Цивилизация
— Как бы вы объяснили человеку, далекому от физики, что собой представляет объект ваших исследований SS433, которому посвящена ваша вышедшая недавно статья в Nature Physics? И почему SS433 называют одним из самых экзотических объектов Вселенной?
— Попробую объяснить. Во Вселенной присутствуют разные звезды. Одна из них, как мы хорошо знаем, — это Солнце. В нашей Галактике и других галактиках рождаются звезды разной массы. Если рождается звезда более 30–40 солнечных масс, то в конечном итоге она превратится в черную дыру. Черные дыры — это реальность, которая существует в космосе. Это те объекты, которые все засасывают вокруг себя. Но черные дыры встречаются крайне редко. И конечно, нашей цивилизации и Солнечной системе они не угрожают.
Мы наблюдаем черные дыры как очень яркие рентгеновские источники — в рентгеновском диапазоне.
Астрофизики специально строят космические обсерватории, при помощи которых наблюдают объекты в рентгеновском диапазоне. До Земли рентгеновское излучение не доходит, потому что поглощается в атмосфере. И эти черные дыры светят ярко, только если рядом есть вторая звезда. Двойные звезды — очень частое явление в космосе. Правда, таких объектов в нашей Галактике открыто пока 20–30.
И это уникальные черные дыры с массой 5, 10, 15 масс Солнца. Они действительно засасывают все вокруг себя. Но при этом, когда вещество в них падает со звезды-соседки, они светят очень ярко — выделяется огромное количество энергии. Так вот SS433 уникален потому, что на него в данный момент звезда-соседка сбрасывает очень много газа. И получается сверхкритический режим аккреции.
— А поясните, пожалуйста, читателям, что такое аккреция?
— Аккреция — это падение. Когда газ падает на черную дыру, вокруг дыры образуется аккреционный диск, который очень ярко светит. Если газа падает больше, чем известный критический предел, то это уже сверхкритический аккреционный диск. Такой диск не только выделяет колоссальное количество энергии, но и выбрасывает лишнее вещество со скоростью несколько тысяч километров в секунду.
Черные дыры могут выделять энергию. В далеком будущем, если наша цивилизация выживет и продолжит развиваться, можно будет черпать энергию из черных дыр. Черные дыры — это неисчерпаемый источник энергии!
Физикам и астрофизикам также очень интересно изучать сверхкритический режим аккреции, а SS433 находится в нашей Галактике, можно сказать, рядом, и мы можем его изучать детально. Это важно, потому что в первый миллиард лет в нашей Вселенной начали появляться сверхмассивные черные дыры. Называются они квазары. Их масса достигает десятков миллиардов масс солнца. И это могло произойти только в режиме сверхкритической аккреции, когда в ранней Вселенной на черные дыры падало большое количество вещества. Это очень важно для понимания Вселенной в целом. То есть мы на примере этого SS433 изучаем, во-первых, сверхкритическую аккрецию и ее механизмы, а во-вторых, квазары, ведь в них происходит примерно то же самое.
— В описании SS433 сказано, что «один из ее компонентов, скорее всего, является черной дырой или, что менее вероятно, нейтронной звездой». Почему нельзя точно сказать, что это, черная дыра или нейтронная звезда?
— Есть много свидетельств, что это черная дыра. Сейчас у нас появилось доказательство этого, которое мы планируем вскоре опубликовать. На самом деле за сверхкритическим диском в SS433, этим очень ярким объектом, не видно звезды-донора. В других черных дырах, где видна звезда-донор, вы можете точно измерить ее массу.
Здесь же все фонтанирует, все во все стороны разлетается. Стандартными способами измерить массу почти невозможно.
Также о том, что SS433 — это черная дыра, можно судить по косвенным критериям. Во-первых, только на черных дырах может сформироваться такой сверхкритический диск, в котором есть огромный канал, а по оси канала выбрасываются струи. Такое возможно, если часть избыточной энергии должна сливаться в черную дыру. Второй косвенный критерий — это масса, нейтронная звезда имеет среднюю массу полторы массы солнца. Тут стоит ввести понятие предела Эддингтона, критический предел, о котором я говорил выше. Эддингтоновский предел — это такое значение светимости объекта, при котором сила его светового давления равна силе притяжения самим объектом. Этот предел связан с массой объекта. Так вот у SS433 светимость слишком большая: она соответствует массе 10–15 масс солнца, то есть это черная дыра.
