Научно-популярный журнал, издается с 1926 года

Заглянуть в черную дыру. Радиоастрон и загадки Вселенной

Заглянуть в черную дыру. Радиоастрон и загадки Вселенной

Лекторий «Знание-сила» 11 апреля 2013 г.

Стенограмма выступления.
Лекцию читал Юрий Ковалёв, д.ф.-м.н.,
руководитель ранней научной программы проекта «Радиоастрон»,
заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН

Здравствуйте! Я расскажу немножечко больше, чем только про чёрные дыры. Радиоастрономия, хоть началась давно, всё-таки это не картинки, которые нам даёт Хаббл. Поэтому я начну с рассказа о том, с чего началась радиоастрономия. Поделюсь с вами рассказом про два моих любимых объекта во Вселенной, начиная с одного из самых маленьких, размером 10 километров, заканчивая одним из самых больших размеров, во много мегапарсек. И в середине доклада перейду уже к рассказу про наш проект «Радиоастрон», всё-таки завтра День космонавтики. Надеюсь, что у нас с вами будет время насладиться коротким фильмом о том, как мы, собственно, запускали наш спутник в космос. Что происходило в космосе, когда раскрывался наш космический цветок. И, собственно, про первые результаты, которые нам удалось получить.

На этой картинке вы видите первого радиоастронома в мире, который, скорее всего, никогда так бы себя не назвал. Его зовут Карл Янский.

Он был инженером, и в 1929-м году по заданию «Белл Лабораториз» стал изучать помехи в радиодиапазоне. Вот антенна, которая была построена в 30-м году. С ее помощью Янский увидел, что в примерно один и тот же момент времени он наблюдает увеличение радиосигнала. Это оказалось излучение центра нашей Галактики. Он опубликовал об этом статью и, собственно, это была первая статья, которая рассказывала научно о детектировании радиоизлучения, приходящего к нам из космоса. Вторая мировая война дала серьёзный скачок радиофизике. Было произведено громадное количество радиолокаторов, которые, благодаря Второй мировой войне, фактически, дали толчок, технологиям, которые потом мы стали активно использовать в радиоастрономии. Одно из первых, действительно, выдающихся открытий, которое позволило получить одну из первых Нобелевских премий, в области радиоастрономии, было открытие пульсаров.

Обратите внимание: это настоящая запись открытия первого пульсара в истории, и вы можете увидеть, по этой оси идут метки времени. Это 00 секунд, 10 секунд, 20 секунд. Соответственно, каждый этот штришочек, это отсчёт целой секунды. А вот по этой оси вы фактически видите одну из первых записей первого открытого пульсара. Это было крайне интересно. Вообще, в радиоастрономии очень много неожиданных и интересных открытий. И вы не поверите, а, может, поверите, не знаю, они продолжают нас преследовать до сих пор. В частности, и в проекте «Радиоастрон», мы считаем, нам очень сильно повезло. Так вот, пульсары… Вот эти вот штришки, которые вы здесь видите, это одиночные импульсы пульсаров. И это открытие было засекречено. В течение долгого времени наши коллеги в Кембридже, которые это открытие сделали, – может быть, вы слышали, что это была аспирантка Джосеил Бэлл у своего руководителя Хьюиша; они изучали, фактически, вопрос распространения радиоволн в атмосфере Земли и вот увидели что-то такое необычное – они считали, что это зелёные человечки. Более того, вот этот объект, первый пульсар, был назван, дай бог памяти, «Литтл Грин Мэн 1». На полном серьёзе его назвали «Литтл Грин Мэн 1». Почему они решили, что это всё-таки, наверное, не зелёные человечки? Понимаете, если они предполагали, что зелёные человечки сидят на планете, которая вращается вокруг какой-то звезды, поэтому они предполагали, что они должны видеть изменение периода. Да, вот прихода этих импульсов из-за того, что планета вращается вокруг Земли. Она то приближается, то удаляется. Они этого не увидели. Это первое. И второе. За несколько месяцев они нашли ещё несколько подобных же примеров, после чего поняли, что этот, скорее всего, космический объект. Пульсар, как я сказал, один из самых моих любимых космических объектов. Возможно, в частности, потому, что я активно им не занимаюсь. А всё, чем занимаются ваши коллеги, всегда оказывается очень интересным. Но я, действительно, безумно люблю этот объект по многим причинам. Вот на некоторые из них, перечисленные здесь, я хочу обратить ваше внимание. На сегодняшний день пульсары дали нам уже две Нобелевские премии. Первая – за открытие пульсаров. Вторая – за использование пульсаров для открытия гравитационного излучения. И третье – возможно, будет, опять же, через пульсар, детектирование гравитационных волн уже на Земле.

Что такое пульсар? Это мёртвая нейтронная звезда размеров в 10 метров с абсолютно экстремальными свойствами. Вот пульсар в центре. У него громадное магнитное поле, громадная плотность. Представьте себе, на поверхности пульсара плотность материи составляет 10 в 4-й степени грамма на кубический сантиметр. Итак, в кубическом сантиметре у нас 10 килограмм. В центре пульсара плотность вещества составляет величину 10 в 14-й степени граммов. Отнимите троечку, это означает 10 в 11-й степени килограмм в кубическом сантиметре. Это самая большая плотность вещества в каком бы то ни было объекте во Вселенной. То есть пульсар позволяет нам исследовать процессы, которые, в принципе, невозможно исследовать на Земле. Что мы видим с Земли? Мы видим эти самые импульсы. Когда? Когда пульсары, вращаясь вокруг своей оси, вот этот лучик чиркает по Земле. В результате, как я уже сказал, это лаборатория экстремальной физики. С другой стороны, и это оказалось для нас очень важным и полезным для проекта «Радиоастрон», это прожектор, который собой просвечивает очень ярко межзвёздную среду и благодаря ему можно изучать межзвёздную среду. Это самые точные часы во Вселенной. Никакие атомные часы, про которые вы, наверное, много слышали, не сравнятся с точностью со шкалой времени, которую астрономы строят по пульсарам. И, естественно, с помощью пульсаров можно проверять предсказания общей теории относительности. И на сегодняшний день, фактически, пульсар является основой гравитационной астрономии. Я не знаю, слышали ли вы или нет, но наши американские коллеги до своего кризиса имели планы послать в космос интерферометр гравитационный, который будет измерять гравитационные волны. С этим были связаны основные, в общем, надежды гравитационных астрономов, которые занимаются этой наукой уже многие годы.

В частности, один из моих одногруппников сейчас работает в Германии, как раз вот сидел на этой работе. Всё это кончилось, не начавшись реально. Потому что у американцев кончились деньги, не начавшись фактически. И все наши коллеги теперь имеют надежды, связанные вот с этим. Смотрите, какова идея. Вообще, как гравитационные волны измеряются? У нас есть какое-то пробное тело. Ну, представим, что это кирпич, и нам нужно измерить с высочайшей точностью колебания этого кирпича из-за того, что через него проходят гравитационные волны. Как это сделать рассказывать не буду. Не моя наука, да и сегодняшняя лекция посвящена не этому. Главное – это идея, к которой вышли наши коллеги пульсарщики. Они предложили в качестве такого пробного тела, в качестве кирпича, использовать нашу планету. Итак, как вы видите, гравитационное поле или, точнее, гравитационные волны, которые распространяются во Вселенной и пробное тело наша планета Земля. И небольшие колебания нашей планеты предполагается измерять, привязавшись к сетке порядка сотни, если не больше, пульсаров, разбросанных по нашей галактике. Это очень активно развивающийся сегодня проект, и, как я говорю, надежда моим коллегам-пульсарщикам получить третью Нобелевскую премию.

