали выводиться  искусственные спутники Земли, и когда неплоскость поверхности стала чувствоваться. В нашем повседневном опыте мы можем смотреть на поле гравитации как на однородное поле с постоянным ускорением свободного падения. Только через сотни лет это стало играть принципиальную роль, и такие открытия всегда через какое-то время начинают играть свою роль. И именно благодаря этому, возможно неосознанному нашему желанию изучать что-то новое, что-то большее, мы изучаем то, что нам «не нужно». И оно потом оказывается нужным через большое количество времени.

- Расскажите о ваших последних исследованиях. Вы продолжаете заниматься тем исследованием, благодаря которому получили медаль, или сейчас ваши исследования направленны уже на что-то новое? 

Мы продолжаем исследовать и нашу сверхмассивную чёрную дыру: мы подавали заявку на длительные наблюдения, которые позволят улучшить те данные, которые были до этого и получить определённую новую информацию уже о молекулярных облаках, которые облучаются сверхмассивной чёрной дырой. То есть заглянуть внутрь облаков примерно так же, как мы получаем рентгеновский снимок. Похожим образом, благодаря той рентгеновской вспышке, которая была от чёрной дыры, мы просвечиваем внутреннюю структуру молекулярных облаков. 

Трехмерное распределение плотного межзвездного газа в окрестности сверхмассивной черной дыры Sgr A* в центре нашей галактики, восстановленное при помощи анализа рентгеновского “эха” короткой вспышки её излучения. Вспышка была около 120 лет назад.© Churazov, Khabibullin, Sunyaev, Ponti, 2017

Трехмерное распределение плотного межзвездного газа в окрестности сверхмассивной черной дыры Sgr A* в центре нашей галактики, восстановленное при помощи анализа рентгеновского “эха” короткой вспышки её излучения. Вспышка была около 120 лет назад.

© Churazov, Khabibullin, Sunyaev, Ponti, 2017

Мы задались вопросом, можем ли мы проследить то, как устроены облака от самых больших масштабов на их окраинах до тех ядрышек, в которых происходит зарождение новых звёзд. Парадигма текущего звёздообразования такова, что есть сгустки относительно холодного вещества, в которых постепенно происходит диссипация энергии, и они уже больше не могут отдельно самоподдерживаться против гравитации и начинают скучиваться. В этих ядрах в итоге образуются звёзды. Мы хотели на примере тех облаков, или конкретного облака, которое облучено, воспользоваться этой уникальной возможностью, что чёрная дыра «сканирует» облако рентгеновским образом, и посмотреть, что там происходит внутри. В этом году должны пройти наблюдения, и мы надеемся, что получим на это определённый ответ. 

Также будут ещё следующие наблюдения, не только интенсивности или спектра рентгеновского излучения, но и поляризации. Это, в целом, дополнительное окно, которое все долго ждут. Удивительная область – поляризация рентгеновского излучения на данный момент была достоверно измерена всего лишь для одного объекта. Из огромного количества рентгеновских объектов только один был достаточно ярок и с достаточно большой поляризацией, чтобы у него этот сигнал был измерен. Мы ожидаем запуска новой обсерватории, которая будет направлена именно на это. Тогда будут новые измерения и они позволят изучать разные новые аспекты. 

Непосредственно сейчас больше времени мы уделяем работе с данными обсерватории Спектр-РГ, и конкретного прибора на ней - eROSITA, которые сейчас занимаются проведением обзора всего неба. На первоначальной стадии, когда обсерватория только разворачивала свою деятельность, она смогла провести серию пробных наблюдений, которые были подобраны так, что позволяли и проверить характеристики приборов, и получить новую науку. Характеристики приборов оказались такие, как мы и рассчитывали, и в целом, те цели, которые закладывались – достижимы. Мы получаем интересные результаты по разным объектам. 

– Раз мы как раз заговорили о «Спектре-РГ», не могли бы вы пояснить: эта обсерватория предоставляет полные обзоры неба, для чего таких обзоров несколько? 

Здесь, наверное, стоит отметить, что обсерватория «Спектр-РГ» немного отличается от орбитальных обсерваторий, про которые я говорил до этого как о том, что их нужно запускать из атмосферы Земли, чтобы можно было наблюдать в рентгеновском диапазоне. «Спектр-РГ» в этом плане – шаг ещё дальше. Она запущена во вторую точку Лагранжа системы Земля-Солнце. Она находится от Земли примерно в 4 раза дальше, чем Луна. 

