Интервью с доктором физ-мат. наук Семеном Ароновичем Пустильником.


Семену Ароновичу и его младшему брату Льву Ароновичу очень повезло. Их семья переехала в Алма-Ату именно тем летом, когда они успешно прошли олимпиаду и поступили в физмат-школу при Новосибирском университете. Тем же летом в Алма-Ату приехал их дядя, астрофизик, молодой доктор наук, который брал мальчиков с собой на космостанцию на высоте 3000 метров и много рассказывал про Вселенную, про космические лучи и только что открытые квазары. Рассказывал с таким энтузиазмом, что Семен и Лев, окончив школу и поступив на физфак Новосибирского университета, уже знали, чем хотят заниматься. После университета они уехали стажерами на Кавказ в еще строившуюся Зеленчукскую обсерваторию, лишь бы рядом с небом.



ЧБГ: Семен Аронович, кто же такие белые карлики?

САП: Звезды, которые мы видим невооруженным глазом, в основном состоят из водорода, гелия и малого количества более тяжелых элементов. Излучение звезд — это тепловое излучение нагретого и частично ионизованного газа,
которое, в основном, наблюдается в виде непрерывного спектра, как от лампы накаливания. Но кроме непрерывного излучения в спектре Солнца и других звезд видны линии водорода и гелия, а также многих других элементов (O, N,  S, Ca, Na, Fe). Температуры поверхности звезд меняются в больших пределах — от ~2000 до 50 000–10 0000 градусов. Поэтому разные элементы в них ионизованы по-разному, и в спектрах наблюдаются разные линии.
Белые карлики — это звезды небольших размеров. У белых карликов из-за большой плотности газа (в миллионы раз больше, чем в обычных звездах) линии в спектрах сильно уширены. Из-за этого их контраст по отношению к непрерывному спектру падает, и в некоторых случаях их можно спутать с объектами, в спектрах которых вообще нет линий. Последнее характерно для нетеплового излучения. Например, излучения высокоэнергичных электронов в магнитном поле вещества, падающего с высокими скоростями на черную дыру.


    
— И все это объекты из нашей Галактики?

— Да, это объекты звездных масс (от нескольких единиц до нескольких десятков солнечных масс), которые на сегодня можно видеть только в нашей Галактике и ее ближайших галактиках-соседках. Хотя есть полные аналоги — сверхмассивные черные дыры, с массой в миллиард солнечных масс, которые образуются в ядрах галактик. Такие объекты формируются на протяжении всего космологического времени, пока образуется сама галактика. И есть разница в размерах гравитационных радиусов: если радиусы черных дыр звездных масс в нашей Галактике порядка 10–30 км, то в ядрах галактик они от миллионов до миллиардов километров.

Сверхмассивные черные дыры наблюдать проще из-за их размеров, и их давно изучают. Так как их светимости очень велики, то их видно практически из всех пределов Вселенной. Квазары — это далекие сверхмассивные черные дыры с мощным излучением, которое связано с энерговыделением от вещества, падающего на дыру в ядре галактики. Окружающая ядро галактика из-за большого расстояния и мощной подсветки ядра практически не видна, и объект выглядит квазизвездным (отсюда и название «квазары»). Их ближайшие аналоги, так называемые галактики Сейферта, были открыты намного раньше, чем квазары.  В их ядрах видны очень широкие эмиссионные линии водорода, которые соответствуют скоростям движения газа до нескольких тысяч километров в секунду. Черные дыры как физические объекты предсказаны в общей теории относительности в начале XX века, но наблюдательные проявления их не были известны, и поэтому их особенно не искали. Квазары обнаружили в середине XX века, когда увидели огромные энерговыделения и установили, что они переменные. Тогда возникла идея, что это и есть сверхмассивные черные дыры.



— Зачем галактике черные дыры?