Перейду ко второму объекту, который является объектом как бы моей любви и объектом, про который я потом буду рассказывать, какие достаточно интересные вещи сделать в проекте «Радиоастрон». Итак, от очень малых объектов, но крайне интересных, экстремальных в смысле своих характеристик, мы переходим к громадным объектам, к галактикам. Итак, галактика. Здесь одна из галактик таких традиционных. Они бывают сфероподобные, эллиптические, спиральные, с перемычками, неправильные. Мы не имеем нормальных русских слов, чтобы их описать. Масса его так 10 в 7-й, 10 в 12-й степени, да, миллиарды массы Солнца, сильно больше, чем миллиарды. И размеры. Итак, мы с вами переходим от 10-ти километров – размер пульсаров до, вот видите, килопарсеки, которые, конечно же, в голове у нормального человека не сложатся. Поэтому давайте говорить: в тысячах световых лет, то есть от одного края галактики до другого свет идёт порядка сотни тысяч световых лет. Вот это вот размер галактик.

И с ним связан интересный парадокс, который был парадоксом около полувека назад. Нам очень важно в астрономии понятие причинности, которая говорит о следующем: что информация во Вселенной, мы верим в общую теорию относительности или, точнее, на сегодняшний день, у нас нет обоснованных причин, почему бы нам не следовать построениям общей теории относительности, и один из постулатов общей теории относительности говорит о том, что информация во Вселенной может переноситься со скоростью не больше, чем скорость света. Таким образом, объекты, как целое, могут менять уровень своего излучения на значительную величину только на масштабах времени, около или больше величины, равной: размер объекта разделить на скорость света. В результате понятно, что никакая галактика не может показать вам быстрой переменности излучения. Всегда считалось, что галактики, они достаточно такие скучные в смысле переменности своей яркости, своей интенсивности, такие объекты и по масштабам, по крайней мере, нашей жизни ничего значимого с ними не случится. Однако, ошибка, по факту это оказалось не так, и наблюдались, так называемые, квазизвёздные объекты. Значит, наблюдательный факт, с которым пришлось как-то считаться, что были обнаружены быстропеременные объекты, то есть которые меняли свой блеск, даже в оптике, на интервалах времени порядка дней, недель. Однако, с другой стороны, было видно, что они компактны. Вывод – значит, это звёзды. Однако, голландский астроном, который сейчас работает в Калтехе, точнее, он на пенсии уже, Мартин Шмидт, измерил красное смещение от одного из таких объектов, который вы видите здесь на рисуночке. Его называют «3Т 273». Как говорил маленький принц: «Взрослые любят называть всё телефонными номерами». Это вот один из таких многих примеров. И красное смещение однозначно сказало о том, что до этого объекта миллиарды световых лет. То есть это должна обязательно быть галактика. Но галактики большие. Противоречия надо как-то разрешать. Мы приходим к квазару. Собственно, имя «квазар» – квазизвёздный объект. Вот квазар у нас на экране. Что же такое квазар? Это не просто галактика, это какая-то галактика с очень высоким уровнем активности. Намного более высоким уровнем активности, чем наша галактика. В центре мы предполагаем, находятся сверхмассивная чёрная дыра в тысячу солнечных масс. Она подпитывается от такого вот диска. Мы называем его аккреционным, от английского слова «аккреция», то есть фактически падение вещества на центральный объект. А почему, собственно, аккреционный диск? Понимаете, проблема в том, что во Вселенной очень сложно не вращаться. Если хоть что-то вас подтолкнуло к вращению, не вращаться практически невозможно. Вот представьте себе, вы притягиваете к себе какую-то массу, и звёзды падают на вас. То есть, естественно, они падают не так, а падают они как Тунгусский метеорит под углом. Естественно, каждый падает под своим углом, и вы набираете момент вращательный. И если вы в космосе, то вы практически обязательно будете вращаться. А раз вы вращаетесь, то вот для такого объекта наиболее оптимальной формой является как раз диск. Поэтому все подобные объекты, вы знаете, и масштабов галактических, и масштабов звёздных, они практически всегда будут иметь вокруг себя что-то наподобие диска, который подпитывает тебя веществом и так часть вещества падает в центр и становится как бы частью этого центрального сверхмассивного объекта. Часть выбрасывается наружу в виде узких коллимированных струй релятивистского вещества. Сказал много красивых длинных слов. Давайте с ними разберёмся.

Узкое – понятно. Коллимированное – это английское слово. Практически означает то же самое, что «узкое», но подразумевает, что какое-то внешнее воздействие использовалось фактически для того, чтобы вот построить вот такой узкий выброс. Считается, что либо выброс поджимается плазмой, находящейся снаружи вот этого узкого выброса либо магнитным полем. Потому что центральная чёрная дыра генерирует магнитное поле и, фактически, вдоль силовых линий магнитного поля распространяется это вещество. Релятивистское, это всего лишь означает, что частицы плазмы в данном объекте, а это релятивистская струя, что релятивистский выброс двигается со скоростью очень близкой к скорости света. И вот в данном случае это какие-то заряженные частицы, скорее всего, это релятивистские электроны. Одна из задач проекта «Радиоастрон» – проверить, что же, собственно, излучают в данных выбросах релятивистские электроны. То есть электроны двигаются со скоростью очень близкой скорости света. Так, первое. Вы – заряженная частица. Второе. Вы должны двигаться со скоростью очень близкой скорости света. Третье – вы должны двигаться вдоль магнитного поля. Ну, фактически, нанизываясь на силовые линии. В этом случае вы будете излучать очень таким эффективным механизмом, который называется синхротронный. Его впервые открыли на Земле, на ускорителе, который назывался, собственно, синхротрон, и там мы впервые об этом узнали. Один из моих профессоров в университете рассказывал, что он лично видел синхротронное излучение своими глазами. Говорил, что это красивое голубое свечение в ускорителе. Но сам я никогда не видел.

Эти струи ещё интересны тем, что из-за того, что они двигаются со скоростью близкой к скорости света. Все известные вам, несомненно, не только по научно-популярной литературе, но так же и по фантастической, странные эффекты релятивистские сокращения времени и т.д., они там работают. И в результате эти струи выглядели для нас на Земле ещё ярче, чем есть на самом деле. Благодаря чему мы, собственно, можем видеть излучение с расстояния в миллиарды световых лет.

У меня тут есть несколько фильмов, и я попробую их вам показать. Вот один из них, как раз, про подобный объект. Вот, как мы себе представляем, что происходит там в центре. Вот, обратите внимание в центре сверхмассивная чёрная дыра. Вещество аккреционного диска вращается, падает наружу. Мы уходим подальше-подальше. Вот видите, вырываются в виде очень узкого выброса, который мы, уходящий дальше и дальше, видим, как, фактически, такой вот джет в масштабах начиная от субпарсек, то есть, если говорить во временах световых, то от светового месяца до тысячи световых лет. Вот в данном фильме вам показывалась струя только одна. На самом же деле мы считаем, что их всегда две симметрично. Они бьют в две стороны. Но вот вы видите такой очень традиционный для астрономов-наблюдателей эффект, который всё время с нами, это эффект систематика. У нас всё время систематика против нас борется. Мы практически все струи из квазара видим только односторонние. Почему? Помните, я вам рассказывал, что есть релятивистские эффекты, которые приводят к тому, что струи выглядят ярче на самом деле. Но это только в том случае, если они бьют нам в глаз. Чем дальше, чем больше угол наблюдения струи, чем дальше эта струя уходит от нашего глаза, тем как бы струя ослабевает. Соответственно, понятно, что если две струи, одна бьёт нам в глаз, другая бьёт в противоположную сторону, мы увидим только ту, которая бьёт нам в глаз. Вот, собственно, по этой причине большинство струй для наблюдателей выглядят односторонними. Это как раз тот самый случай, когда надо сказать: не верь глазам своим.

Чёрные дыры. Итак, я рассказывал о том, что в центре каждых данных объектов мы предполагаем сверхмассивные чёрные дыры. Откуда мы про это знаем? Ну, конечно же, это предположение. Никто чёрную дыру впрямую не видел, однако, у нас есть возможность измерить её массу. Каким образом? Если это центр нашей галактики, то мы её видим, мы видим траектории движения звёзд вокруг центра галактики. И по траекториям движения, по скорости движения звёзд мы можем определить примерно, где находится центр. Соответственно, по закону Кеплера мы можем примерно оценить массу центрального объекта. С внегалактическими объектами, с галактиками примерно то же самое. Мы можем измерить скорость движения определённых регионов вот этого аккреционного диска и, опять же, по закону Кеплера примерная цель – какая должна быть масса центрального объекта. И вот для далёких галактик она оказывается порядка миллиард солнечных масс. По большому счёту сложно придумать что-то другое кроме чёрной дыры, которая имела бы этот миллиард солнечных масс, поэтому большинство учёных верят, скажем так, не верят, а согласны с теорией, которая подтверждается косвенно теми или иными экспериментальными проверками, что, действительно, чёрная дыра есть в центре.

