Астрономия и космические исследованияМихаил Ревнивцев

Институт космических исследований РАН

© N

ASA

29

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

Астрономия — одна из древнейших научныхдисциплин человечества. За тысячи лет исто�рии она испытала колоссальный прогресс,нередко становившийся толчком к развитиюцелых новых отраслей науки. В XX веке вастрономии произошел прорыв, связанный сначалом космической эры, точнее, с появле�нием искусственных спутников Земли,позволяющих наблюдать небо вне атмосферы.

Атмосфера не только предоставляет намвоздух и переносит воду, необходимые дляжизни, но и является своеобразным щитом отбольшого количества вредных для жизниизлучений, в изобилии генерируемых во Все�ленной. В частности, наибольшему поглоще�нию в атмосфере подвергаются ультрафиоле�товые, рентгеновские и гамма�лучи, которые,долетев до поверхности Земли, могли бы вы�звать множество различных заболеваний, а тои вовсе предотвратить возникновение жизни.

Однако, закрыв нас от них, атмосфера в тоже самое время отрезала нас отинтереснейшего источника информации оВселенной. Фактически, воздушное покры�вало пропускает к нам лишь лучи видимогосвета (диапазон которого ничтожен, охватываяизменение длины волны всего в 2�3 раза) иизлучение в некоторой части радиодиапазона.В то же самое время различные процессы внашей Галактике и в остальной Вселенной«сообщают» о себе электромагнитными волна�ми, диапазон энергий которых занимает более20 порядков величины! Если представить себеэлектромагнитные волны видимого света какодну октаву на рояле, то информация во всехдиапазонах электромагнитного спектра,наблюдаемого в настоящее время астрофизи�

ками всего мира, займет более 50 октав!Клавиатура рояля с таким количеством октавбудет иметь длину ни много ни мало около 10метров. Понятно, что астрофизики не хотяттерять такое «богатство звуков» и всемисилами пытаются вывести инструменты запределы атмосферы. Конечно, настоящийпрорыв в этом направлении произошел сначалом космической эры.

Работа с космическими аппаратами на�столько дорога, что на орбиту нет смыславыводить рядовые приборы. Поэтому длязапуска в космос астрономы зачастую про�изводят инструменты, совершенно уникаль�ные с технологической точки зрения. Навер�ное, наиболее «продвинутым» аппаратом,работающим в настоящее время на орбите,является рентгеновский телескоп «Чандра»Американского космического агентства (по�скольку основные мои интересы в астро�физике лежат в области высоких энергий, тоесть в области исследований рентгеновскогоизлучения Вселенной, возможно, я не совсемсправедлив к инструментам, работающим вдругих участках электромагнитного спектра).

Оптическая система телескопа «Чандра»представляет собой набор параболических игиперболических зеркал, вставленных друг вдруга и фокусирующих рентгеновские лучи наПЗС�матрицу (она аналогична матрицам изобычных цифровых фотоаппаратов, толькопредназначена для работы с рентгеновскимилучами). Сами зеркала отполированы с точно�стью практически до единичных атомов, арентгеновские фотоны небесных источников,отражаясь от них, создают на ПЗС�матрице на

30

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

расстоянии 10 м от входной апертуры зеркалпятнышко размером около 20 микрон!

В настоящее время предельная энергияфотонов, которые еще можно сфокусироватьоптической системой, аналогичной системетелескопа «Чандра», составляет около 10 кэВ.Для работы в более жестких лучах (то есть дляисследования фотонов еще больших энергий)сейчас в основном используются телескопы стак называемой кодирующей апертурой. Полезрения этих инструментов закрыто толстойпластиной («маской») с большим количествомслучайно разбросанных прозрачных окон.Излучение космического объекта, проходящеечерез «окна», формирует на приемнике опре�деленную засветку, изучая которую можновосстановить направление, с которого пришлоизлучение. Инструменты такого типа исполь�зовались и на советских космических аппа�ратах, например, на международной (с учас�тием Советского Союза) обсерватории «Рент�ген», пристыкованной к станции «Мир», наорбитальной обсерватории «Гранат». В настоя�щее время телескопы с кодирующей апертуройработают на одной из крупнейших орбиталь�ных обсерваторий — обсерватории «Интеграл»(совместный проект Европейского и Россий�ского космических агентств).

