Пытливый взгляд швейцарских астрофизиков направлен в космос |Les astrophysiciens suisses scrutent l'espace

Чем увлекаются женевские астрофизики наших дней? Об этом рассказал журналу Campus директор Информационного астрофизического центра (ISDC) Тьерри Курвуазье (одновременно – профессор отделения астрономии научного факультета).

В этом году отмечается столетний юбилей открытия дождя микрочастиц и атомных ядер, который постоянно падает на Землю из космоса. Постепенно исследователи сумели понять, что этот дождь поливает планету из-за пределов солнечной системы. С 1990-х годов стало очевидным существование космических лучей, мобилизующих серьезную энергию. Одна падающая частица способна нести энергию хорошо запущенного теннисного мяча. Никто пока не в силах сказать, как подобная кроха может содержать такой заряд, но рвения ученых не остановить.

Среди новых открытий можно назвать небесные объекты – вспышки гамма-излучения (то есть, фотоны, еще более энергетические, чем рентгеновское излучение – не дай Бог попасть под их обстрел!), которые возникают вследствие взрывов в других галактиках. По мнению исследователей, это случается при взрыве большой звезды или столкновении двух нейтронных звезд, или даже двух черных дыр, но общая картина тоже пока тонет в тумане загадочности.

Кроме вспышек, внимание астрофизиков стали привлекать объекты, которые испускают рентгеновское и гамма-излучение: супермассивные черные дыры, двойные системы, включающие нейтронные звезды и черные дыры, и так далее.

Ученые обнаружили и другое: система вселенной на деле не такая, как рисовалось человечеству раньше. Масштабы мироздания растут, и этот процесс все ускоряется. Такое открытие возникло благодаря исследованию на тему сверхновых звезд, опубликованному в 1998 году, и сделавшему своих авторов Сола Перлмуттера, Брайана Шмидта и Адама Рисса нобелевскими лауреатами по физике в 2011-м. Сей факт новых знаний дал ученому миру идею о черной энергии, которую пока не удалось загнать в угол и с пристрастием расспросить о ее собственных свойствах и предназначении. Эта энергия – как бы сестра черной материи, тоже загадочной незнакомки, вовлеченной в движение галактик по отношению друг к другу.

Конкретно Тьерри Курвуазье берет приступом загадку удивительного процесса. Ядра галактик в своем центре образованы супермассивными черными дырами (более миллиона солнечных масс), в которые постоянно низвергается громадное количество материи. Такое падение влечет за собой мощный выброс энергии, которая разлетается в виде излучения. Директор центра стремится понять механику этого процесса, наряду с другими астрофизическими изысканиями.

Чтобы понять работу, которая кипит в ядре галактики, нужно параллельно ответить на множество сопутствующих вопросов, отсюда и потребность в солидном финансировании, которое поглощает суммы едва ли не в миллиард франков. Потому и телескопы служат для решения не одной задачи, а сразу нескольких, что дает большие массивы данных исследователям, помогая ответить на мучающие их вопросы и одновременно рождая новые, демонстрируя эффект снежного кома.

Запущенный в 2002-м спутник INTEGRAL (Интеграл) проанализировал около 1500 вспышек гамма-излучения за время своей работы, и стало ясно, что вспышки бывают не только длинными или короткими, но самого разного диапазона. В программе «Интеграл» Женева сыграла немалую роль – ученым города на Лемане принадлежит половина публикаций в рамках программы, что ввиду сравнительно скромного финансирования со стороны Швейцарии является прекрасным результатом. Говоря по правде, спутник предполагалось отправить купаться в космическом холоде на орбите всего на два года, при сроке службы в пять лет. Исследователи же уговорили аппарат отработать вдвое дольше, и планируется получать от него данные еще до 2014-го. После этого в руках пытливых воинов науки будут другие, более современные механизмы.