Проект «Радиоастрон» позволит посмотреть на чёрную дыру впрямую в том смысле, что у нас будет возможность, имея очень высокое угловое разрешение, изучать очень компактно детали. Собственно, подойти к чёрной дыре. Увидим мы чёрную дыру? Конечно же нет. Она чёрная. Что же мы должны увидеть на самом деле? Если нам повезёт, и центральная область вот в нашей галактике будет прозрачная, мы, собственно, её увидим. Мы увидим что-то подобное тому, что вы видите здесь на экране. Фактически, мы охотимся за тем, что называется тенью чёрной дыры. То есть мы ожидаем, что мы увидим что-то типа бублика. Вот данное моделирование проведено нашими коллегами для центра нашей галактики. И вот на следующей картиночке вы увидите, какие возможные варианты, в зависимости от наклона аккреционного диска мы ожидаем увидеть для чёрных дыр: разные массы, разной направленности струи или аккреционного диска с материей, падающей на центральный объект, а вот, для случая наблюдения далёких галактик.

Черная дыра

Обратите внимание, что мы, опять же, ожидаем увидеть либо бублик, либо бублик с верчением к одной из сторон, либо вот такой вот полумесяц. И в зависимости от того, что мы видим, мы можем сказать многое про саму чёрную дыру. То есть, фактически, в зависимости от того, вращается чёрная дыра или не вращается, будет разная картина и, естественно, в зависимости от того, как наклонён аккреционный диск. Вот это то, что мы реально ожидаем увидеть, если нам повезёт, и центральные объекты в далёких галактиках не закрыты плотным слоем непрозрачного газа.

Кротовые норы. Нередко задают вопрос про это. Честно скажу, я был в шоке пару лет назад, когда рассказывал лекцию в школе, где мои дети учатся, второклассникам. И после лекции основные вопросы были про кротовые норы. Означает, что дети, наверное, слишком много смотрят телевизор. Кротовые норы очень тяжело, хотя и возможно, отличить от чёрных дыр. Однако для этого нам нужно, наверное, вот, не подобные вещи увидеть, а попытаться восстановить структуру магнитного поля. Потому что магнитное поле, которое генерирует центральная машина, в зависимости от того, чёрная дыра или кротовая нора, будет разное. Вот, собственно, наша надежда по кротовым норам и чёрным дырам.

Теперь, рассказав вам про, вот, то, как начиналась астрономия, про любимые объекты или наиболее интересные объекты, с которыми мы работаем, я вернусь уже в радиоастрономию, но в ту самую технологию, которую мы используем в нашем проекте «Радиоастрон», который сейчас успешно летает и работает. Но начну я с грусти. Грусть заключается в том, что в радиоастрономии у нас самые длинные волны. Длина волны в радиоастрономии практически соответствует длине нашего организма или какой-нибудь его части. Это самые длинные волны, какие есть. А вот такой параметр, который мы называем угловым разрешением или способностью изучать как бы мелкие детали, вот размер этих мелких деталей, оно равно следующей формуле единственная формула, которая будет показывать в своей презентации. Мы делим длину волны наблюдения, она в числителе, а в знаменателе диаметр зеркала нашего телескопа: λ/D.

Можно легко прикинуть, что если у нас длина волны наблюдения несколько сантиметров, а диаметр зеркала, предположим, сто метров, то мы совершенно кошмарным образом проигрываем оптической астрономии. К чему это приводит? Это приводит к тому, что наращивая чувствительность наших телескопов, то есть, фактически, не имеем возможности изучать всё более слабые объекты, мы быстро приходим к ситуации, когда для нас два объекта сливаются в один. И, практически, они начинают из себя представлять такой шум неба. Намного более высокий уровень шума, чем тот, который даёт нам наши инструменты. Что делать? Фактически, это ситуация с крайне бедным угловым разрешением, с бедной возможностью как бы разделить объекты друг относительно друга, должна была бы убить радиоастрономию. Решение пришло с идеей использовать интерферометры, когда используется несколько телескопов вместе, как один телескоп. Вот, фактически, будет такое длинное плечо на одном конце которого один телескоп, на другом конце которого другой телескоп. Вот я показываю здесь, что в случае с интерферометром вот это вот угловое разрешение дает возможность изучать мелкие детали какого-то одного объекта или, другими словами, возможность разделить два находящихся рядом объекта, у нас уже определяется другой очень похожей формулой: λ/B. Здесь мы делим длину наблюдения на расстояние между телескопами. Мы начали работать с замкнутых интерферометров, когда телескопы стояли рядом, и они соединялись проводами. Однако потом советские учёные, некоторые из них, точнее, 2/3 из них до сих пор живы. Это Леонид Иванович Матвеенко, Николай Семёнович Кардашов и Геннадий Борисович Шоломицкий предложили идею незамкнутых интерферометров, когда сигнал записывается независимо, потом сводится в общий центр для, собственно, анализа этих данных. И это стало называться радиоинтерферометрией со сверхдлинной базой.

В результате нам удалось этот параметр, В в знаменателе – расстояние между телескопами, практически, довести до уровня порядка диаметра нашей планеты. И в результате мы перешли из ситуации, когда мы были самыми бедными, в смысле углового решения, мы заткнули всех за пояс и вот наиболее высокое угловое разрешение, возможность исследовать наиболее компактные детали объектов или восстанавливать их изображения наиболее чётко перешло в руки именно радиоастрономии. Мы за это, конечно, платим очень дорогую цену. Какова цена? Нам нужно записывать грандиозные объёмы данных. Поэтому в те годы, когда первые шаги по реализации подобной методики делались, это 70-е годы прошлого столетия, никакой техники, которую можно было бы купить в магазине и использовать, не существовало. Поэтому приходилось разрабатывать свои крайне дорогие магнитные ленты, суперкомпьютеры, которые позволяли бы это анализировать и в результате, собственно говоря, всё это реализовывать.

Когда мы наблюдаем ночью в телескоп, мы видим просто точечку, если мы её наблюдаем телескопами интерферометрами, разнесёнными по нашей планете Земля, то мы видим, что это не просто точечка, а точечка, которая нам улыбается. А в случае, если вынести один из телескопов в космос и, соответственно, увеличить возможность восстановления наших карт космических объектов ещё лучше или как бы уйти вглубь тех или иных объектов ещё больше, то мы наконец-то, видим кто, собственно, нам улыбается из космоса.

И вот эта идея была реализована в проекте «Радиастрон». У нас есть наземные телескопы, у нас есть космический телескоп, 10-метровый «Радиастрон», который мы запустили в космос полтора года назад. Вот этот пример телескопов, которые с нами работают на Земле по именно методике радиоинтерферометрии со сверх сверхдлинной базой. И очень разные телескопы здесь есть. Вот два слайда вам покажу о том, как кроме того, чтобы изучать собственно в подробности космический объект, о котором я вам уже рассказывал, у нас очень интересные практические приложения. Кроме того, мы можем привязываться к космическим объектам и относительно них изучать скорость движения телескопов, радиотелескопов, которые их наблюдают с высочайшей точностью. Фактически, мы можем измерять координаты телескопа, который является частью, подобный интерферометрической системы с точностью лучше одного сантиметра.