Орбитальные обсерватории «добывают»незаменимую информацию для работы и вдругих участках электромагнитного спектра.Среди таких обсерваторий достаточно, навер�ное, упомянуть орбитальный телескоп«Хаббл», давший нам огромное количествоинформации, например, о далеких галактиках,и космический радиотелескоп WMAP, позво�ливший по исследованиям реликтового фона

определить долю темной материи и темнойэнергии во Вселенной.

Обратимся теперь к вопросу: зачемнаблюдать космические объекты? Для чего этонужно? Ответ на этот вопрос достаточнопрост. Первое — космические объекты пред�ставляют собой естественные лаборатории дляисследования физических процессов снастолько запредельными характеристиками(температурами, плотностями, магнитными игравитационными полями), что получить их вземных лабораториях совершенно невоз�можно, причем невозможно не только сейчас,но будет невозможно еще много�много десят�ков, а то и сотен лет. Второе — только изучаякосмические объекты, мы сможем понять, какустроена наша Вселенная, как она образова�лась и как развивается.

Пожалуй, самый простой способ проиллю�стрировать утверждение об экстремальностиявлений в космических «лабораториях»заключается в том, чтобы вспомнить об уско�рителях элементарных частиц и о космическихлучах. Самый большой в настоящее времяускоритель элементарных частиц, построен�ный человечеством (к тому же пока еще неначавший работу в штатном режиме), —Большой адронный коллайдер (БАК) — явля�ется совместным детищем более чем 100 странмира. Он строился более 10 лет, и ожидается,что будет стоить более 5 млрд. долларов!Предельная энергия, до которой можно будетразогнать протоны на БАК, составляет около10 тераэлектронвольт (ТэВ) = 1012 эВ.

Однако человечеству известны протоны игораздо больших энергий. Это так называемые«космические лучи». Они были открыты

31

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

около 100 лет назад, когда выяснилось, чтоионизация воздуха в атмосфере, которая, кактогда полагали, вызывается радиоактивнымизлучением из недр Земли, увеличивается свысотой. Был сделан вывод о наличиивысокоэнергичных «лучей», проникающих ватмосферу из космоса и вызывающихионизацию воздуха. Частицы космическихлучей оказались, в основном, протонамивысоких энергий: от 109 электронвольт довеличин, значительно превышающих энергии,достижимые на БАК. Самая большая внастоящее время установка по изучениюкосмических лучей (Обсерватория им ПьераОже на территории Аргентины) регистрируетсобытия с энергией более 1020 эВ, что болеечем в миллион раз превышает энергии,достижимые на Большом адронном коллай�дере! Вселенная, по сути, предоставляет нам вбесплатное пользование ускоритель, возмож�ности которого значительно превышают всесовременные возможности человечества.

Конечно, не нужно думать, что изучениекосмических лучей может в какой�то мерезаменить собой исследования взаимодействиячастиц на ускорителях, поскольку частицкосмических лучей больших энергий оченьмало (поток частиц может быть меньше1 частицы на кв. км за сто лет), и с ниминевозможно поставить насколько же деталь�ные опыты, какие делают на настоящемускорителе. Но закрывать глаза на информа�цию, предоставляемую нам Вселенной, тоженеразумно.

В целом, можно сказать, что общая бедаастрофизики — отсутствие возможностипоставить эксперимент по своему усмотрению

и полностью контролировать его ход. Экспе�риментальной проверкой для астрофизи�ческих теорий является их применение кразличным объектам и всестороннее сравне�ние теоретических предсказаний с наблюде�ниями. Для этого в астрофизике часто исполь�зуется численное моделирование, которое посвоей сложности не уступает расчетам ядер�ных взрывов, производимым для военныхиспытаний, и гидродинамическим обсчетамсамолетов, кораблей и подводных лодок.

