Самые интересные открытия в астрофизике связаны с экзопланетами
Сергей Борисович Попов - астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга. Перед вами - краткое содержание его беседы с Дмитрием Ицковичем, Анатолием Кузичевым и Борисом Долгиным, состоявшейся в рамках передачи «Наука 2.0.» (совместного проекта информационно-аналитического портала «Полит.ру» и радиостанции «Вести FM»).
Экзопланеты - это любые планеты, которые крутятся вокруг других звёзд. Они могут быть сходны с Землёй, с Меркурием, с Юпитером - или от них отличаться. Существуют, впрочем, и планеты, которые вокруг звезд не крутятся, - свободно летающие объекты, с совершенно разной массой. Для них пока не придумано четкого научного определения, поскольку их не очень активно изучают и открывают, ввиду больших трудностей.
В открытии новых планет есть чисто техническая сложность. Мы зачастую наивно ищем жизнь, похожую на нашу. И поэтому мы ищем планету, прямо сходную с Землей. Это означает, что она должна быть маленькая. Земля - планета маленькая, если ее сравнивать, например, с Юпитером. И она должна быть достаточно далеко от звезды, поскольку, окажись Земля чуть ближе к Солнцу, никакой жизни на ней бы уже не было.
Поэтому открывать планеты, подобные Земле, такие же маленькие, на расстояниях, соответствующих так называемой "области жизни", области обитаемости, когда вода может существовать на поверхности планеты, - это довольно трудное дело. Только в самом конце прошлого года начали появляться первые сообщения о том, что такие планеты вообще обнаружены. На сегодняшний день их найдено несколько штук.
В частности, благодаря работе спутника "Кеплер", было обнаружено две планеты с массой примерно как у Земли, которые крутятся в зоне обитаемости. Звезда там чуть-чуть послабее, чем Солнце, поэтому область обитаемости ближе к самой звезде. Орбитальный период на этих планетах не 365 дней, как у нас, а немного меньше. Но главное то, что, теоретически, если там есть атмосфера, на поверхности может быть жидкая вода.
Но сейчас спутник "Кеплер" и подобные ему аппараты могут изучать только относительно близкие звёзды. "Относительно близкие" означает, что типичное расстояние до них - порядка 100, 200, 300 световых лет. С одной стороны, по меркам Галактики, это очень близко. С другой - по меркам того, куда мы можем запускать спутники, это безнадёжно далеко. Потому, если мечтать о каком-то контакте, то пока это может быть лишь радиоконтакт; современному беспилотному спутнику потребовалось бы примерно 1000 лет, чтобы туда долететь.
Если говорить о других ближайших перспективах астрофизики, то, вероятнее всего, скоро будет открыто темное вещество или темная материя. В рамках стандартной космологической модели ученые примерно представляют, из чего состоит Вселенная. Обычного вещества, то есть протонов и нейтронов, примерно пять процентов от общей плотности. Но есть, кроме обычного вещества, ещё какое-то вещество. Мы его видим благодаря его гравитационному действию. Мы смотрим, как вращаются галактики, с какой скоростью крутятся звёзды вокруг центра галактик, и видим, что массы там больше, чем мы видим звёзд, газа или других обычных составляющих. Галактики двигаются, и мы можем определить полную массу скопления, но массы обычного вещества не хватает. А остальное - по крайней мере, в галактиках, в скоплениях, где вещество скучено, собрано в некое облако, - это и есть тёмное вещество. И это большая загадка, поскольку "поймать" его частицы крайне сложно.
Люди строят детекторы (они постоянно технологически развиваются и по масштабам становятся все больше) в надежде всё-таки поймать частицы темного вещества. И ученые подобрались уже к тому пределу, когда поймают. В ближайшие годы это будет одним из самых интересных открытий.
В результате этого мы узнаем, из чего еще примерно на 20% состоит Вселенная. Кроме того, обнаружение частиц тёмной материи важно для фундаментальной физики. Поскольку это, действительно, один из самых обильных видов частиц во Вселенной.
Еще одна перспектива - исследование расширения Вселенной и исследование темной энергии. В прошлом году Нобелевскую премию дали за открытие ускоренного расширения Вселенной.
Последние несколько миллиардов лет Вселенная расширяется всё быстрее и быстрее. Такой сценарий ее развития рассматривался уже почти сто лет назад, но ученые его не считали реализующимся. В 1998 году удалось показать, что он реализуется. А к прошлому году это удалось показать уже разными независимыми способами.