В результате любые сообщения в новостях, любые книги, которые вы читаете про то, что, я не знаю, Австралия двигается в сторону Японии, а Южная Америка приближается к Северной – это всё построено на основе измерений радиоинтерферометрических сверхдлинной базы. Вот эти стрелочки здесь как раз это и показывают. Видите, вот это Австралия. Вот здесь стрелочка показывает, что она достаточно активно двигается в сторону Японии, наверное, со скоростью несколько сантиметров в год. А вот это, если я правильно понимаю, Европа, которая двигается уже куда-то на восток. С другой стороны, ни ГЛОНАС, ни GPSне могут сегодня работать без информации, которую дают именно наши интерферометры. Им необходимо знать с хорошей точностью, собственно, куда направлена ось вращения Земли. И вот как раз информация эта показана здесь на картиночке, направление оси вращения Земли в каких-то координатах. И вот, видите, как она двигается или, точнее, плывёт в течение месяцев 2010-2011-го года. Соответствующие службы работают, по-моему, чуть ли каждый день и благодаря этому, собственно, вот эти системы позволяют нам восстанавливать и получать координаты, измерять координаты, привязываясь к спутникам ГЛАНАС и GPS, вот, с той точностью в несколько сантиметров, которые сегодня реализованы. Для успешной работы им нужно две вещи. Первая – это параметры вращения Земли. И второе – это знать реальную длительность суток. То есть насколько она отличается от ровно 24-х часов, которые, вы видите, плавает с годами здесь на уровне нескольких миллисекунд.

Перейдём к «Радиоастрону»? Вот идея «Радиоастрона», вы можете посмотреть на этом рисуночке. Фактически, мы эмулируем собой гигантский наземно-космический телескоп в нашем случае размером, практически, от Земли до Луны. Вообще, немножечко не укладывается в голове. У нас орбита спутника 9 суток длится. И вот каждые сутки наш спутник проходит расстояние от Земли до Луны. Благодаря чему в точке максимального удаления у нас реализуется максимальное угловое разрешение, да, возможность изучать наиболее компактные детали на уровне порядка 300 тысяч километров. Значит, мы улучшаем то, что нам доступно на Земле примерно в 30 раз. Самая важная задача для интерферометров, это возможность, необходимость с высочайшей точностью синхронизовать записи данных, которые мы получили на разных телескопах. Нам нужно реализовать синхронизацию с точностью до атомных часов. Часы идут со стабильностью 10 в 14-й секунд за секунду. То есть они уходят на одну секунду за несколько миллионов лет. На самом же деле, нас, конечно же, не беспокоит стабильность долговременья, нам важно, чтобы за время, скажем, сутки наших наблюдений они давали нам эту стабильность работы. В противном случае никакого положительного результата наших измерений мы не получим. Так вот наш спутник имеет на борту подобные атомные часы. Вообще, наверное, за всю историю это первый, если я не ошибаюсь, запуск водородных атомных часов в космос и уж, несомненно, первый за всю историю успешный запуск, вообще, первый и сразу успешный запуск атомных часов производства фирмы нашей страны, которые называются «Время “Ч”».

Радиоастрон

Итак, наш космический телескоп, который наблюдает какой-то космический объект и одновременно наземные телескопы наблюдают его, они строят наземный космический интерферометр. Кроме этого у нас есть станция сбора информации. Мы должны сбрасывать громадный поток данных на Землю. У нас есть станция на Земле, находится в обсерватории в Пущино Московской области, на которую вот идут данные со скоростью 128 Мгб в секунду одновременно с нашими наблюдениями космических объектов. Мы ожидаем, что через несколько месяцев заработает вторая станция слежения и сбора информации в Соединённых Штатах. В результате чего мы сможем наблюдать ещё большее время. То есть, фактически, эффективность нашей миссии увеличится. Кроме этого у нас есть станция управления, 60-70-тиметровые радиотелескопы, которые находятся один в Подмосковье, другой – в Уссурийске рядом с Китаем. И, собственно, это, наверное, основные компоненты нашей системы. Очень коротенько, как мы, собственно, выглядим, наша история. Вот так выглядел наш аппарат до запуска в космос. История создания, вообще, история проекта «Радиоастрона», история создания нашего спутника, она во многом идёт вместе с историей нашей страны. Задумывалась в Советском Союзе в конце 70-х, начале 80-х годов. Первый официальный на государственном уровне документ о финансировании разработки «Радиоастрона» был подписан дорогим товарищем Леонидом Ильичом Брежневым. После чего, как вы помните, наша любимая страна развалилась и вместе с ней, естественно, проект был заморожен. И вот примерно 5-7 лет до запуска его практически полностью пришлось перерабатывать, практически, всё строить заново. Но уникальность идеи «Радиоастрон» заключается в том, что за 30 лет, которые прошли с момента начала формулировки идеи, начала работы над этим аппаратом, и собственно запуском, она не устарела.

Для многих других аппаратов за эти годы задачи просто были выполнены. В случае с «Радиоастроном» это не так. Почему? Вот в астрономии есть такой подход, что если вы строите какой-то новый дорогой телескоп, вы вкладываете серьёзные деньги, то получить большой шанс сделать что-то принципиально новое, открыть принципиально новое, у вас это получится только в том случае, если один из основных параметров вашего телескопа будет превышать всё, что было доступно до этого в 10 раз. Это либо чувствительность, то есть возможность изучать наиболее слабые объекты, либо поле зрения, то есть возможность проводить обзоры неба с очень большой скоростью. Либо вот один из параметров, про который я сегодня говорю, это угловое разрешение. То есть возможность изучать наиболее компактный объект или восстанавливать карты объектов во Вселенной с максимальной чёткостью. Вот в нашем случае, мы увеличиваем этот параметр примерно на полтора порядка, в 10, тире, 30 раз.

Итак, вот мы такой, как лепесточек. Вот здесь наш служебный модуль, который нами управляет, питает нас. Вот так аппарат выглядит в раскрытом состоянии. Я постараюсь вам показать, как, собственно, мы раскрывались и в середине лета 2011-го года мы были запущены в космос. Я вам покажу, как мы запускались. Всё-таки завтра 12-е апреля и будет абсолютно неприлично, если я не покажу вам, как мы полетели.

Итак, это ракета «Зенит-2». Она российско-украинская. Её нередко называют «экологически чистой ракетой». Но, фактически, это означает, что она намного чище, чем «Протон». То есть «Протон» жутко грязный. И, вообще, почему ракета грязная или чистая? Весь вопрос в окислителе. Вот у «Зенита» окислитель кислород и в результате, он практически полностью сгорает, но у каждой ракеты есть примерно 5-10% топлива, которое не сгорает. И вот всё то, что не сгорает, оно остаётся в атмосфере. И вот то, что не сгорает в «Протоне» и остаётся в атмосфере, крайне экологически грязно. Раньше это, собственно, было тайной, собственно, что горит в «Протоне». Сейчас это уже нет, но я всё равно никак на могу запомнить правильное слово. Я уверен, что кто-то, да, кто-то здесь должен помнить это. А почему «Протон» не может летать на кислороде? А потому что «Протон» разрабатывался, как ракета, которая не для космоса, а которая будет лететь между Советским Союзом и Соединёнными Штатами, доставляя, собственно, «гуманитарную помощь». А если нужно доставить, то решение об этом принимается очень быстро. Нажимается красная кнопка, после чего ракета должна вылететь за очень короткий промежуток времени. То есть, собственно, рабочее тело в вашей ракете должно уже находиться там. И когда вы нажимаете кнопку, вы не можете ждать несколько часов, чтобы залить его. А жидкий, сжиженный кислород в ракете храниться не может. Поэтому вот время заправки «Зенита» состоит примерно 6 часов, что очень быстро. Но для целей военных – этого было недостаточно. Поэтому, в «Протоне» это не сжиженный кислород, «Протон» поэтому считается экологически грязным. И каждый раз, когда мы запускаем «Протон», насколько я знаю, мы платим определённую сумму Казахстану за то, что мы вот такими вещами занимаемся.