Космические взрывы

Считается, что космические лучи высокихэнергий рождаются в ударных волнах,возникающих в результате вспышек сверх�

Рис. 1. Изображение остатка вспышки сверхновой 1006года (SN1006) в рентгеновском (синий цвет), радио!(красный) и оптическом (желтым) диапазонах. © X!ray:NASA/CXC/Rutgers/G.Cassam!Chenai, J.Hughes et al.;Radio: NRAO/AUI/NSF/GBT/VLA/Dyer, Maddalena &Cornwell; Optical: Middlebury College/F.Winkler,NOAO/AURA/NSF/CTIO Schmidt & DSS

32

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

новых звезд (взрывов звезд, при которыхобразуются нейтронные звезды или черныедыры). В отсутствии магнитных полей вГалактике ускоренные в ударных волнахпротоны — «космические лучи» — летели бы кЗемле напрямую, позволяя «наблюдать» обла�сти взрыва так же, как мы наблюдаем их в«фотонной» астрономии. Однако даже оченьслабого магнитного поля Галактики (оно всотни тысяч раз слабее магнитного поля Зем�ли) хватает, чтобы полностью запутать траек�торию протонов. Поэтому направление полетачастиц космических лучей к Земле, как пра�вило, не имеет ничего общего с направлениемна то место, где эти частицы были рождены.

Однако возможность наблюдать местарождения частиц космических лучей все�такиесть, и предоставляет ее астрономия высокихэнергий. Дело в том, что высокоэнергичныепротоны космических лучей, рожденные,например, в области взрыва сверхновой,имеют хорошие шансы столкнуться с прото�нами (водородом) межзвездной среды. Впроисходящих при этом реакциях превраще�ния частиц среди прочего образуются фотонывысоких энергий, которые уже могут напря�мую долететь до Земли. Именно таким обра�зом и можно получить изображения гигант�ских взрывов, которые рождают космическиелучи в нашей Галактике.

Пожалуй, лучшим телескопом для регист�рации фотонов высоких энергий в настоящеевремя является обсерватория H.E.S.S. вНамибии (совместный проект множествастран). Ее работа основана на приеме излу�чения Вавилова�Черенкова. Фотоны высокихэнергий, попадая в атмосферу, вызывают

«ливни» высокоэнергичных частиц, свечениекоторых регистрирует аппаратура обсерва�тории.

Вообще, нужно сказать, что Вселеннаяявляется своеобразным полигоном для огром�ного количества взрывов разного рода. Упоми�навшиеся уже взрывы сверхновых — наверное,одни из самых мощных взрывов в нашейГалактике, но они же и самые редкие. Послед�ний известный взрыв сверхновой в нашейГалактике — так называемая сверхноваяКеплера SN1604 —наблюдался более 400 летназад, во времена Бориса Годунова! В XX векеближайший взрыв сверхновой произошел вгалактике Большое Магелланово Облако в1987 году. По счастливой случайности именнотогда был только что запущен на орбитуастрофизический модуль КВАНТ для орби�

Рис. 2. Изображение остатка вспышки сверхновой в«ТэВных» лучах — одно из предполагаемых мест рож!дения космических лучей в нашей Галактике.© H.E.S.S. collaboration

33

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

тальной станции «Мир», что позволилополучить ряд уникальнейших результатов пофизике взрывов сверхновых.

Помимо нашей Галактики мы можемнаблюдать и другие звездные системы, вкоторых иногда происходят и еще болеемощные взрывы. Например, лишь недавнобыло выяснено, что такие события как «гамма�всплески», известные астрофизикам с конца60�х годов XX века, как раз и являютсянаблюдательными проявления мощных взры�вов в далеких галактиках.

История открытия гамма�всплесков показа�тельна с точки зрения того, как астрономи�ческие явления порой оказываются перепле�тены с различными событиями в нашей жизни.Первые события, классифицированные какгамма�всплески неизвестной природы, былиобнаружены на американских спутниках«Vela» (рис. 3), предназначенных для контроляза соблюдением Советским Союзом морато�рия на испытания ядерного оружия (конец1960�х годов). Короткие всплески гамма�излу�чения, обнаруженные этими спутниками, сна�чала были приняты за свидетельства наруше�ния Советским Союзом подписанных догово�ров. Однако вскоре оказалось, что эти всплес�ки приходят не с Земли, и даже не с Луны, и нис какого другого объекта Солнечной системы.Феномен «гамма�всплесков» ставил в тупикастрофизиков всего мира в течение более 25лет. За это время было зарегистрированомного тысяч всплесков. И лишь в конце 1990�хгодов было убедительно показано, что гамма�всплески связаны со сверхмощными взрывамив далеких галактиках.

