ТАЙНА «ТЕМНОЙ МАТЕРИИ» И «ТЕМНОЙ ЭНЕРГИИ»

Два года назад в интервью «ЗН» директор Института проблем регистрации информации профессор Вячеслав Петров упомянул среди наиболее цитируемых на Западе украинских ученых некоего молодого астронома из Главной астрономической обсерватории НАНУ. Индекс цитирования его работ приближался к тем, которые обычно отличают кандидатов на Нобелевскую премию, - около 500. Фамилия этого ученого - Юрий Изотов. Кстати, сейчас индекс цитирования у него уже превысил 1000 - рекордный для НАНУ результат.

На «круглом столе» в НАНУ, посвященном новейшим достижениям науки, доклад Юрия Изотова о результатах астрономических исследований, без преувеличения, заставил встрепенуться не только присутствующих журналистов, но и ученых. Академик Исаак Трахтенберг, наверное, выразил чувства многих, когда сказал, что «потрясен масштабами открытий, сделанных в астрономии». Кроме всего прочего, украинский астрофизик сообщил о том, что ученые знакомы фактически со свойствами лишь крохотной части вещества во Вселенной. А остальная материя, как выяснилось в последнее десятилетие, может обладать совершенно непредвиденными свойствами, например, отрицательной гравитацией, о которой недавно не решался говорить ни один серьезный ученый. И эти данные сообщил присутствующим вовсе не представитель Академии оригинальных идей или клуба фантастов, а очень сдержанный в оценках исследователь.

Ниже предлагаю содержание беседы с заведующим отделом физики звезд и галактик Главной астрономической обсерватории НАНУ Юрием ИЗОТОВЫМ.

Акушеры Вселенной

В некий момент произошел Большой взрыв, и Вселенная начала расширяться из точки, - так с вещей, устоявшихся в науке (хотя принять их не так легко), начал свой рассказ Юрий Иванович. - В самом начале вещество было очень простым и состояло лишь из водородных частиц. Однако весьма скоро, в первые минуты после Взрыва, стали образовываться некоторые легкие элементы, главным образом гелий - строительный материал для первых звезд. Кстати, понять, как смогли образоваться звезды из такого ненадежного материала, - серьезная научная проблема.

В современную эпоху звезды образуются достаточно легко уже потому, что есть тяжелые элементы, эффективно отводящие энергию. А в первичной межзвездной среде сделать это было сложно - когда газовое облако сжимается, образуя звезду, вещество нагревается и давление повышается. Вследствие чего дальнейшее сжатие прекращается. Рождение звезды как бы приостанавливается. Чтобы процесс продолжался, нужно непрерывно отводить энергию. Но как?..

Поначалу это было чисто теоретическое исследование. Юрия Ивановича интересовали звезды первого поколения. Сейчас они уже не наблюдаются, но именно такие звезды определили дальнейшую судьбу Вселенной. На первом этапе работы (в конце 70-х годов) ученому удалось показать, что имеется источник теплоотвода, приводящий к образованию звезд, галактик. Было построено несколько моделей образования галактик, и, естественно, возникла необходимость найти такие объекты в Космосе. Юрий Изотов из теоретиков перешел в отряд наблюдателей.

Наблюдения нужных объектов в бывшем Союзе можно было вести только на шестиметровом телескопе на Северном Кавказе. Однако анализ ситуации показал, что надо детально исследовать галактики не только в оптическом, но и в радио-, ультрафиолетовом и других диапазонах. Поэтому пришлось обратиться к ученым из США с предложением начать совместные исследования. Те охотно откликнулись, и с тех пор началось тесное взаимодействие. Сейчас даже полученные результаты публикуются совместно. Кстати, проблема публикаций в современной науке достаточно серьезная. Американские коллеги, занимающие лидирующее положение в мире, предпочитают публиковаться в своих изданиях, поскольку их читают астрономы всего мира. Но чтобы приняли статью в американский журнал, нужно... уплатить примерно $150 за одну печатную страницу.