Значит, было две ступени у «Зенита». Первая отработала за 2 минуты, вторая отработала примерно за 10 минут и вот достаточно такие, знаете, сложные ощущения. Я был во время запуска. Вы стоите в паре километров от ракет и, фактически, главное, что вы делаете, это вы пытаетесь услышать в громкоговоритель комментарии таким достаточно солдатским голосом. И вы пытаетесь услышать слово «нормально». Каждый раз должно быть слово «нормально». И нам повезло. У нас было всё нормально и примерно через 15 минут от нашей ракеты уже ничего не осталось, и летел уже разгонный модуль, который называется «Фрегат-СБ», производство НПО имени Лавочкина, с нашим аппаратом, который, вы помните, как выглядит, на борту. А дальше начиналось самое интересное, самое такое тяжёлое для нас. Потому что в первое включение разгонного модуля «Фрегат-СБ» происходило на другой стороне нашей Земли. В советское время у нас были корабли, которые в случаях подобных запусков уходили в Южное полушарие. И они, собственно, могли снимать телеметрическую информацию с аппарата, который рассказывал про его состояние. Поэтому в момент включения разгонного блока вы знали, включился он или нет. Вы знали, как он отработал. Сейчас этих кораблей у нас нет. И включение происходит без нашей возможности отследить, что же там происходит на самом деле. Мы исходим из того, что всё произошло нормально. И если включение прошло нормально, примерно 20 минут отрабатывала первая, собственно, первый шаг по разгону, мы знаем, по какой траектории должен выйти наш аппарат. Знаем, где его ждать, где его искать и, собственно, можем с него снять информацию по его состоянию. Вот в случае с проектом «Радиоастрон» нам повезло. Всё сработало штатно, точность вывода аппарата, значит, закладывается 10% от полётного задания. Реализовано было 5%. И вот после 2-х включений мы вышли на заданную орбиту, и уже через несколько часов, сидя в жутко жарком самолёте на взлётно-посадочной полосе на Байконуре, чтобы улететь обратно в Москву, мы знали, что «Фрегат-СБ» отработал успешно, отделился от нашего аппарата, и уже наш аппарат в свободном полёте вышел на заданную орбиту.

К сожалению, в случае с «Фобосом-грунтом» ситуация была другая, как вы знаете. Именно по этой причине его достаточно долгое время искали, потому что было неизвестно, как отработал  разгонный модуль. Было непонятно, на какой орбите он находится. Ну, вот нам, к глубокому нашему счастью, очень сильно повезло. Это было наше первое везение, но далеко не последнее. Сейчас я вам расскажу про второе везение.

Через 5 дней, точнее, через один день, как сказал один из конструкторов из НПО Лавочкина, всё, что могло раскрыться, всё раскрылось. И нам осталось раскрыть собственно космический радиотелескоп. Вот в этом фильме я вам покажу, как он раскрывался на Земле. Вот проводочки сверху, точнее, тросы, будем их правильно называть, это система обезвешивания. Чтобы эмулировать ситуацию в космосе с отсутствием веса. И, вот, представьте, у нас есть основание 3-хметровое, к которому прикреплено 27 лепестков. Они раскрываются и, собственно, мы получаем в результате 10-тиметровое зеркало в космосе. Как вы понимаете, 10-тиметровое зеркало мы запустить не можем, потому что диаметр ракеты у нас примерно три метра.

Радиоастрон

Этот фильм снят примерно с троекратным ускорением. Всего время на раскрытие на самой медленной скорости занимает примерно 10-12 минут. Как раскрывается? В основании зеркала стоит кольцо, к которому прикреплены тросики, 27 тросиков. Один конец тросика прикреплен к кольцу. Второй конец тросика прикреплен к лепестку. И вот так каждый лепесточек этим тросиком, который тянется этим вращающимся кольцом, он раскрывается. Пятница. Где-то примерно 21-е июля 2011-го года в НПО Лавочкина, в ЦУПе собралась достаточно большая группа людей, которая следила за этим раскрытием. В соседней комнате, у нас было немалое количество журналистов. Дана команда на раскрытие. Раскрытие происходит успешно, точнее, есть информация, что кольцо двигается. Однако, примерно через 10 минут приходит информация, что кольцо аварийно останавливается, потому что сильно ток увеличился и информация из концевиков о том, что они встали в пазы не приходит.

То есть складывается ощущение, что космический телескоп раскрылся, но раскрылся не до самого конца. В течение нескольких часов с ним производились разнообразные манипуляции, но всё-таки информация о том, что раскрылся до конца, так и не пришла. После чего журналистам не было сказано ничего и, можете представить, что потом пошло в прессу по этому поводу. Это было интересно. Это было очень тяжёлая вещь, потому что иметь 27, практически раскрытых лепестков, но незафиксированных, потенциально двигающихся, это не то, что мы хотели. Понятно, что они ещё и немножечко так вот подсогнуты под углом. То есть фактически у нас и площадь была бы не очень хорошая. Это был вечер пятницы. В ночь с пятницы на субботу наши коллеги из НПО Лавочкина поставили аппарат таким образом, чтобы основание, называется проставка, это самое колечко, максимально однородно прогрелось под Солнцем. Существует ограничение, градиент температур по этой проставке, что было выполнено уже в момент раскрытия, но, возможно, этого было недостаточно. Итак, на ночь это было поставлено. На следующее утро была дана команда на раскрытие, и наш телескоп открылся полностью. Итак, на следующее утро, это была суббота, наверное, 22-го июля или 23-е, он раскрылся, концевики встали на свои нужные позиции, была команда на закрепление, что тоже прошло успешно. После чего мы получили, собственно, вот тот самый 10-метровый космический телескоп, который мы ждали около 30-ти лет. Вот выглядит он примерно так.

Как я уже говорил, технически это один из самых сложных космических проектов за всю историю. Но кроме этого он ещё интересен тем, что никто никогда не летал с космическими радиотелескопами, как часть интерферометра, на такие большие расстояния от Земли. То есть по большому счёту мы, в принципе, не знали чего ожидать. Были многие предсказания, достаточно интересные, положительные, отрицательные, которые нам приходилось проверять. Вот в этом смысле принципиально отличались от ситуации, например, ну, с тем же Хабблом и многим другим, потому что, если вы качественно сработали, вы работаете, вы знаете, в общем, более-менее, что вы получите. В нашем случае, для нас это была загадка. С одной стороны это был риск, с другой стороны это было очень интересно. На данной картиночке вы видите пример по той самой, вот помните, узкой коллимированной релятивисткой струе одной из далёких галактик, которая называется, как я уже я вам обещал, телефонным номером 0716 плюс 714. Вам оно не говорит ничего, но многих из моих коллег разбуди ночью и они вам расскажут про нее очень многое. Вокруг этого объекта было вообще поломано много копий. Я наблюдал, как научное сообщество делилось на две части. Этот объект показывает крайне странное поведение, очень быстро меняется яркость у него извлечения на масштабах десятком минут. И мои некоторые коллеги говорят, что это связано с внутренними причинами, что-то там очень компактное внутри есть. Некоторые говорят, что это эффект распространения радиоизлучения через межзвёздную среду в нашей галактике. Мы провели картографирование и некоторые вещи, которые нам удалось сделать впервые. С Земли практически невозможно измерит ширину сопла основания этой релятивистской струи. А это крайне важно. Потому что вопросы, которые мы изучаем по формированию струй, как эта струя была построена, для них принципиально важен размер сопла. И вот именно благодаря тому, что мы вышли в космос, мы смогли измерить размер, который оказался примерно ноль точка три парсека или примерно один световой год. Вот это первая карта квазара, которая была построена в проекте «Радиоастрон».

Чёрные дыры. Естественно, ручки-то трясутся, хочется. Потому что проект «Радиоастрон» практически напрямую даёт нам возможность увидеть тень от чёрной дыры в одной из близких к нам галактик, которые находятся в созвездии Дева-А, находятся всего на расстоянии в 16 мегапарсек. Всего почему? Потому что мы знаем, или мы считаем, что мы знаем, что масса этой чёрной дыры несколько миллиардов солнечных масс, примерно 6 миллиардов солнечных масс, и отсюда мы можем примерно оценить размер тени от этой чёрной дыры. Помните, я вам показывал предсказание по тому, как должна выглядеть тень. Так вот размер тени для данной чёрной дыры, он сопоставим с тем угловым разрешением, которое имеет «Радиоастрон». То есть «Радиоастрон», наблюдая центр данной галактики, должен видеть тень от чёрной дыры и в том случае, если центральная её часть не закрыта от нас поглощающим вокруг плотным веществом. Пока сегодня, не обессудьте, ответа вам не дам. Наблюдения этого объекта мы смогли провести только недавно. Потому что вы знаете, должны сойтись определённые факторы на небе, потому что у нашего космического телескопа есть много ограничений. Мы не можем смотреть ближе, чем 90 градусов от Солнца. Вот мы провели эти наблюдения около пары месяцев назад. Наблюдения прошли очень успешно с космическим радиотелескопом и со всеми крупнейшими наземными радиотелескопами. Это американский трехсотметровый Аресибо, возможно вы его видели не только на картинках в интернете, но и, например, в фильме про Джеймса Бонда. Где, помните, вначале было озеро, а потом его спустили, остался телескоп.

