Scienty

«Насколько легко женщине заниматься астрофизикой?» — этот вопрос мы задали Елене Нохриной, доктору физико-математических наук, руководителю лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ. Помимо этого, мы обсудили, почему черные дыры излучают свет, почему желтые карлики не коллапсируют, существует ли внеземная жизнь и возможно ли существование «кротовых нор» в космосе!

— Елена руководит лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной в МФТИ и занимается изучением сокровенных тайн космоса. Что послужило причиной вашего увлечения астрофизикой?

— Астрономия привлекала меня еще со школьной скамьи, и начиналось все с книг. В детстве я читала «Вселенную. Жизнь. Разум» Иосифа Шкловского (М., 1962). Тогда я не осилила ее полностью, но черно-белые изображения галактик и туманностей все равно оставили неизгладимое впечатление. Звездное небо всегда притягивает и очаровывает. Позже я открыла для себя замечательную книгу Карла Сагана «Космос» с великолепными иллюстрациями! В ней космос был рассмотрен с различных точек зрения, начиная от времен Исаака Ньютона и заканчивая летописью в Лондоне, которая связывала смерть людей с влиянием планет. Даже там можно было найти астрономию! И, конечно же, тема исследования Марса также вызывала большой интерес. Об этом было написано немало. В итоге, с старших классов я очень хотела посвятить себя космосу, не имея представления о том, что это такое, какие исследования проводятся и какие галактики изучаются. Однако, последний год обучения в школе я провела в Аризоне: там большая высота, сухой климат и, конечно же, невероятно чистое небо. За это время мне удалось посетить все телескопы в Китт-Пик — известной обсерватории, что еще больше укрепило мое стремление. Я думаю, что многие выбирают путь в астрофизику подобным образом, как и я: под влиянием романтических идеалов.

— Вы оказались в Аризоне благодаря победе в грантовом конкурсе по астрономии?

— Нет, это была программа школьного обмена. Она способствовала развитию моей коммуникабельности и помогла благодаря знанию языка. Это был настоящий шанс.

— И вы его использовали! И куда вы в конечном итоге выбрали для обучения после окончания школы?

— На Физический факультет МФТИ мне тоже очень повезло. Я попала на кафедру проблем физики и астрофизики Виталия Лазаревича Гинзбурга. Поступление на нее было отдельным, но я очень хотела туда. Тогда еще был жив Виталий Лазаревич. Он обладал совершенно особенным обаянием. Он еще не получил Нобелевскую премию, но сама его фамилия и то, что это астрофизика, конечно, привлекало многих. А затем мы все были на банкете по случаю вручения Нобелевской премии, и уже после этого события поток на эту кафедру значительно возрос. Я, конечно, очень рада, что поступила именно туда и окончила ее.

— Насколько просто женщине заниматься астрофизикой? Не является ли это по-прежнему преимущественно мужской областью науки?

— Мужчин в этой сфере много, но и женщин становится всё больше. Мне не представляется, что гендерная принадлежность оказывает существенное влияние или что особенно обременительно находиться в окружении преимущественно мужчин. Однако женщинам в целом сложнее, поскольку им приходится совмещать семейные обязанности и профессиональную деятельность. Дети и домашние хлопоты требуют значительных затрат времени, а в научной работе часто требуется длительное время на проект, обдумывание, расчёты, изучение, и желательно, чтобы ничто не отвлекало. Я, например, последние две работы выполняла, когда была больна, у меня была высокая температура, и меня освободили от домашних дел. Так появилось время для работы. В противном случае, да, существуют определённые ограничения. Когда рождаются дети, необходим отпуск, тратится время. В результате мне не удалось публиковать статьи во время декретного отпуска, а гранты РНФ обычно предоставляются молодым учёным – до 35 лет. И уже эти ограничения, то есть возрастные рамки, преодолевать становится всё труднее. Но я думаю, эти сложности не связаны конкретно с астрофизикой. Они в целом характерны для работающих женщин. А в научной сфере это особенно заметно в отношении доступности грантов.

— У вас же двое детей?

— Да, там двое мальчиков. Один увлекается химией, а другой пока просто наслаждается жизнью, как это часто бывает с младшими. Оба учатся в физико-математическом лицее №5 в Долгопрудном, где преподавание ведут сотрудники МФТИ. У старшего сына физику ведет Владимир Александрович Овчинкин, и я полагаю, что это стоит затраченных усилий.

— Овчинкин — это же легенда!

— Да. Я посещала его дополнительные семинары во время учебы и помню, как это было приятно. Они проходили поздно, и все были уставшими. Но я отчетливо помню, что в аудитории, слушавшей его, не оставалось свободных мест – там всегда было полно слушателей. Тогда это казалось увлекательным, а сейчас я вспоминаю это как сильный стимул для изучения физики.