Гораздо чаще в нашей Галактике происходятразличные термоядерные взрывы. Взрывноетермоядерное горение на поверхностяхкомпактных звезд (нейтронных звезд и белыхкарликов) может проходить за секунды, аможет длиться месяцами. Например, послевзрывов так называемых классических Новыхзвезд — термоядерных взрывов вещества,скопившегося на поверхности белых карликов,— значительное количество «топлива» горитна поверхности белого карлика в течениемногих месяцев. На поверхностях нейтронных

Рис. 3. Один из спутников серии «Vela», при помощикоторых были открыты гамма!всплески. © NASA

34

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

звезд термоядерные взрывы, как правило,проходят за несколько минут. Большая темпе�ратура термоядерного горения вещества из�заболее сильного притяжения нейтронной звез�ды позволяет ему «прогорать» гораздобыстрее, чем на белых карликах. Теперь, послепристального изучения рентгеновского излу�чения нашей Галактики в последние несколькодесятков лет, мы знаем, что термоядерныевзрывы на поверхностях нейтронных звезд —довольно частое явление. Так, например,известна двойная система (GS 1826�264, буквыGS означают, что источник был открыт орби�тальной обсерваторией «Ginga», числа пока�зывают координаты источника на небе), вкоторой термоядерные взрывы на поверхностинейтронной звезды происходят почти строго

«по графику» с периодом около трех часов!Слой смеси водорода и гелия на всей поверх�ности нейтронной звезды взрывается, выделяяэнергию эквивалентную более 1018 современ�ных термоядерных бомб!

Компактные объекты

Мы подошли к одной из интереснейших темсовременной астрофизики — компактнымобъектам: белым карликам, нейтроннымзвездам и черным дырам. Они полностьюотличаются от обычных звезд самим принци�пом своего существования. Обычные звездыпротивостоят собственному притяжению засчет простого газового давления. Если бы внедрах звезд не шли термоядерные реакции,которыми поддерживаются огромные темпе�

Рис. 4. Художественное изображение термоядерного взрыва на поверхности нейтронной звезды (в центре рисунка).Давление излучения, возникающее при взрыве, настолько велико, что «расталкивает» вещество (кольцо вокругцентра системы), падающее на нейтронную звезду. © NASA/Dana Berry

35

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

ратуры, а, следовательно, и высокое давление,звезды просто схлопнулись бы как воздушныйшарик, из вышел весь воздух. Точнее, когда этодействительно происходит, например, когда узвезды «кончается топливо», в дело вступаютзаконы квантовой физики. При сжатиивещества до определенного предела начинаетработать давление так называемого вырож�денного фермионного газа, которое в опреде�ленном диапазоне масс также способнопротивостоять гравитации. Для звезд неболь�шой массы (считается, что предельная массапримерно равна 1,4 массы Солнца) это давле�ние вырожденных электронов. Звезды, обя�занные своим устойчивым существованиемименно этому давлению, называются белымикарликами. При массах порядка массы Солнцаих размер равен всего�навсего размеру Земли.

Современные расчеты показывают, что еслимасса звезды больше, чем 1,4 массы Солнца,давление вырожденных электронов не позво�ляет остановить дальнейшее сжатие и звездапревращается в нейтронную звезду. Ее«внутренности» полностью изменяются, фак�тически центральные части нейтронной звез�ды представляют собой огромное атомное ядрос бесчисленным количеством нейтронов.Нейтронные звезды при массе опять жепорядка солнечной имеют типичные размерывсего 10�15 км!

Если же масса звезды превышает предел,равный приблизительно 2�3 массам Солнца, тои давления вырожденных нейтронов нехватает для противодействия гравитации извезда схлапывается в черную дыру. Совре�менная астрофизика достаточно свободнообращается с термином «черная дыра», хотя

кому�то может показаться, что такая свободаобращения не имеет под собой достаточныхоснований. На самом деле, что можетпослужить достаточным основанием, чтобыназвать объект черной дырой? Запуск внутрьобъекта спутника и обнаружение того, чтообратно вылететь он уже не может? Астро�физики подходят к этому вопросу несколькосвободнее: считают (перефразируя известноевысказывание), что объект, который выглядиткак черная дыра и ведет себя как черная дыра,является черной дырой.