Еще более высокая цена за право работать на хорошем телескопе. Иногда она достигает 50 тысяч долларов за час наблюдения. А наблюдения ведутся сутками. Поэтому украинскому ученому приходится участвовать в конкурсах на гранты как для проведения наблюдений, так и для того, чтобы иметь средства на публикацию исследований. Конкуренция здесь достаточно жесткая. Причем соревноваться за средства приходится и с американскими астрономами, исследования которых находятся на очень высоком уровне. Конкурс составляет, как правило, один к пяти, а для наблюдения на космических телескопах еще выше. Так, для работы на космическом телескопе «Хаббл» лишь одной из десяти заявок удается пробиться в финал.

«Я работаю со многими исследователями в разных странах, - рассказал Юрий Иванович. - В США у меня главное - это космологические проблемы, определение содержания легких элементов. В Германии совместно исследуем звездное «население» галактик. Во Франции изучаем эволюцию молодых группировок звезд: как происходит их образование, как они воздействуют на межзвездную среду. Со швейцарскими коллегами исследуем свойства массивных звезд».

Главный результат нынешнего этапа исследований - астрофизика из науки чисто философской, умозрительной превратилась в количественную. Этому способствовало то, что появилось много крупных телескопов, направленных на исследование строения мира в целом, на его эволюцию. В частности, телескоп «Хаббл» построен специально для того, чтобы определить постоянную Хаббла, исследовать далекие объекты. Сейчас создается еще более совершенный телескоп. Если «Хаббл» имеет 2,4 метра в диаметре, то новый будет 8 метров.

Призраки космических глубин

Особую роль в современных представлениях о Вселенной сыграли эксперименты, позволившие определить среднюю плотность вещества во Вселенной. Оказалось, что она близка к критической...

Для понимания того, что это значит, придется рассмотреть модели расширения Вселенной. Среди них есть замкнутые модели, когда Вселенная при расширении в конце концов достигает максимального значения, которое затем сменяется сжатием. Это так называемые плотные Вселенные.

Есть открытые модели Вселенных, когда плотность достаточно низкая, и Вселенная будет расширяться бесконечно.

Промежуточный случай - критическое состояние, которое отделяет открытые модели от закрытых. Это наиболее предпочтительный вариант для современных, т. н. инфляционных моделей образования Вселенной...

- Удалось найти критическую плотность вещества во Вселенной и определить, сколько в ней обычного вещества. Оказалось, его всего лишь… четыре процента, - рассказал Юрий Изотов.

- А что же представляет собой остальное вещество?

- Следующая компонента, по массе значительно превосходящая обычное вещество, - это «темная материя». Когда наблюдаем галактику, по излучению можно определить, сколько в ней обычного вещества, то есть атомов. А когда наблюдаешь движение вещества в этой же галактике, можно определить ее полную массу, она значительно, примерно в пять раз, больше, чем масса обычного вещества. Значит, существует некое скрытое вещество, невидимая материя.

Природа так называемой «темной материи» до сих пор не известна. Эта материя взаимодействует с обычным веществом только посредством гравитации (то есть притягивает обычное вещество), но ни свет, ни радиоволны не излучает и не отражает. Поэтому очень трудно определить, что же это такое. Мы знаем только, что такая таинственная материя существует, но ничего конкретного о ней сказать не можем.

И наконец, 73 процента энергии во Вселенной заключено в так называемой «темной энергии». Это равномерно распределенная субстанция, тоже взаимодействующая с другими составляющими гравитационно. Но, в отличие от частиц, она имеет свойство... отталкивания, то есть эта субстанция приводит к ускорению и разлету галактик.

- А что же она собой представляет?

- Существует много теорий относительно природы этого вида материи, но отдать предпочтение какой-то из них сегодняшние экспериментальные данные не дают возможности. То есть мы твердо можем утверждать: наша Вселенная имеет плотность, близкую к критической, мы можем достаточно много сказать о четырех процентах Вселенной.

Но уже удалось установить, что есть и другие формы материи. Они составляют 23 процента от общей массы Вселенной. Это какие-то материальные объекты - либо холодные частицы, либо «черные дыры», образовавшиеся в ранние эпохи.

Есть все основания констатировать: имеется еще какая-то материя, имеющая гравитационную природу. Однако детально описать эти две составляющие мы еще не можем.