— SS433 посвящено огромное количество научных статей. Как удается постоянно узнавать про этот объект что-то новое?
— Когда SS433 только открыли, у астрофизиков был сильный шок. Поэтому появилось много статей, было много чего непонятного с этим объектом. Потом, где-то лет пятнадцать назад, возникло какое-то волшебное высказывание: «Сверхкритическая аккреция». И сразу все встало на свои места, начался второй этап исследований. Снова появилось море статей, затем народ вновь стал успокаиваться. Вскоре стало ясно, что в квазарах сверхкритическая аккреция возможна. И вновь интерес астрофизиков к SS433 начал возрастать. А когда появились суперкомпьютеры с десятками миллиардов операций в секунду, стало возможным моделировать эту сверхкритическую аккрецию. И опять пошла волна новых исследований! В общем, нам еще есть с чем поработать.
— Расскажите подробнее про ваше нынешнее исследование: как бы вы сформулировали его основной результат?
— Наша работа была посвящена ультраярким рентгеновским источникам, которые были открыты во внешних галактиках примерно 15 лет назад. Это удивительные объекты: они излучают в тысячи раз больше энергии, чем самые яркие черные дыры нашей Галактики.
Мы выяснили, что это тоже сверхкритические аккреционные диски, как и SS433. Несмотря на то что в рентгеновском диапазоне ультраяркие рентгеновские источники абсолютно не похожи на SS433, они все же идентичны SS433. В этом наш главный результат. Работая в оптическом диапазоне, мы пришли к следующему выводу: все двойники в оптике ультраярких рентгеновских источников, которые когда-либо сняли астрофизики, показывают идентичный спектр. А этот спектр такой же, как у SS433. Ультраяркие рентгеновские источники в рентгеновском диапазоне совсем не похожи на SS433: и яркость другая, и спектр другой. Мы вместе с японскими коллегами решились очень долго наблюдать спектры этих источников в оптическом диапазоне. Это очень трудная задача: мы должны были снимать спектры совсем слабых звезд — 22 величины. Но после того, как мы все-таки получили эти спектры, мы выяснили, что они все одинаковые.
Все спектры ультраярких рентгеновских источников, которые мы получили на японском телескопе Subaru на Гавайских островах, показали одинаковый тип спектра.
Этот тип также похож на спектр очень массивных и горячих звезд. Но мы пришли к выводу, что это не звезды, что это действительно очень мощный и горячий ветер от сверхкритических аккреционных дисков, который имитирует спектр горячих звезд. Совершенно такой же спектр у SS433.
— Какие перспективы открывает данная работа? Меняет ли эта статья что-то кардинально в представлениях ученых о Вселенной?
— Вообще да: наша публикация показывает, что ультраяркие рентгеновские источники, которые наблюдаются в галактиках, действительно есть сверхкритические аккреционные диски черных дыр. И если до сих пор мы знали только один такой объект — SS433, — теперь мы знаем: их много. Значит, мы можем их изучать, это облегчит понимание астрофизиками сверхкритической аккреции. Это важно. Показав, что ультраяркие источники — это сверхкритические аккреторы, мы в десятки раз увеличили количество таких объектов. Теперь мы можем изучать их как популяцию. Индивидуальные особенности отдельных объектов (как это всегда бывает) позволят нам глубже понять процессы, которые там работают.
— Основной наблюдательный материал для вашей работы был получен на японском телескопе Subaru. А в каком состоянии находятся отечественные телескопы и отечественные обсерватории?
— У нас есть очень сильная обсерватория на Северном Кавказе (САО РАН — Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук), где имеются шестиметровый телескоп БТА и довольно хорошие приборы. В этой обсерватории работают астрофизики-наблюдатели мирового уровня. Один из спектральных приборов (называется SCORPIO), созданный в этой обсерватории, никак не уступает лучшим мировым образцам. Наши астрофизики могут наблюдать на этом приборе звезды 23-й величины. Это очень сложная задача: она доступна только самым мощным телескопам в местах с отличным астрономическим климатом.