Если говорить точнее, объект, размеркоторого меньше нескольких гравитационныхрадиусов (гравитационный радиус равен2GM/c2, что для Солнца составляет около 3км, а для Земли — примерно 9 мм; см. такжелекцию А.М. Черепащука) и не являетсяисточником какого�либо излучения, являетсякандидатом в черные дыры, или, сокращенно,черной дырой.

Имеется несколько признаков того, чтообъект звездной массы не является чернойдырой. Это, например, свидетельстватермоядерных всплесков на поверхностизвезды и пульсации какого�либо излучения,исходящего от звезды. В первом случаенаблюдения явно указывают на наличие узвезды твердой поверхности, во втором — наналичие у нее магнитного поля. Ни первого, нивторого у черных дыр быть не должно.

Для установления природы сверхмассив�ных черных дыр, которые, как сейчас предпо�лагается, существуют в центрах практическивсех галактик, применяются несколько иныеспособы. Наибольшего успеха исследователиокрестностей сверхмассивных черных дыр

36

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

достигли в изучении центра нашей Галактики.В частности, по движению звезд в его окрест�ностях установлено, что в области размеромчуть больше Солнечной системы заключенамасса около 4 миллионов масс Солнца, совер�шенно невидимая в инфракрасных лучах (вкоторых изучалось движение звезд). Никакаясовременная теория не способна объяснитьсколь�нибудь долгое существование такойогромной массы в таком малом объеме безпревращения его в черную дыру. В результатебыл сделан вывод, что в центре нашейГалактики находится именно сверхмассивнаячерная дыра.

Нужно сказать, что термин «черная дыра»может ввести в заблуждение неискушенногослушателя. Действительно, если дыра «чер�ная», то есть совсем не излучает (мы не будемрассматривать квантовые эффекты так назы�ваемого Хокинговского испарения черныхдыр), как ее можно наблюдать и изучать?Оказывается, можно. Когда едешь на машинепо темной дороге, не обязательно видетьпрепятствие, если хорошо видно, что ужеочень много машин разбились об это препят�ствие. Так и в астрономии по наличию«косвенных улик» можно судить о свойствахсамого объекта.

В этом случае изучать приходитсяизлучение не самой черной дыры, а излучениеее окрестностей, и уже по их свойствам судитьо свойствах черной дыры. Сильнейшее грави�тационное поле в окрестностях черной дыры —огромный резервуар энергии, который начи�нает работать, как только в эту область попа�дает вещество. По мере продвижения к чернойдыре это вещество разгоняется до огромныхскоростей и закручивается вокруг нее, образуяаккреционный диск. Слои диска на разныхрасстояниях от центра вращаются с разнымискоростями, трутся друг о друга и за счет этоготрения разогреваются до температур в мил�лионы и сотни миллионов градусов. Излуче�ние такого вещества приходится на ультра�фиолетовый и рентгеновский участок электро�магнитного спектра, и в этих диапазонахможно очень успешно наблюдать излучение«как будто бы» черной дыры. Фактически,конечно же, наблюдается излучение аккреци�онного диска вокруг черной дыры и всего, чтос ним связано.

Рис. 5. Изображение положений звезд и их движения запериод 1995!2006 гг. по результатам исследований нателескопе «Кек» (США, Университет Калифорнии вЛос!Анджелесе). Фокусы всех эллипсов располагаются водной точке, которая указывает положение цент!ральной сверхмассивной черной дыры в нашей Галактике.

37

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

Аккреционные диски, то есть диски, вкоторых происходит постепенное падениевещества на центральный притягивающийобъект, представляют собой практическисамый эффективный механизм выделенияэнергии из вещества, если не считатьаннигиляцию. Например, при падении вещес�тва на нейтронную звезду выделяется энергиив 100�200 раз больше, чем выделяет то жесамое вещество, сгорая на поверхностинейтронной звезды в термоядерных реакциях!И лишь в 3�4 раза меньше, чем выделилось быпри аннигиляции этого вещества (т.е. при егополном «превращении» в энергию).