Судьба украинского астронома в Америке

Сегодня немало украинских астрономов работают за рубежом. Сотрудники отдела физики звезд и галактик Главной астрономической обсерватории НАНУ, занимающиеся эволюцией звезд, их химическим составом, активно сотрудничают с зарубежными лабораториями. Главным образом используются результаты наблюдений, которые можно получить на крупнейших телескопах на Западе.

- Проблема авторства в коллективных работах стоит достаточно остро и в нашей стране. А как разобраться с этим при работе с заграничными коллегами? Не возникают ли коллизии в борьбе за приоритет? - спросил я у Юрия Ивановича.

- Как правило, в коллективной работе мы оцениваем вклад каждого исследователя и очередность авторов при публикации устанавливаем не по алфавиту, а по его вкладу.

- А что при этом учитывается - идея, способность получить грант или еще какие-то заслуги?

- Вообще-то, трудно все оценить. Для того чтобы сделать научную работу, нужно приложить много усилий. В частности, необходимо получить средства на ее проведение. Нужно иметь время для наблюдения на телескопе. Затем провести наблюдение, обработать его, вместе написать статью, обсудить ее. Все эти факторы учитываются. Я участвую в работе как по обоснованию получения грантов, так и по проведению наблюдений, и так далее.

Для получения гранта очень важен рейтинг той или иной работы. Если он высок, значит ваша работа интересна другим.

В коллективах, где я работаю, наибольший рейтинг у работ, посвященных изучению проблем первичного нуклеосинтеза и космологическим проблемам. Они интересуют не только астрономов, но и физиков, ведь Вселенная - большая лаборатория, в которой можно исследовать явления, теории, которые невозможно реализовать в физических лабораториях. Физики очень заинтересованы в таких работах, потому что свойства Космоса в той или иной степени определяются свойствами материи.

- В советское время нередко говорилось о том, что у нас самый большой отряд астрономов. А сейчас?

- Самый большой отряд астрономов в США. Эта страна была и остается лидером в астрономии. За ней следует Западная Европа. В Украине и в частности в НАН, много способных людей. Но в нынешних условиях можно эффективно работать только в сотрудничестве с учеными других государств.

Понятно, самые совершенные приборы создаются в технологически развитых странах. Только потом какие-то экземпляры появляются в Украине, России. К тому же они очень дорогие.

- Российский шестиметровый телескоп когда-то был рекордсменом по размерам. Как сейчас выглядит на мировом фоне астрономический лидер СНГ?

- У него толстое зеркало, и качество изображения, создаваемое им, не очень хорошее, так как изображение объекта «размазывается» по большой плоскости. Это телескоп предыдущего поколения. Кроме того, у него есть и другие проблемы. Он был построен, по-видимому, по принципу доступности к нему. Однако в Советском Союзе были места с лучшим астроклиматом, к примеру, в Средней Азии. А телескоп поместили на Кавказе, где атмосфера неспокойная, часто проходят циклоны, есть много других факторов, неблагоприятных для наблюдения.

В результате проницающая способность шестиметрового телескопа, включая систему «атмосфера-зеркало-приемник», заметно уступает телескопам такого же класса на Западе, где сейчас появились приборы нового поколения с адаптивной оптикой, позволяющей (наряду с хорошим астроклиматом, прекрасными приемниками) изменять форму зеркала, отслеживая состояние атмосферы.

Меценаты, на свете существует не только футбол и «черная» археология

Сейчас строятся составные телескопы. Самый крупный из них - 10-метровый - состоит из отдельных зеркал диаметром до сантиметров 70. Созданы специальные программы, управляющие системой стекол. Есть и сплошные зеркала с восьмиметровым диаметром, но самые современные из них - тонкие. При этом удается поддерживать и изменять форму такого зеркала с помощью системы штырей, управляемой компьютерами. Она быстро отрабатывает изменения атмосферы и изменяет форму зеркала. Это новые технологические разработки. Они появились лет десять-пятнадцать назад в Южно-Европейской обсерватории в Чили. Недавно здесь создан «Очень большой телескоп» (это его название), состоящий из четырех телескопов, с диаметром зеркал по восемь метров. Их можно объединить в одну систему и получить изображение с очень большим пространством разрешения.