Мы использовали фазированный VLA (Very Large Arrey, штат Нью-Мексико – прим. ред.). VLA обязательно тоже видели в каком-нибудь из фильмов. Например, вспоминайте последний фильм про терминатора. Они начинаются с того, что уничтожают такое громадное поле из 20-метровых зеркал. Может, не помните. Ну, в общем, это оно VLA – тоже с нами наблюдало. Более того, они 5 последних лет проводили апгрейд этого телескопа для того, чтобы стать в 10 раз чувствительнее. И после этого им пришлось учиться заново, как человек учится заново ходить, они учились заново складывать сигналы со всех телескопов вместе. И вот первый эксперимент, вот после 5-ти лет простоя они впервые научились вместе складывать это излучение, они тоже наблюдали с нами именно с целью увидеть тень чёрной дыры в этой галактике Дева-А. Сейчас как раз мы проводим анализ данных. Я надеюсь, что через несколько месяцев сможем что-нибудь вам рассказать. «Радиоастрон» уже наблюдал одну из самых близких из массивных чёрных дыр. Мы надеемся получить результаты очень скоро.

Пульсары. Не зря я вам рассказывал про пульсары. И не зря я вам говорил о том, что пульсары являются великолепными прожекторами, которые нам просвечивают межзвёздную среду. Вот смотрите. Здесь как раз нарисовано. Этот слайд подготовили наши зарубежные коллеги, которые работают вместе с нами над научной программой проекта «Радиоастрон» по части пульсаров. Представьте себе пульсар, вот одиночный импульс у него высветился. И он проходит по пути из космоса, от какого-то места нашей галактики. Вот он приходит в наш космический радиотелескоп, который потом сбрасывает свои данные к нам в Пущино и напрямую на наземные телескопы. В результате они проходят немножечко разный путь. Импульс по дороге портится и кроме этого происходит то, что называется у нас межзвёздными мерцаниями или простое расплывание света. Представьте себе, что вы видите фонарь напрямую или вы смотрите на фонарь через плотный туман. Вот это то, что происходит с излучением очень компактных объектов типа пульсары. И современная теория межзвёздной среды предсказывала, что если мы в проекте «Радиоастрон» будем наблюдать пульсары на больших наземно-космических базах (порядка ста тысяч километров, 150-200 тысяч километров), то есть улучшив угловое разрешение, которое имеется у нас на Земле, примерно в 5 и более раз, для пульсаров, которые находятся за плотной межзвёздной средой мы не получим никакого сигнала. Современная теория межзвёздной среды, межзвёздной плазмы, современное понимание ее структуры говорило о том, что величина сигнала будет, которую мы должны были проиндексировать, 10 в минус сотой степени. То есть это глубоко под тем уровнем шума, который есть в проекте «Радиоастрон». Мы не должны были увидеть вообще ничего.

Поэтому мы предполагали, что мы будем работать только с теми пульсарами, которые находятся близко к Земле, и между нами и этими пульсарами есть не так уж много плотной межзвёздной плазмы. Действительность превзошла все наши ожидания. На этой картиночке вы видите, по этой оси вы видите амплитуду того самого сигнала, который мы получили на нашем интерферометре, так называемый корреляционный сигнал, он был одинаковый, полученный на наземном и космическом телескопах. Вот у одного из пульсаров. Ну, как я пишу, этого быть не должно. Фактически, что это означает? Это означает, что одна из основных теорий, с которыми мы работаем, чтобы предсказать, в каком виде радиоизлучение из космоса придёт к Земле, оно нуждается, если мягко говорить, то в серьёзной доработке. Практически, это означает, что наше представление о структуре межзвёздной среды, потому что это такие как бы клочки или сгустки межзвёздной плазмы, оно совершенно не соответствует действительности.

Как раз сейчас наши коллеги в группе, которые занимаются вопросами звёздной среды и пульсаров, занимаются тем, что, фактически, перерабатывают теорию межзвёздной среды. Данный пример очень близок моему сердцу ещё и потому, что аналогичные результаты мы получили, исследуя квазары. Были аналогичные предсказания, что если мы будем наблюдать компактные квазары на очень больших наземных космических базах и на длинных волнах в проекте «Радиоастрон», а мы можем наблюдать на длинных волнах 90 см, 18, 6 и 1.3 сантиметра, так вот были предсказания, например, что на 18-ти сантиметрах мы, практически, ничего не получим по той же самой причине. Межзвёздная среда нас убьёт. И надо признать откровенно, что в начале наших наблюдений научных, я руковожу группой, которая занимается как раз квазарами, мы приняли решение, что мы не будем ставить в наблюдение большой объём экспериментов на длинных радиоволнах. Потому что мы думали, что, практически, мы ничего не получим, а нам было принципиально важно изучать наиболее компактные области, наиболее близко подходящие к центральной сверхмассивной чёрной дыре. Это оказалось ошибкой. Межзвёздная среда не мешает исследованиям квазара тоже, и сейчас мы очень активно занимаемся этим вопросом.

Давайте я, наверное, на этом закончу. И буду рад услышать ваши вопросы. Спасибо!

Ответы на вопросы

Вращение чёрных дыр. В принципе, оттуда ничего кроме гравитационных полей не исходит. Значит, о чём тогда идёт речь? Что вращается? Горизонт событий вращается? Вещество в аккреционном диске? О чём речь? И не вращающиеся чёрные дыры, как они себя проявляют?

Ну, конечно же, аккреционный диск вращается. Но когда речь идёт про вращающуюся и невращающуюся чёрную дыру, то, фактически, речь идёт про такие проявления, как магнитное поле. Потому что магнитное поле, которое генерируется чёрной дырой, оно зависит от того вращается она или нет. Она, собственно, будет генерироваться разное магнитное поле. И второй момент. Это, собственно, вот то, что я вам показывал про то, как будет выглядеть тень от чёрной дыры. В случае невращающейся чёрной дыры, она, скорее всего, будет круглой симметричной. В случае вращающейся, потому что всегда мы смотрим не в ось вращения, она будет немножечко сплюснутой с одной стороны.

Магнитное поле, где оно берётся? Из неё же, из черной дыры, ничего не выходит. Или это электромагнитное излучение?

Из окрестности черной дыры, из областей в районе горизонта событий. Значит, основная проблема, которая у нас есть, с квазарами. Это мы до сих пор нормально не знаем, как формируются, строятся вот эти самые выбросы релятивистские. Почему? Потому что в любой науке построенная теория должна проверяться экспериментом. А наши возможности экспериментальные по наблюдениям не позволяют подойти так близко к центральной машине. Это как раз это одна из наших надежд проекта «Радиоастрон» помочь в этом вопросе. Это причина, почему было для нас так важно иметь возможность измерить ширину основания, ширину сопла струи. Потому что это, практически, даёт хоть какую-то информацию, которая хоть как-то может ограничить модели или теории, обсуждающие вопрос формирования чёрной дыры. Вот это вопрос, прошу прощения, вопрос формирования релятивистских выбросов, формирования джетов. Это очень всё ещё для нас проблемные вопросы.

А чем, собственно говоря, отличается вот этот механизм образования квазара от таких механизмов в обычных галактиках, где тоже есть сверхмассивные чёрные дыры?

Ничем. Только в обычных галактиках джеты не образуются. Мы считаем, что не хватает, не хватает вещества, аккреционные диски недостаточно большие. И, честно говоря, ещё черные дыры, там недостаточно массивные. В нашей галактике мы считаем, что масса центральной, масса чёрной дыры – это миллионы масс Солнца. А всё-таки в активных галактиках это миллиарды…

Что будет с объектом, когда он попадет в черную дыру?