Благодаря блестящим результатам работы Центра его сотрудников ждут с распростертыми объятиями во многих иных проектах. К примеру, они написали программное обеспечение для другой исследовательской программы Planck (Планк), цель которой -  регистрация самого старого излучения, чтобы узнать возраст и форму вселенной. По причине многопрофильности своей работы женевские астрономы переименовали свое учреждение из Информационно-научного центра «Интеграл» в ISDC - Информационный астрофизический центр.

Новые направления исследований, которые открыла астрофизика в сфере черных дыр, гамма излучения и черной энергии, дали ученым понимание, что игра идет действительно по-крупному: во время их работы поднимаются фундаментальные вопросы астрофизики, по которым исследователям пока не хватает знаний. Для исправления столь невыгодной ситуации и был открыт в мае прошлого года Женевский центр астрочастиц, в котором трудятся на ниве неизвестности астрофизики высоких энергий, физики в области частиц и космологи. Директор ISDC считает, что в перспективе желательно участие и ученых из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

Проекты, в которых участвуют ученые ISDC, подразумевают сотрудничество с Европейским космическим агентством, а также с Японией и Китаем.

Вот вкратце программы, в которых значатся их имена:

INTEGRAL (Интеграл) – спутник, о котором мы упоминали, запущенный в 2002 году под эгидой Европейского космического агентства, наблюдает пространство в области рентгеновского и гамма-излучения.

EUCLID – космический телескоп в рамках программы Cosmic Vision (2015-2025) Европейского космического агентства (ЕКА). Сооружение имеет устрашающий диаметр размером в 3,1 метра  и поможет ученым измерять распределение черной материи.

PLANK (Планк) – спутник (также под эгидой ЕКА), обосновавшийся на земной орбите в 2009 году. Ему наука скажет спасибо за помощь в детальном изучении космологического излучения, возникшего всего-то через 380 000 лет после Большого взрыва. Зачем такие усилия? Чтобы постичь фундаментальные составляющие вселенной и ее развитие от начала до образования первых галактик и звезд.

GAIA – снова в ведении ЕКА. Этот космический телескоп станет аналогом орбитальной обсерватории. 400 исследователей и инженеров работают не покладая рук, чтобы запустить аппарат в 2013-м. Аппарат будет наблюдать более миллиарда звезд, проясняя состав, образование и развитие нашей галактики и Млечного Пути.

FACT – результат сотрудничества Женевского университета, Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), Федеральной политехнической школы Цюриха (EPFZ), Университета Дортмунда и Вюрцбургского университета. Перед нами - проект создания нового поколения телескопов Черенкова, наделенных способностью наблюдать вспышки света, которые порождают гамма-лучи в нашей мирной атмосфере. Наблюдать такие процессы - не шутка, тут нужны камеры, способные записывать со скоростью в несколько миллиардов кадров в секунду. Эта программа поможет передовым умам человечества лучше понять космические ускорители, в частности, супермассивные черные дыры.

CTA – проект, объединяющий ни много ни мало 34 исследовательских института из 14 стран, дополняя проект FACT. Суть – в определении места для размещения большой сети телескопов Черенкова, и самом размещении.

ASTRO-H – прямое продолжение проекта  «Интеграл». Запуск рентгеновского телескопа предусмотрен в 2014 году, работой руководит Японское агентство аэрокосмических исследований, при сотрудничестве НАСА и ЕКА.

POLAR – аппарат по измерению поляризации фотонов, испускаемых при вспышках гамма-излучения, разработка - дело рук ISDC. Планируется установка устройства на китайскую космическую станцию, которую сейчас конструируют.

LOFT – космический рентгеновский телескоп от ЕКА для наблюдения за черными дырами и нейтронными звездами. Исследователи смогут узнать последние орбиты материи вокруг черных дыр. Проект начнется примерно в 2022 году.

SPICA/SAFARI – проект инфракрасного космического телескопа, предложенный Японским агентством аэрокосмических исследований в сотрудничестве с ЕКА. Цель – изучить формирование и развитие планетарных систем, жизненный цикл межзвездной пыли и развитие галактик. Приблизительный старт миссии - 2018 год.