Черные дыры звездных масс — это естественный результат эволюции достаточно массивных звезд, конечная фаза эволюции, когда заканчиваются источники энергии и давление горячего вещества недостаточно для противостояния сжатию из-за гравитации его массы.
Звезды эволюционируют по-разному. Солнце и подобные звезды генерируют энергию в процессе термоядерного синтеза на основе водорода, находясь на этой стадии порядка 10 млрд лет. Более массивные звезды проходят стадию горения водорода, а затем и гелия намного быстрее. Это время уменьшается обратно пропорционально кубу массы. Звезды с массой в две массы Солнца проходят эту фазу примерно за миллиард лет. Звезды с массами в 50–100 масс Солнца — за несколько миллионов лет. Те, что имеют массу менее 1,4 массы Солнца, проходят фазу белых карликов, при которой их размер примерно в сто раз меньше, а плотность в миллион раз больше, чем на Солнце. Звезды массивнее Солнца в 1,4 раза, сжимаясь к концу эволюции под действием сильной гравитации, превращают свои электроны и протоны в нейтроны, и за счет квантовых эффектов давление нейтронов удерживает нейтронную звезду в равновесии. Размер нейтронной звезды порядка 10 км, а плотности такие, как в ядрах атомов, — миллионы килограмм в кубическом сантиметре. А вот звезды с массами более 3,3 массы Солнца в конце эволюции должны превращаться в черные дыры, либо тихо, либо в виде огромного взрыва, сбрасывая внешние слои с очень большими скоростями. Такое явление называется вспышкой Сверхновой. При этом светимость оболочки на короткое время может быть сравнима со светимостью целой галактики.

— А какова судьба нейтронных звезд?

— Если говорить глобально, они просто остывают. Но к нейтронным звездам проявляется повышенный интерес, потому что из-за огромного сжатия их исходно скромные магнитные поля усилены в триллионы раз. Вещество в таких экстремально сильных полях ведет себя очень необычно, например круглые атомы вытягиваются в иголочки. Кроме того, нейтронная звезда может становиться сверхтекучей. Поэтому изучение свойств вещества и его взаимодействия со сверхсильным магнитным полем является очень важным направлением, дает возможность наблюдательной проверки общей теории относительности. И это, пожалуй, одно из самых ценных применений наблюдательной астрофизики нейтронных звезд.

— А как часто звезды взрываются?         
                     
— Это зависит от того, насколько массивна галактика, — раз в 100 лет... раз в 30 лет...

— А в нашей Галактике?

— За последнюю тысячу лет по крайней мере несколько сверхновых взрывалось.
Если сверхновая взорвется около Солнечной системы, то мало не покажется. Существует гипотеза, что вымирание динозавров тоже было связано со вспышкой сверхновой. Могут какие-то события быть связаны со вспышкой сверхновой, так как идет высокоэнергичное излучение

— Что же мы видим, наблюдая за черной дырой?

— Мы не видим, что происходит после того, как внешняя оболочка оторвалась, и все остальное продолжает притягиваться, мы не видим, что с этим веществом происходит, после того, как оно поглотится черной дырой. Мы видим то, что вокруг: либо падающий на дыру газ, либо в двойных звездных системах видно, как черная дыра буквально «съедает» звезду, затягивая внешние ее части. Если наше Солнце сжать до трех километров, оно тоже начнет все поглощать. И окружающее Солнце вещество, прежде чем на него упасть, будет набирать скорость и светиться. При этом характерное время таких вспышек очень коротко, поэтому обнаружить их очень сложно.

Небо на высоте 10 000 метров

— Семен Аронович, вы изучаете нетипичные галактики. Что это такое, и чем они отличаются от обычных?

— Как во Вселенной рождались галактики? Когда Вселенная была совсем молодая, примерно 12–13 млрд лет назад, большую часть гравитирующего вещества (~85 % по массе) составляла (и составляет сегодня) темная материя, которая никак не проявляет себя в излучении или поглощении электромагнитных волн, но во многих ситуациях (в первую очередь на масштабах целых галактик) проявляется через свою силу тяготения. В процессе расширения Вселенной плотность темной материи, так же как и обычного, барионного вещества, сильно падала. При этом падали температура и давление вещества, и оно становилось менее упругим. Возмущения плотности с массами порядка масс галактик могли расти и формировать гравитационно-связанные объекты из темной материи. Их называют гало. В процессе формирования таких гало в них в той же пропорции затягивалось и барионно-электронное вещество. Исходно барионное вещество представляло газ, частично внутри таких гало, частично вокруг них. Никаких звезд еще не было. Из-за гравитационной неустойчивости в наиболее плотных областях формируются группировки звезд с различными массами. В процессе эволюции в недрах звезд образуются тяжелые элементы, которые во время взрывов массивных звезд вбрасываются в газ и обогащают его металлами. Чем массивнее галактика, тем интенсивнее она формирует звезды и обогащает газ. Так что имеется достаточно выраженная связь между массой галактики и металличностью газа. Но есть небольшое количество галактик, которые имеют металличность газа намного ниже. В них же отмечается повышенная массовая доля газа по отношению к звездам. Такие необычные галактики находятся в фокусе наших интересов.