В свою очередь, тёмная энергия - это то, что заставляет Вселенную расширяться всё быстрее и быстрее. Но доподлинно ученым неизвестно, что это такое: то ли это такое свойство вакуума, которое заставляет вещество разлетаться; то ли это вид физических полей, которые приводят к антигравитации, - это неизвестно. Пока ученые могут измерять лишь темпы расширения Вселенной.
Мы можем все точнее и точнее смотреть динамику, как Вселенная расширялась в разные времена. На днях появилось сообщение, что один из спутников, который предназначен в первую очередь для таких измерений (это европейский спутник "Эвклид"), уже полностью одобрен как программа и будет запущен в производство. Благодаря ему ученые смогут уточнить все параметры расширения Вселенной. Я не думаю, что это даст прямой ответ, что именно представляет из себя темная энергия, но приблизиться к разгадке удастся.
Почему ученые думают, что темная энергия - это определенный вид полей? В современной космологической картине (это третий пункт) есть такой важный этап в жизни Вселенной, который называется "инфляция". Инфляция - это раздувание.
Люди долгое время задавались рядом фундаментальных вопросов про свойства нашей Вселенной. Почему она выглядит такой плоской? Почему нет всяких экзотических частиц? Почему температура так называемого реликтового излучения одинакова примерно по всему небу? Это довольно удивительно, поскольку кусочки, которые мы видим справа и слева, никогда не обменивались информацией, а почему-то температура одинакова. Это нужно как-то объяснять.
Тогда ученые решили, что мог быть такой этап в жизни Вселенной, когда она в течение очень короткого времени (совсем ничтожные доли секунды, не сотые, не тысячные, не миллиардные, гораздо меньше) раздувалась очень быстро. И тогда Вселенная "выдулась" из маленького кусочка. Он стал очень плоским. Все части в нём успели обменяться сигналом, потому что когда-то они были очень маленьким кусочком. Если были какие-то экзотические частицы, они все оказались за пределами этого маленького раздувшегося кусочка. Тогда всё объясняется. Потом теория совершенствовалась. Это всё очень важно, но теория пока не подтверждена, и с поиском подтверждений у ученых много проблем. Их трудно проверять.
Но есть надежда, что запущенный уже спутник "Планк" года через два может проверить одно из предсказаний теории. Закрыть он её не сможет, зато сможет подтвердить. Спутник изучает реликтовое излучение, которое осталось от того момента, когда ещё никаких звёзд не было, а Вселенная была облаком горячего газа.
Четвертое возможное открытие. Вселенная расширялась, появился водород, появился гелий. Но после этого начали образовываться звёзды и галактики. В современной картине мы думаем, что вначале образовались звёзды, потом галактики. Но хочется это проверить. У ученых есть задача - увидеть самые первые звёзды и самые первые галактики. Но упирается это в технические ограничения. Нужно строить большие инфракрасные телескопы, запускать их в космос, и тогда мы сможем увидеть и проверить гипотезу возникновения звезд и галактик.
Большой космический телескоп имени Джеймса Уэбба - самый большой, самый важный сейчас астрофизический проект НАСА, - должен решить эту задачу.
Ещё одно замечательное грядущее открытие - это регистрация гравитационных волн. Точнее, регистрация гравитационных волн от слияния двух чёрных дыр. Это открытые позволит подтвердить, что чёрные дыры существуют.
Их существование точно до сих пор не доказано. Единственный способ увидеть прямо, как «чёрная дыра с чёрною дырою говорит», - это поймать гравитационно-волновой сигнал от слияния двух таких объектов. Каким образом это сделать?
Представим, что была двойная звезда. Двойных звёзд много. Массивные звёзды почти все двойные. Одна звезда вспыхнула как сверхновая, образовала чёрную дыру, другая вспыхнула, образовала чёрную дыру. А дальше они будут сближаться - и, наконец, сольются. Это вполне ожидаемый процесс. И можно с помощью гравитационных волн прямо изучать слияние чёрных дыр, или что бы это ни было, и тогда уже выяснить всё-таки, действительно это чёрные дыры или нет. И ожидание такое, что ученым это удастся сделать года через три-четыре.
Следующий пункт - существенное продвижение в изучении самих взрывов сверхновых, которые из обычных звёзд делают чёрные дыры. Мы видим сотни сверхновых в год, мы знаем, что звёзды взрываются. Мы знаем, что в итоге появляются нейтронные звёзды или чёрные дыры. Но сам процесс взрыва очень сложен. И детально моделировать его очень трудно. Есть надежда, что в ближайшие годы, во-первых, люди, занимающиеся моделированием, всё-таки смогут взорвать звезду в компьютере. Во-вторых, мы ожидаем, что нейтринные телескопы, которые уже построены в Антарктиде, смогут регистрировать сигналы от вспышек сверхновых.
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