Как эту точку проще всего себе представить: можно представить карусель, на которой сидит девочка с сумочкой, где-то на самом краю. Так вот, если девочка в окно протянет руку, эта сумка будет тянуться под действием центробежной силы. Так вот мы находимся примерно в такой сумочке, оттянутой наружу, то есть это точка, где центробежная сила нашего движения компенсирует вместе притяжения и Земли, и Солнца. И Земля, и Солнце для нас находятся всегда с одной и той же стороны, это очень удобно с точки зрения теплового контроля, и других технических моментов в жизнеобеспечении обсерватории. 

Получение карты полного неба обсерваторией"Спектр-РГ". Источник фото: pvsm.ru

Получение карты полного неба обсерваторией
"Спектр-РГ". Источник фото: pvsm.ru

Дальше, условно глядя лицом на Землю, на Солнце, мы совершаем повороты. Мы «крутимся» вокруг своей оси, оставаясь в постоянном контакте с Землёй. Это удобно и для передачи данных, и с точки зрения теплового баланса обсерватории. 

Так вот каждый раз, делая такой оборот, мы сканируем полоску на небе шириной чуть больше, чем Луна. И по мере того, как крутится Земля, на этой «карусели» вокруг Солнца также двигаемся и мы вместе с ней. В итоге получается, что эта полоска, которую мы сканируем, постоянно сдвигается. Накапливая такие полоски на небе, мы и сканируем всё небо. То есть за полгода, перемещаясь с одной стороны Солнечной системы на другую, мы отсматриваем всё небо. 

Следующие полгода это повторяется, но повторяется уже немного в другом направлении. Это, как минимум, позволяет проверять определённые систематические эффекты. Допустим, может присутствовать относительная нестыковка осей телескопов, или какие-то другие дополнительные эффекты. И с точки зрения научной части это, как минимум, позволяет исследовать переменность объектов, то есть были объекты яркие, они потухли. Или наоборот, были объекты, на месте которых мы ничего не видели, и они вспыхнули и потом исчезли. Например, приливное разрушение звёзд со сверхмассивными чёрными дырами как раз таки наиболее эффективным образом отслеживается, отыскивается в данных обзора, путём сравнения того, что мы видели в данной точке полгода назад, сейчас и в следующие полгода из-за того, что масштаб всего этого явления порядка года или нескольких лет, и мы как раз способны увидеть, как ничего не было, что-то вспыхнуло и потом затухло. Была неактивная галактика – стала яркой и потом вернулась обратно к своему предыдущему состоянию. 

Также можно исследовать процессы в Солнечной системе, потому что мы, когда телескоп находится в разных частях Солнечной системы, мы можем почувствовать свою ближайшую окрестность. Это очень интересный эффект – изучение дальних объектов всегда происходит через призму того, что происходит непосредственно в наших окрестностях, как в гелиосфере, так и в несколько более далёких областях. Эти сравнения одного скана с другим очень полезны и открывают большое количество возможностей. В целом же, сложение сканов приводит к накоплению данных. Если даже у вас постоянный объект, то если вы в первый раз от него задетектировали десять отчётов, то в следующий раз вы от него задетектируете, возможно, ещё в среднем десять отчётов. Конечно, происходят флуктуации, но происходит именно такое накопление. И, скажем, после 4-х обзоров, сравнивая распределение этих фотонов, вы уже сможете отличить, например, точечный источник, который меньше, чем отклик прибора, от таких больших объектов, как скопления галактик.  В этом также одна из фундаментальных задач обсерватории – находить такие протяжённые рентгеновские источники, которые являются скоплениями галактик. 

 

 

Дополнительная информация: 

Бурная жизнь скоплений галактик. Пресс-центр ИКИ РАН

Телескоп СРГ/еРОЗИТА обнаружил крупномасштабные пузыри горячего газа в гало Млечного Пути. Пресс-центр ИКИ РАН

Путешествие по рентгеновскому небу с телескопом СРГ/еРОЗИТА. Пресс-центр ИКИ РАН

«Спектр-РГ» и (возможное) открытиe гибели звезд вблизи двух сверхмассивных черных дыр. Почти детективная история. Пресс-центр ИКИ РАН

Хроники черной дыры, записанные в молекулярных облаках. Элементы

Интерактивная карта всего неба. Проект «СПЕКТР-РГ»

Сайт проекта «Спектр-РГ»

Источник фото на главной странице: 123rf.com

 

 

ИКИ РАН Институт астрофизики Общества Макса Планка Спектр РГ астрофизика далёкие галактики медаль Якова Зельдовича чёрные дыры

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.