Его туда засосёт. Он будет падать на чёрную дыру. В какой-то момент он подойдёт настолько близко к чёрной дыре, что его разорвёт. Он станет таким сильно вытянутым и, в конце концов, он частично может провалиться под горизонт событий, и мы его уже перестанем видеть. Это зависит ещё, на самом деле, от того, мы говорим про чувства этого самого объекта, как он себя видит или как видит наблюдатель со стороны. Это принципиально разное видение. Для объекта, который падает на чёрную дыру, если я сижу на этом, скажем, камне, мне будет казаться одно. А для наблюдателя, который видит это со стороны, будет казаться совсем другое.

Скажите, пожалуйста, «Радиоастрон» позволяет отследить излучение Хоукинга?

Нет. Я принадлежу к экспериментаторам, которые традиционно стараются быть крайне аккуратны в обещаниях. Потому что обмануть нельзя. Теоретики имеют право позволить себе полёт мысли, полёт фантазии. Мы, естественно, тоже имеем право себе это позволить, пока мы не начинаем говорить про возможности конкретного инструмента. Мы считаем, что в случае с проектом «Радиоастрон», если нам удастся продетектировать, то есть подойти очень близко к центральной машине, увидеть тень от чёрной дыры, это будет серьёзнейший шаг вперёд. Честно скажу, о возможности сказать что-то про излучение Хоукинга, мы даже не мечтаем. Но мы будем безумно счастливы, думаю, напьёмся на неделю, если нам удастся увидеть тень от чёрной дыры. Расскажу подробнее про это. Вы можете потом следить за новостями. Мы стараемся обо всём рассказывать максимально оперативно в наших новостях, на которые вы либо подписаны, либо можете подписаться и получать их одновременно со всеми остальными журналистами, учёными в мире. Вот на нашем сайте или просто в Гугле или в любом другом поисковике введите слова «Радиоастрон» или ««Радиоастрон» информационное сообщение», и вы сможете подписаться. Вот первый эксперимент, который мы провели несколько месяцев назад по наблюдению чёрной дыры в центре Девы-А. Основные его задачи – это, вообще, проверить, хватает ли у нас чувствительности для того, чтобы продетектировать, просто обнаружить излучения, исходящие из центральных областей. То есть, не закрыта ли от нас центральная область. В случае, если это окажется успехом, у нас уже запланированы эксперименты по полноценному картографированию, то есть возможность восстановить изображение. У нас будет такая возможность по конфигурации «Земля-космос». Точнее, «Земля – Земля — космические телескопы — объект». У нас будет такая возможность в начале 2014-го года. Вот тогда, у нас будет, наверное, очень хороший шанс восстановить, изображение в центре Девы-А.

Что будет, если нам не повезёт? Нам не повезёт в том случае, если эта область окажется от нас полностью закрытой. Мы пока этого не знаем. Мы должны будем проверить. В случае, если она от нас будет полностью закрыта, у нас есть планы по следующему шагу «Радиоастрона». Проект называется «Миллиметрон», который будет работать на более коротких длинных волнах. А чем короче длина волны нашего наблюдения, тем прозрачнее эта самая область. Поэтому, если наша попытка в «Радиоастроне» увидеть центральные объекты и тень от чёрной дыры кончится неудачно, тогда «Миллиметрон» будет следующим шагом, когда практически гарантировано сможем это сделать.

О чёрных дырах всё время говорят с оговоркой, что это предположительно чёрная дыра. Но при таких массах, там, порядка миллиардов масс солнца, должен быть, наверное, очень большой объект, чтобы он был такой массы и не был чёрной дырой. Мне вот интересно, каких он должен быть размеров. Каких размеров должна быть физическая граница?

Если говорить серьёзно, мы всё-таки пытаемся говорить серьёзно. Я не знаю ни одной другой реалистичной альтернативы чёрным дырам. Поэтому, если позволите, я отвечу на этот вопрос, не знаю, удовлетворит вас ответ или нет, что размер этого объекта совершенно неважен. Потому что это можно обсуждать только в рамках серьёзной теории, которая была проверена по всем основным критериям непротиворечия законам физики и доказала своё право на существование. Я такой теории просто не знаю. Может кто-нибудь другой знает, я нет. У меня нет, могу сказать, что на протяжении последних десятков лет, нет. Длинная история такова. Мой научный руководитель предложил мне добавить в название моей кандидатской диссертации слова «чёрная дыра». Это было много-много-много лет назад. И я воспротивился. Потому что мне не понравилось добавлять в название «экспериментальный» в диссертацию, в которой я рассказывал про результаты наблюдений. Объект, существование которого не доказано. Хотя никакой другой теории я и не знал. С того времени я стал очень подробно следить за любыми другими предложениями, чем же можно заменить «чёрную дыру». И вот прошло, уже 15 лет и за это время я не встретил ни одной, которая бы мне показалась достойной серьёзного обсуждения. Поэтому, если позволите, я скажу, что это чёрная дыра.

А почему такие, строго ограниченные диапазоны частот?

У нас 4 приёмника на борту. Один работает на 92-х сантиметрах, один – на 180-ти, один – на 6-ти, один – на 1.3. На каждый диапазон по приёмнику. Как увеличить покрываемый нам спектр. Вариантов – два. Один вариант, это каждому приёмнику позволить работать в очень широком диапазоне. И второй вариант. Поставить больший набор приёмников. Больше приёмников на борт не влезало. И, честно говоря, я скажу, что, например, мы подвергали серьёзной критике наших зарубежных коллег, которые говорили, что: вы зря там ставите 92 сантиметра. Вы вообще ничего с ними сделать не сможете. Потому что межзвёздная среда полностью его убьёт. Оказалось, это один из наших самых любимых диапазонов. Потому что он нам даёт выдающийся результат по пульсарам. Все наши коллеги, которые с нами не работают, сейчас локти себе кусают. Это вопрос просто по мощности, по весу, по всему. Второй вариант. Как решить проблему? Это строить приёмники, которые будут покрывать широкий диапазон. Технически это очень сложно. На самом деле, у нас стоит один приёмник на борту, диапазон 1.3 сантиметра, который реально работает в интервале от 18-ти до 25-ти гигагерц. То есть это примерно от 1.8 до 1.2 сантиметра. И за это мы расплачиваемся очень серьёзно. У нас там стоит специальный облучатель. То есть то, что на входе аппарата. Для неспециалистов любой приёмник начинается с того, что мы называем облучатель. Это, я упрощаю, либо такая спиралька, где генерируется, собственно, ток. Либо такая палочка, где тоже генерируется ток, и потом он многократно усиливается. Так вот для того, чтобы этот облучатель, который стоит на входе был чувствителен к широкому диапазону частот, это очень тяжело сделать. Я не буду рассказывать технические детали, может быть, даже кто-то в аудитории знает, но по радиосвойствам очень тяжело подобный аппарат построить, чтобы он имел круговую поляризацию. Если линейный можно, круговую – нет. А нам нужна круговая.

Усилители, чтобы они работали в широком диапазоне, тоже очень тяжело строить. То есть это можно, но очень сложно. Те диапазоны, которые выбрали мы – это стандартные диапазоны радиоастрономии для проведения интерферометрических исследований, которыми так же оснащены практически все крупнейшие наземные телескопы, а мы работаем с несколькими десятками, практически, со всем земным шаром, который может с подобной методикой работать. И мы покрываем так же специфический диапазон. Например, так называемые, космические мазеры, про которые я сегодня не рассказывал, потому что точно знал, что времени не хватит. Это узкие линии излучения. Например, вода излучает в диапазоне 22 гигагерца или 1.3 сантиметра. Есть другие мазеры. Мы тоже можем их наблюдать, потому что мы сами выбрали диапазон, в которых они находятся. Это некоторый баланс между теми научными задачами, которые мы можем решать, начиная от длинных волн, от пульсаров, заканчивая короткими волнами. Для квазаров короткие наиболее интересны, угловые решения повыше, прозрачность повыше, и даже мазеры.