В Европе практически нет больших обсерваторий. Крупный телескоп стоит в совместной испано-британской обсерватории на Канарских островах. Это ближайшая обсерватория с хорошим астроклиматом и большими телескопами.

Прекрасные астрономические места есть на Западе США: в Аризоне, Калифорнии. Однако самая крупная американская обсерватория выстроена на Гавайях на высоте более четырех километров. Там находятся два десяти-метровых телескопа Кека с составными зеркалами. Кек - богатый американец, интересующийся астрономией. Он вложил средства (около 250 миллионов долларов) в создание этих телескопов лет десять назад с условием, чтобы на телескопах работали только астрономы штата Калифорния. Но, кроме телескопа Кека, на потухшем вулкане на Гавайях собрано большое количество других приборов. Там есть восьмиметровый Национальный телескоп США. Один из двух, называемых американцами «Джеминай» (Близнецы). Второй точно такой же, стоит в Южной Америке, в Чили. На горе на Гавайях есть еще несколько четырехметровых телескопов. Так что здесь, на высоте более четырех километров, собрано огромное количество совершенной астрономической техники.

- А вы там работали?

- К сожалению, нет. Мы проводим наблюдения совместно, но это не значит, что я туда езжу. Мне достаточно сложно попасть в каждую точку, где ведутся наблюдения. Мешают проблемы - как финансовые, так и визовые. То есть заявки мы подаем общие, и кто-то из нашей группы наблюдает. Затем совместно проводим обработку и интерпретацию.

Я достаточно часто бываю в США, как правило, в двух местах - на Восточном побережье в Университете штата Вирджиния, где я работаю, наверное, уже десять лет, и в Южной Аризоне, почти на границе с Мексикой. Здесь пустынный климат и очень специфический пейзаж. Обсерватория находится в резервации индейцев апачи. Летом жарко, но сухо, поэтому 45 градусов в тени переносятся легко. Если в Штаты я езжу для наблюдений и научной работы, то в другие страны (во Францию, в Германию, Швейцарию, Испанию) в основном, для научной работы.

- Существует расхожее мнение, что астрономы – сплошь атеисты. Так ли это?

- Среди моих друзей-астрономов есть религиозные люди. К примеру, один из моих близких коллег гражданин США Трин Туан. Его хобби - популяризация науки. По мировоззрению он буддист. Соединяет религию и современную науку о небесных светилах. Часто участвует в конференциях, посвященных отношениям религии и науки. У него есть даже книжки, переведенные на русский язык.

- Интересно, насколько популярна астрономия у людей на Западе?

- В Национальной обсерватории США есть специальный магазин для любителей астрономии. Здесь люди могут купить телескопы для собственных наблюдений. Это не случайно - астрономия финансируется за счет налогов граждан США, и потому, как считают американцы, почетная обязанность астрономов - обеспечить все необходимое, чтобы любой гражданин страны при наличии интереса мог познакомиться с тем, что делается в обсерватории и во Вселенной и куда идут деньги из налогов, которые он платит.

- К сожалению, нельзя сказать, что в нашем обществе идеальные отношения между учеными и рядовыми гражданами, то бишь налогоплательщиками. Не содействуют этому и противоречивые отношения между прессой и представителями науки...

- Я также настороженно отношусь к людям, пишущим о науке. Еще с давних времен, когда читал «Комсомольскую правду» и встречал там какие-то заметки на астрономические темы, с ужасом обнаруживал, что все передается не очень точно и часто некомпетентно. Уверен, при написании статей нужно быть в тесном контакте с учеными. Мое глубокое убеждение: в НАНУ ученые -высокообразованные люди, которые трудятся не щадя живота своего за крохи и потому заслуживают глубокого уважения.

P. S. Что ж, по крайней мере, будем надеяться, эта статья положит начало знакомству наших граждан с тем, насколько эффективно тратится та совсем незаметная часть выплачиваемых ими налогов, которая поступает на развитие астрофизики. Возможно, наиболее богатые из них посчитают для себя увлекательным пример американского миллионера Кека, подарившего своим землякам - астрономам Калифорнии - замечательный телескоп. Как видим, люди с достойными идеями, знающие, как распорядиться таким прибором, у нас в стране, слава Богу, не перевелись.