Механизм выделения энергии при аккре�ции понять очень легко. Вещество, по сути,падает на поверхность центрального объекта сбольшого расстояния, приобретая при этомогромную скорость. А затем вся энергия,полученная веществом при разгоне, превра�щается в тепло. Механизм очень точновоспроизводится в обычных гидроэлектро�станциях. Только в самой мощной ГЭСперепад высоты составляет не более 200�250 м(как, например, на печально известной Саяно�Шушенской ГЭС), и скорость воды припадении не превышает 100 м в секунду, а припадении вещества на нейтронную звезду свысоты много десятков километров его ско�рость достигает значений 100�200 тыс. км всекунду! Можно провести такое сравнение:энерговыделение в результате аккреции при�мерно 400 кг вещества (любого) эквивалентноэнергопотреблению всей России за год.

Такой громадной эффективности выделе�ния энергии можно достичь лишь приаккреции на очень компактный объект, то естьна объект, размер которого лишь незначи�тельно превышает его гравитационный радиус.Например, энерговыделение при аккреции набелый карлик (масса, как вы помните, порядкамассы Солнца, размер порядка размера Земли)энерговыделение аккреции уже проигрываетэнерговыделению термоядерных реакций.

Пока неясно, существуют ли компактныеобъекты с массами значительно менее массыСолнца и устойчивы ли они. Сейчас считается,что нейтронная звезда не может иметь массуменьше солнечной. В противном случае в ееструктуре произойдет переход в обычное, не«нейтронизованное» состояние, и она «превра�

Рис. 6. Художественное изображение аккреционногодиска вокруг черной дыры в двойной системе смаломассивной звездой!компаньоном. Вещество звездыперетягивается в область преобладания гравитациичерной дыры и формирует аккреционный диск, которыхразогревается в центральных областях до температур вдесятки миллионов градусов и светит в рентгеновскомдиапазоне. © Don Dixon

38

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

тится» в белый карлик. Однако наши знания оповедении вещества при таких огромныхплотностях, которые ожидаются в центрахнейтронных звезд, настолько неопределенны,что в теории строения таких компактных звездсуществует достаточно большая свобода.

В частности, сейчас обсуждается возмож�ность существования так называемых кварко�вых звезд, основную часть которых составляеткварковое вещество. Уравнения состояниякварковых звезд, согласно некоторым работам,имеют вид, совершенно отличный от уравне�ния состояния нейтронного вещества, и непредполагают существования минимальногозначения массы. Таким образом, открывается

возможность существования кварковыхобъектов малой (по сравнению с Солнцем)массы, и, если уже совсем окунуться внеудержимую фантастику, возможность созда�ния «домашних» кварковых реакторов,которые могли бы иметь эффективностьгораздо более высокую, нежели термоядерные.

Галактики и Вселенная

Большую долю современных астрофизическихисследований занимают исследования стро�ения и эволюции галактик и Вселенной вцелом. Например, выход за пределы атмо�сферы и возможность взглянуть на нашуГалактику в инфракрасных лучах, гораздо ме�нее подверженных поглощению, чем обычныйвидимый свет, позволил увидеть крупно�масштабную структуру нашей Галактики.

Возможность комбинировать информациюв разных участках электромагнитного спектра

Рис. 7. Вид нашей Галактики, построенный порезультатам наблюдений различных орбитальныхобсерваторий, в том числе орбитальной обсерватории«Спитцер» (НАСА). © NASA/JPL!Caltech/R. Hurt

Рис. 8. Фотография галактики «Сомбреро» (М104) ввидимых и инфракрасных лучах. В инфракрасных лучаххорошо видно излучение холодной пыли (диск), котораяна оптических изображениях видна только за счетпоглощения. Голубое свечение — суммарный свет огром!ного количества звезд.© NASA/JPL!Caltech/University of Arizona/STScI

39

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

позволила необычайно расширить наш взглядна различные процессы в галактиках. Так,излучение в видимом и ближнем инфракрас�ном свете дает нам информацию о поведенииобычных звезд, излучение ультрафиолетового

диапазона соответствует горячим молодымзвездам и областям звездообразования, излу�чение в далеком инфракрасном диапазоне даетинформацию о холодной пыли в галактиках,излучение в радиодиапазоне в большинствеслучаев генерируется холодным межзвезднымгазом и электронами высоких энергий,разогнанными в ударных волнах. На рентге�новских картах галактик и их скопленийвидны положения аккрецирующих черныхдыр, нейтронных звезд, распределение горя�чего (миллионы и десятки миллионов граду�сов) межзвездного и межгалактического газа.

