Легендарный старт и ушедшая эпоха. Астрофизик Сергей Попов о научных победах и потерях 2021 года

Вначале скажу немного о хорошем. С одной стороны, пандемия и связанные с нею ограничения вынужденно привели к существенному росту разнообразной просветительской онлайн-активности. Здесь появилось много интересного. С другой стороны, за долгое время люди истосковались по офлайну, и поскольку с лета и осени лектории стали осторожно открываться, в краткосрочной перспективе можно ожидать рост их аудитории благодаря отложенному спросу. Это, пожалуй, самое хорошее, что происходило в популяризации науки в этом году.

Теперь плохое. Это, конечно же, поправки к закону «Об образовании», которые были приняты. Затем появился совершенно жуткий регламент, но — здесь звучат фанфары и барабанный бой! — с ним удалось побороться (на платформе regulation.gov документ набрал рекордные 25,6 тыс. дизлайков. — Прим. «НП»). Проект регламента был отозван, но мы ждём новый документ, который, по слухам, появится вскоре после Нового года. За этим надо следить и стараться заглядывать на законодательные порталы почаще, чтобы быть готовыми содержательно критиковать то, что предложит власть. Просто есть опасность, что, отбив непопулярную законотворческую инициативу в первый раз, люди станут склонны к компромиссу. Нужно осознавать те позиции, которые мы не можем сдать, и просто оперировать здравым смыслом: взрослые люди за свои деньги могут собираться и что-то обсуждать по своему усмотрению и без государственного регулирования.

Среди печальных событий 2021 года нельзя не упомянуть смерть Дмитрия Борисовича Зимина. Он целая эпоха в популяризации науки в нашей стране, и пока не видно никого, кто мог бы сделать что-то сопоставимое с тем, что он сделал в этой области.

Для астрономов главным событием 2021 года стал запуск телескопа «Джеймс Уэбб». Это большой проект, который очень долго делали. В нём много новых технологий, он очень дорогой и нужен для всех астрономов, потому что телескопы такого масштаба — универсальные инструменты, которые могут изучать как объекты Солнечной системы, так и самые далекие уголки Вселенной, о которых мы ещё даже не знаем. Чтобы представить торжественность момента, я бы сказал, что значительная доля ныне живущих астрономов не увидят следующей большой космической обсерватории: реально что-то сравнимое по масштабу, по всей видимости, появится только после 2043 года, и это оптимистичная оценка. Пока на 100% не ясно, что это будет, есть несколько конкурирующих проектов, а проект-лидер LUVOIR как раз намечен на 2043 год.

Поэтому запуск телескопа «Джеймс Уэбб» — важное событие, которое на ближайшие 20 лет определит развитие астрономии. Будут, конечно, и другие запуски (телескоп по имени Роман, например), но они не такие масштабные.

Если говорить о научных результатах, то 2021 год был, скажем так, нормальным для развития астрономии. «Нормально» — это когда за год появляется более 10 тыс. исследовательских работ, среди которых можно выделить несколько сотен сильных, но из их числа трудно отметить несколько выдающихся (очень редко бывает так, что есть фавориты, они появляются не каждый год). Поэтому я представлю мой очень субъективный вариант списка научных результатов — 2021.

В 2021 году гравитационно-волновые обсерватории LIGO и Virgo не работали — они стоят на плановом апгрейде, но зато был выпущен окончательный каталог событий, которые эти обсерватории зафиксировали в прошедшем научном сеансе наблюдений. Это каталог «GWTC-3: слияния компактных двойных, обнаруженных LIGO и Virgo в течение второй части третьего сеанса наблюдений»). Это очень важно. Это большая работа, где зафиксировано много слияний чёрных дыр, есть и парочка слияний с нейтронными звёздами.

Было и несколько важных научных результатов, связанных с быстрыми радиовсплесками. Особенно интересны те, которые не только приносят новые знания, но при этом говорят нам, что окончательная модель будет гораздо сложнее и интереснее, чем нам казалось вначале. Здесь самое неожиданное (и любопытное) открытие быстрого радиовсплеска в шаровом звёздном скоплении в близкой галактике.

Шаровые скопления — это места, где в последнюю очередь можно было ожидать источник быстрых радиовсплесков. Одно это делает картину более запутанной. Поток данных по этим всплескам растёт, много всего обнаруживается, однако увязать всё это вместе пока не получается — это и есть настоящая сконцентрированная наука. Здесь на примере одного феномена мы видим, как делается современная наука, как формируются разнообразные теоретические модели, появляется куча новых наблюдений, в том числе на ультрасовременных установках.