Крупнейший в мире радиотелескоп РАТАН-600 Специализированной астрофизической обсерватории (Зеленчукская обсерватория)

— Значит ли это, что это молодая галактика?

— Пока трудно говорить наверняка, но сумма свойств некоторых из них не противоречит тому, что они сформировались относительно недавно. Еще нас интересуют галактики, которые находятся в стадии бурного звездообразования, то есть галактики производят звезды. Их обнаружили в 1950-х годах и назвали голубыми  компактными  галактиками. Цвет зависит от температуры: чем выше температура, тем больше сдвиг в голубую область спектра. Нам интересно понять, что же там происходит.
И третье направление наших исследований нетипичных галактик — это галактики, которые живут в пустотах Вселенной. Большинство галактик существует в группах, в скоплениях, в каких-то структурах. Вот наша галактика существует вместе с галактикой Андромеды и окружена еще сонмом галактик меньших масс, таких как Магеллановы облака. В среднем плотность вещества в таких группах сравнима или немного больше средней плотности во Вселенной. А есть области, где таких массивных галактик, как наша, нет, — это каверны, или пустоты. Но там есть галактики меньших масс. И эти галактики в пустотах по своих свойствам необычны. Их и находить непросто. Например, в нашей Галактике, массовая доля газа — это 5 %, все остальное звезды. И это именно этап эволюции. А вот галактики в пустотах содержат газа 95 % и имеют низкую металличность. Их называют эволюционно молодыми галактиками. Такие объекты находятся значительно ближе к нам, и интересно их изучать, чтобы понять, что же происходило в те дальние эпохи, когда рождались галактики, такие как наш Млечный Путь.

Малый телескоп Специальной астрофизической обсерватории (Зеленчукская обсерватория)

— Семен Аронович, это такая красивая профессия — смотреть на небо, она повлияла на вашу жизнь?

(Семен Аронович посмотрел на свою жену и улыбнулся.)

— Думаю, что да, благодаря ей я встретил свою жену Наталью.

Влияет ли моя профессия на мировоззрение? Трудно сказать; нельзя прожить другую жизнь, чтобы сравнить с другим мировоззрением…
Наверное, она меня сформировала как личность, потому что общаешься на «ты» с космической реальностью. Это не то, что смотришь на небо и видишь какие-то звезды, узнаешь их… Я, может, и не найду конкретных звезд, так как знаю небо другим… Для меня небо, может, вот тот его лоскуток в созвездии Рыб, где есть галактики, которые эволюционируют особым образом… Проникаешь взглядом на расстояние в миллиард световых лет и начинаешь что-то чувствовать, понимать, как оно все там происходило… и в этом есть какой-то кураж.

— Может ли небо нам что-то рассказать о Земле?

— Сейчас найдено много экзопланет — планет, похожих на нашу Землю. И по мере того, как мы находим их и понимаем тот большой спектр возможностей, которые есть у них, мы начинаем лучше понимать и саму Землю, насколько она уникальна как обитель человечества, насколько можно ожидать встретить братьев по разуму. Изучение неба — это не только наука для человека, но и философия.

— Есть древний закон, который гласит: «Как наверху, так и внизу». Может ли небо подсказать что-то человеку?

— Это, конечно, вопрос из большой философии. Но, безусловно, если человек именно так думает, если он кроме земных дел смотрит за жизнью неба, если он понимает, что кроме законов нынешней экономики есть законы, которые управляют развитием Вселенной, то у человека формируется широкий взгляд и кругозор, что позволяет ему более гибко воспринимать окружающую действительность. Люди приземленные, живущие только на узком круге реальности, если их вывести из этого круга, становятся буквально неадекватными, потому что не понимают, что есть еще что-то вне этого круга. Небо позволяет человеку не впадать в какую бы то ни было квазирелигиозность, которая порой граничит с дикостью, и более практично относиться к жизни.







You have no rights to post comments

0
0
0
s2sdefault
vk button
powered by social2s