Благодаря наблюдениям удаленных галак�тик выявилось огромное разнообразие их об�ликов, появилась возможность понять меха�низмы образования звезд, их эволюции, обога�щения межзвездной среды тяжелыми элемен�тами.

Сейчас усилия многих групп во всем миренаправлены на изучение образования галактики их взаимодействия друг с другом. Дополни�тельно интерес к исследованию роста галактикподогревается тем, что, по всей видимости,одновременно с ростом самой галактикипроисходит рост сверхмассивных черных дырв их центрах.

Каким образом черная дыра, которая имеетничтожно малый размер (тысячные долипарсека) и гравитационное поле которойпреобладает над гравитационным полем звездв ничтожно малой области (парсеки), спо�собна влиять на звездообразование в галак�тиках? Или каким образом галактика, имею�щая размеры в тысячи и десятки тысячпарсеков, может «сообщить» о своем ростецентральной черной дыре? В поисках ответов

Рис. 9. Последовательность изображений, иллюст!рирующих один из возможных результатов столкнове!ния (слияния) двух галактик. Показано распределениемежзвездной среды в галактиках. Видно, что послеслияния галактик в их центрах «включается» чернаядыра, которая затем практически «выдувает»межзвездную среду, останавливая звездообразование. ©Институт астрофизики Общества им. Макса Планка

40

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

на эти вопросы астрофизики используют весьсвой арсенал: от сверхсовременных инстру�ментов на земной орбите до сверхмощныхвычислений на современных суперкомпью�терах.

Рост и эволюция галактик напрямую свя�заны с общей эволюцией Вселенной, с еерасширением, с гравитационным коллапсомпервичных сгустков темной материи. Даже ихраспределение в пространстве несет в себе

информацию о свойствах Вселенной.Галактики в ближней Вселенной расположеныне на случайных расстояниях друг от друга, аформируют определенную ячеистую струк�туру. Согласно современным представлениям,эта структура сформировалась в результатесовместного действия гравитационного кол�лапса темной материи (и обычного веществавместе с ней) и расширения Вселенной.

Рис. 10. Теоретическое изображение крупномасштабной структуры Вселенной в разное время: слева — ранняяВселенная, справа — наше время. © MPA, V.Springel

41

М.Г. Ревнивцев. Астрономия и космические исследования

Статистические свойства крупномасш�табной структуры позволяют сделать важныезаключения об истории расширения Вселен�ной, об истории гравитационного коллапсаматерии. В частности, недавние статисти�ческие исследования населений массивныхскоплений галактик, проведенные в рентге�новском диапазоне, позволили сделать вывод отом, что наша Вселенная в настоящее времярасширяется с ускорением. Прежде такоеутверждение делалось только на основеизмерений свойств сверхновых в далекихгалактиках. Независимое подтверждение та�кого фундаментального элемента современнойкартины мира чрезвычайно важно. Этот факт внастоящее время считается одним из важней�ших открытий астрофизики последних деся�тилетий, которое всколыхнуло невиданнуюактивность теоретиков всего мира.

Заканчивая краткий экскурс в задачи изагадки современной астрофизики, хотелось

бы еще раз отметить, что успех астрофизики иастрономии, который наблюдался в XX веке ипродолжает поражать и сейчас, в XXI веке,был бы невозможен без космических аппа�ратов. Огромная доля информации, котораясейчас позволяет нам судить о важнейших иинтереснейших процессах во Вселенной,получена именно при помощи орбитальныхтелескопов. Будем надеяться, что космическаяотрасль во всем мире продолжит совершенст�воваться незамедляющимися темпами и будетпо�прежнему уделять внимание фундамен�тальным астрофизическим исследованиям.

Рис. 11. Изображение распределения плотности галак!тик в ближней Вселенной по результатам обзора неба2dF.