Я выделю еще один результат, который мне тоже очень нравится. Последние лет 25 в астрономии одним их самых интересных типов объектов являются экзопланеты, которые вращаются вокруг других звёзд. Иногда эти планеты падают на звёзды, и это очень интересный процесс. Нам хочется понять, как часто это происходит. Мы ни разу ещё не видели собственно падения, но мы можем в некоторых случаях понять, что на звезду упала планета. Люди проделали очень интересное исследование в этом направлении.

Как узнать, что планета упала на звезду? Просто: планета состоит из вещества, отличающегося от звездного по составу, и если планета недавно спикировала на звезду, то в ее внешних слоях появится очень много тяжёлых, нетипичных для звезд элементов. Планеты «загрязняют» звезду, и это можно обнаружить. Но иногда, видя химические аномалии, мы не можем сказать, виновата ли планета или это что-то другое.

Для того чтобы прояснить ситуацию, исследовали примерно сотню двойных звёзд. Если звёзды рождались вместе, мы ожидаем, что они одинаковы по составу. А вот если отличаются, значит на одну из звезд в паре недавно упала планета. Это почти как исследовать близнецов: например, очень популярны близнецовые исследования в области психологии. В английском языке есть такая игра слов: nature or nurture (природное или приобретённое). Например, есть два близнеца, генетика у них одна, а мы ищем различия и выясняем их причину: результат воспитания, влияние внешней среды и т. п. Астрономы таким же образом искали звезды, родившиеся в одной системе, чтобы на большой выборке можно было оценить, как часто примерно планеты падают на звёзды. Получилось красивое и остроумное исследование в важной области. Оказалось, что почти на треть звезд относительно недавно выпадали планеты.

В отечественной астрономии тоже есть из чего выбрать. Я выделю результат, который получили коллеги из института им. Иоффе в Петербурге. У них есть небольшой детектор гамма-излучения, который работает на спутнике. С его помощью они открыли совершенно замечательную вспышку.

Есть такие удивительные нейтронные звезды — магнитары, которые могут давать очень мощные вспышки. Но искать вспышки магнитаров в соседних галактиках очень трудно, и есть буквально несколько кандидатов. В 2021 году вышла работа по обнаружению ещё одного кандидата в близкой интересной галактике в созвездии Скульптор. Вообще магнитары — они такие «наши» объекты, их открыли в нашей стране в конце 70-х годов, и приятно, что люди продолжают ими заниматься и получают результаты мирового уровня с помощью своих приборов.

Вообще в России есть несколько астрофизических установок мирового уровня, например байкальский нейтринный эксперимент. Кроме этого, работает космическая обсерватория «Спектр-РГ», продолжают работу разные телескопы, разбросанные по всей стране: большие и малые.

В астрофизике обязательно присутствуют и различные рекорды. То самая большая или маленькая планета, то самая быстро вращающаяся нейтронная звезда, а то самая медленная. В прошедшем году тоже установлены интересные рекорды, которые, что важно, поставили серьёзные научные проблемы или позволяют продвинуться в изучении интересных процессов. Назову два интересных результата. Первый: был обнаружен рекордно быстро вращающийся одиночный белый карлик. Вероятнее всего, он возник в результате слияния двух белых карликов. То есть была двойная звёздная система, звёзды превратились в белые карлики и слились. Изучение результата слияния позволит лучше понять эволюцию двойных звёзд и свойства белых карликов.

Другое рекордное открытие: был обнаружен очень далёкий и очень мощный квазар. Квазары — одни из самых мощных астрономических источников, это сверхмассивная чёрная дыра в центре какой-нибудь галактики, вокруг неё вращается мощный аккреционный диск (его мы и видим как источник излучения). Так вот обычно ранее обнаруживали либо далёкие квазары, либо мощные, если они находятся поближе. В нашем случае важно, что обнаруженный квазар одновременно и очень далёкий, и с очень мощным радиоизлучением. Это проблема, поскольку мы видим такой объект один спустя всего лишь 670 млн лет после Большого взрыва, и это означает, что массивная чёрная дыра в 1,6 млрд солнечных масс уже сумела к этому моменту сформироваться. Это вызов моделям эволюции сверхмассивных чёрных дыр. Скорее всего, разгадка лежит в том, откуда берутся черные дыры в молодой Вселенной — мы пока недостаточно хорошо это понимаем. Мы очень надеемся, что телескоп Уэбба поможет нам в этом разобраться. А может быть, ответ на вопрос, с чего же начинаются квазары, дадут инструменты уже нового поколения, которые сейчас только строятся или разрабатываются.