Чудес не бывает, конечно, мы можем наблюдать такие сверхдалекие (или сверхслабые), только когда атмосфера очень устойчива. Это бывает очень редко! В России вообще нет мест с нормальным астроклиматом. Для хорошего астроклимата нужна одинокая вершина посреди океана или опять же океан и рядом высокие горы, как в Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили.
То, что в нашей стране плохой астроклимат, — это нормально, абсолютное большинство стран — с плохим астроклиматом. Поэтому мы не можем проводить нормальные наблюдения, даже имея очень хорошие телескопы и очень хорошую аппаратуру. Если раньше, в 1970–1980-х годах, до интернета, до гиперчувствительных ПЗС-детекторов, до новейших разработок просветляющих покрытий стекол, в СССР строились первоклассные телескопы в Крымской астрофизической обсерватории, в Специальной астрофизической обсерватории на Кавказе, сейчас здесь можно строить телескопы для студентов-астрономов.
Кроме техники нужен климат, астрофизики борются за каждый квант!
За рубежом сейчас строятся крупные обсерватории и очень крупные телескопы, например 39-метровый телескоп в Чили, который строит ESO. Это возможно сделать только усилиями многих стран. Время, когда одна страна, пусть даже самая развитая, строит крупный научный проект, прошло. Поэтому очень важно, чтобы Россия вступила в ESO. Россия смогла бы быть активным членом этой организации: в нашей стране очень глубокие научные традиции.
— А вот как бы вы ответили на такой абстрактный вопрос: зачем нашей стране нужна фундаментальная наука?
— Она создает новые кадры. Если у нас развита в стране фундаментальная наука, то сразу возникает много аспирантов, преподавателей, потому что в реально фундаментальной науке удерживается очень мало людей. Фундаментальная наука разбрасывает от себя огромный потенциал — очень сильных ученых, которые идут в школы, в институты, в университеты. Все образование держится на фундаментальной науке. И не только образование, это все технологии, от нано до мега, космос, военные приборы, все современные разработки имеют одни и те же корни — фундаментальную науку. Также люди из фундаментальной науки образуют очень хороший общий фон, формируют «правильную» элиту.
Это принципиально важно для развития страны, тем более для такой большой и самодостаточной страны, как Россия.
— Расскажите, как сейчас живет Специальная астрофизическая обсерватория РАН? Сказалась ли как-то реформа РАН на работе обсерватории?
— Не только в САО РАН, но каждый институт, я думаю, сильно почувствовал эту реформу науки. Даже если она была задумана из самых лучших побуждений, ситуация с наукой в стране ухудшается. С учеными нельзя разговаривать в приказном порядке, каждый из них индивидуал, каждый честолюбив, как любые другие творческие люди. Даже за то время, что уже идет реформа, можно было все обсудить с учеными, пусть они сами спорят или ругаются, но они придут к общему знаменателю, если поставить сроки. Если спускать сверху, то фундаментальная наука будет страдать.
Фундаментальная наука — это очень специфическое состояние общества. Если от нее требовать зарабатывать деньги, наука научится, но фундаментальная наука тут же умрет. Корни развития страны — фундаментальная наука, она должна финансироваться только государством.
Есть много других наук — технические, космические, военные, их финансирование в десятки раз больше, чем у фундаментальной. Эти науки обязаны вкладывать в производство, в развитие технологий, то есть зарабатывать деньги.
В нашей стране эти понятия перемешиваются — наука одна — это принципиальная и опасная ошибка.
Сейчас появился Российский научный фонд (РНФ). Как когда-то, начиная с 1990-х годов, Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) буквально спас фундаментальную науку, вдохнул ей кислород, так и РНФ спасает нашу науку сейчас (вместе с РФФИ). Некоторые научные организации получают очень хорошее финансирование от РНФ. Но опять же по некоторым, особенно крупным, грантам требуется «софинансирование», то есть зарабатывание денег из других источников. Очень хочется получить такой грант многим институтам. Но если вы начинаете зарабатывать деньги, то ваша фундаментальная наука заканчивается ровно в то время (или несколько позже), когда вы начинаете зарабатывать деньги. Ученые, которые реально занимаются наукой, выигрывают гранты, например, потому что это хорошие ученые и их научное направление очень перспективно, обязательно должны быть в прямом контакте с людьми, которые эти деньги умеют брать у государства для финансирования науки.