Я немножко продолжу вопрос, который прозвучал о том, что случится с объектом попавшим в чёрную дыру. Читая научно-популярную литературу, смотря научно-популярные фильмы, у меня сложилось впечатление, что сверхмассивная чёрная дыра не просто плотный какой-то компактный объект с огромной гравитацией. Это некий проход, дыра или воронка по той теории, что можно оказаться в других мирах, попадая в чёрную дыру. Я так понимаю, что кротовые норы, они тоже переходы в другие вселенные или там другие части нашей Вселенной. Вот в связи с этим у меня вопрос. Вот в чём разница именно между чёрной дырой и кротовой норой, если они и так и так являются вот такими переходами в другие миры?

Насколько я понимаю, чёрные дыры не могут быть переходами куда бы то ни было. Давайте, сначала про кротовые норы поболтаем. Существование кротовых нор в теории принято. Теория кротовых нор не противоречит основным законам физики. Поэтому, как теоретический объект, они существуют. Потому что у нас нет никаких доказательств того, что кротовые норы существуют. Хотя есть предсказание, как отличить кротовую нору от чёрной дыры. Возможно, это интересно, потому что в некотором смысле проекты типа «Радиоастрон» могут попытаться это сделать. Есть предсказание, что у чёрной дыры и у кротовой норы магнитное поле, которое генерит, кротовая нора и чёрная дыра, они должны быть разными. Кротовая нора должна генерить как бы такую вот монополь, один конец которого находится, в нашей Вселенной, другой находится в другой Вселенной. Но в случае с чёрной дырой такое невозможно. И вот, фактически, структура магнитного поля, если мы сможем в проекте «Радиоастрон» её проследить, может быть, как раз нам даст ответ на этот вопрос. Вот, фактически, это единственное что подразумевается, когда говорят, что «Радиоастрон» сможет сказать, существуют ли кротовые норы. Из поляризационных измерений, то есть возможности измерять линейную поляризацию, направление векторов выделенного болтанки электромагнитного поля, можно, собственно, посмотреть, куда направлено при этом должно быть магнитное поле. Там есть свои тонкости, но вот такие возможности есть и одна из программ, которая будет решаться, начиная с середины этого года, одна из ключевых программ, как раз этими вопросами и занимается. Это по поводу того, как можно попытаться проверить вообще, существуют ли кротовые норы. Лично я скептически к этому отношусь, в общем, как и ко всему, как консерватор-экспериментатор.

Что касается того, что кротовые норы позволяют, в смысле, куда войти, куда выйти, то насколько я знаю от коллег-теоретиков, фактически, говорится о том, что, выходя из кротовой норы, вы можете попасть в ту же Вселенную, вы можете попасть в ту же Вселенную, в другое место, но в то же самое время. Вы можете попасть в ту же Вселенную, но в другое время. И насколько мне объяснял один из моих коллег, время, в которое вы попадаете, зависит от того, вращается кротовая нора, в которую вы попадаете или нет. Или, соответственно, можете войти в одну Вселенную, выйти из другой Вселенной. Но нужно чётко понимать, что это всё теоретические представления. Что касается чёрной дыры, то нет. Тут не о чем говорить. Естественно, попадая в чёрную дыру, теория не предсказывает, что вы можете попасть в другую Вселенную. Вы, естественно, попадаете в другое время, но там просто пространство и время меняются местами.

Вы не могли бы рассказать об интересных ожиданиях следующих проектов линейки «Спектр»?

Осталось в линейке три спектра, если я помню правильно. Один «Спектр-УФ». Другой «Спектр-РГ». И третий Спектр «Миллиметрон». «Спектр-УФ» должен работать в ультрафиолете. «Спектр рентген-гамма» должен работать, понятно, в рентген-гамма диапазоне. И спектр «Миллиметрон» будет работать в миллиметрах. Давайте мы сделаем вот что. Я вам расскажу то, что я знаю. То есть то, чем я, более или менее, занимаюсь. Спектр «Миллиметрон». То есть это то, чем занимается наша организация, точнее, та её часть, которая разработала и запустила проект «Радиоастрон». С запуском, собственно, их работа закончилась, и у нас часть инженеров переключилась на «Миллиметрон», и часть, которая специально была под эту задачу собрана. Это совершенно безумный, с точки зрения технологических возможностей, проект. Это следующий шаг, если можно назвать это, конечно, шагом, а не таким семимильным скачком после Гершеля. Вот был запущен Гершель, это 3.5-метровое зеркало, которое работало в миллиметровом диапазоне. Вы знаете, великолепный результат, который он получал по исследованию пыли в нашей галактике, по исследованию звёзд. Очень много интересных результатов по исследованию разнообразных молекул нашей галактики. Вот предполагается, что мы запустим 10-метровое зеркало. Это зеркало будет запущено, чтобы летать вокруг точки Лагранжа L2. Почему вокруг точки Лагранжа? Чтобы всё время находится с другой стороны от Солнца и охлаждаться лучше. У него будет несколько экранов. И идея заключается в том, чтобы охлаждать зеркало этого 10-метрового телескопа. Представляете, сначала мы запускаемся, летаем туда несколько месяцев, раскрывается зеркало. Немножечко по-другому, но похоже на то, как это было сделано у «Радиоастрона». Технология уже плюс-минус проработана и успешно. Так вот это зеркало предполагается, что будет охлаждаться до нескольких Кельвинов. Сначала там будут стоять экраны, которые будут отсеивать всё солнечное излучение, а потом будет стоять активная машинка. Это криогенная система, которая будет охлаждать зеркало до нескольких Кельвинов. Будут стоять приёмники, как радиометры или там такие балометры, они позволят нам проводить эксперименты как вот, интерферометр, аналогичный с тем, как работал «Радиоастрон», так и в режиме одиночной антенны.

Почему очень важно работать в режиме одиночной антенны? Как я говорил, есть очень много интереснейших задач в этом диапазоне. По чувствительности это позволит нам быть сравнимыми с системой «Альма». Вы знаете, это примерно миллиардная система, которая стоит на 5-ти тысячах метрах в Чили, состоящая примерно из 50-ти 12-метровых зеркал. Но благодаря тому, что мы будем в космосе, благодаря тому, что зеркало будет охлаждаться до нескольких Кельвинов, благодаря тому, что у нас приёмники будут охлаждаться примерно до той же температуры, а так же, благодаря тому, что мы не будем иметь проблемы, которые имеет «Альма». А любой наземный телескоп должен работать только в окнах прозрачности, то есть только в тех диапазонах частот, в которых радиоволны проходят через атмосферу Земли. У нас этой проблемы не будет. Вот мы должны будем достигнуть чувствительности, которая будет сравнима с «Альмой». А с другой стороны, в режиме интерферометра мы сможем работать как раз в паре. У нас будет космический телескоп «Миллиметрон», а с другой стороны, эта самая «Альма». И мы, действительно, ожидаем там выдающихся результатов. Что касается квазаров, то основной интерес для меня – это подойти максимально близко к центральной машине. Потому что в этом диапазоне у нас уже не будет никаких проблем с поглощением, которые там, несомненно, есть. Вопрос только, в какой степени. Но мои коллеги, которые занимаются галактиками или нашей галактикой, конечно, ждут её. Потому что, как я уже говорил, пыль, так сказать, протозвёзды, протопланеты. Очень много задач интересных.

Что касается рентген-гаммы, я могу очень долго, на самом деле говорить. Чем, вообще, интересен диапазон рентген? Привязываясь к тому, что я рассказывал в моей лекции, всё-таки тематика такая была: радиоастрономия с концентрацией вокруг «Радиоастрона». И вот если говорить про объекты, которые, которые я обсуждал, квазары, то рентген очень интересен вот почему. Вот этот самый аккреционный диск, который вы видели на предыдущем слайде, его как раз очень выгодно изучать в рентгеновском диапазоне. И вспыхивающий объект, конечно, в рентгене крайне интересно. Давайте на этом закончим.

Reset password

Recover your password
A password will be e-mailed to you.
Back to
Закрыть панель