— Два ребенка и декретный отпуск, безусловно, создают определенные трудности…

— Да, на это требуется значительное количество времени. Я не думаю, что трехлетнего ребенка можно передавать на чужой присмотр и сразу же заниматься работой. Фактически, я находилась в декретном отпуске шесть лет. В 2007 году я родила старшего сына, а в 2010-м защитила диссертацию, поскольку уже настало время это сделать. В 2011 году родила второго ребенка. И этот продолжительный период примерно до 2014 года вывел меня из рабочего ритма. На самом деле, я отвлеклась от тех проблем, которые существовали в астрофизике на тот момент. А когда человек отстраняется от профессиональной деятельности, возвращение в нее становится весьма затруднительным. И в этот момент, чему я очень рада и признательна, мне оказали поддержку и Василий Семёнович Бескин (мой научный руководитель), и Юрий Юрьевич Ковалёв, с которым мы только начинали сотрудничество. В то непростое время они меня очень поддержали, предоставили задачи, которые и позволили вернуться в эту сферу. За это я им бесконечно благодарна. Очень важно, чтобы на сложных этапах жизни рядом были такие люди.

— Какие ключевые открытия в вашей сфере деятельности, на ваш взгляд, наиболее значимы на сегодняшний день?

— Как говорит товарищ Огурцов в фильме «Карнавальная ночь»: «Я подготовил тезисы!» Среди важнейших открытий я бы отметила те, которые производят наиболее сильное впечатление. К ним можно отнести, например, теорию, которую трудно проверить, или предположение, которое изначально казалось невероятным, но впоследствии получило подтверждение и оказалось важным для объяснения определенных явлений.

В данном контексте можно отметить вклад Вальтера Бааде и Фрица Цвикке. Они представили работу, посвященную возможности существования нейтронной звезды, еще в 1932 году. Следует подчеркнуть, что нейтрон был открыт лишь в 1931 году. Таким образом, вскоре после открытия нейтрона появились ученые, которые, используя теоретические расчеты, определили параметры принципиально нового объекта и предсказали его существование как гипотетического. После этого эти идеи оставались без практического подтверждения, поскольку возникал вопрос о том, как проверить, существует ли звезда с массой, сопоставимой с массой Солнца, и размером, близким к размеру города Долгопрудного. Как ее можно наблюдать в космическом пространстве? Однако в 1967 году Энтони Хьюиш и Джоселин Белл обнаружили первый радиопульсар — Краб в созвездии Тельца. Вскоре выяснилось, что для объяснения этого явления необходим компактный объект с мощным магнитным полем, достигающим 10 ¹² гауссов (терагаусс — единица измерения магнитной индукции.— прим.ред.), и это нейтронная звезда. Совместное рассмотрение этих двух открытий оказывает ошеломляющий эффект. Изначально ученые выдвинули гипотезу, которая впоследствии оказалась необходимой для объяснения множества явлений, наблюдаемых в космосе.

То же самое относится и к черным дырам. Изначальная гипотеза о существовании черных дыр вытекает из уравнений, разработанных Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. Эта теория установила взаимосвязь между геометрией, пространством и временем, а также энергией и массой. Она предложила объяснение гравитационного воздействия массивных объектов в космосе, описывая его как искривление пространственно-временного континуума, или ткани пространства-времени. Однако первое точное решение этих уравнений было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Этот немецкий астроном обнаружил сферически симметричное решение, которое в настоящее время известно как «шварцшильдовская черная дыра». В центре такой дыры находится сингулярность, что приводит к расхождению параметров пространства-времени и их стремлению к бесконечности. Таким образом, если масса сосредоточена в одной точке, где пространство и время стремятся к бесконечности, то этот объект представляет собой черную дыру. Она окружена горизонтом событий, через который уже не могут распространяться сигналы. Это была теоретическая модель, но она соответствовала решению уравнений Эйнштейна и не всем физикам пришлась по душе из-за наличия физической расходимости (формально бесконечной плотности).

Еще одна интересная событийная пара: черная дыра возникла изначально как теоретическая концепция, а затем было измерено красное смещение объекта, которое невозможно объяснить иначе, кроме как наличием характерных признаков черной дыры! Именно так были открыты квазары – наиболее яркие объекты на небе. Их спектр отличается от звездного, что указывало на их необычную природу. В 1963 году Мартен Шмидт впервые определил красное смещение одного из них. Оказалось, что этот, кажущийся звездой, источник света находится на значительном удалении – 700 миллионов парсек, и является явно внегалактическим объектом. В тот момент сразу же возник вопрос о мощности энерговыделения такой системы, если ее светимость столь велика. В результате ученые пришли к мысли о том, что для поддержания такой мощности необходимо 10 ⁴²–10⁴⁷ эрг в секунду может только сверхмассивная чёрная дыра. «Сверхмассивная» — это 10 ^6–10¹⁰ масс Солнца, то есть очень большая. И более того, даже этого не хватает для объяснения. Необходимо, чтобы такое мощное энерговыделение шло в очень узконаправленный конус. И только тогда удавалось объяснить это явление.

— А черная дыра в нашей галактике?

— Нашей Галактике присуща черная дыра, которая практически не проявляет себя. Меня поразило исследование траекторий звезд, вращающихся вокруг центра нашей Галактики. Это кажется обычной работой, однако, мы полагаем, что в центре Галактики находится сверхмассивная черная дыра, поскольку наблюдаем четкие эллиптические контуры, описывающие их движение. Кроме того, нам удается точно определить массу черной дыры и проверить предсказания общей теории относительности – все это стало возможным благодаря современным технологиям.

— Как объяснить понятие «горизонт событий» простым языком?

— В данном случае это «координатная особенность», физической расходимости при этом не возникает. Можно рассмотреть это следующим образом: предположим, что кто-то падает в черную дыру и передает нам сигналы. По своим часам он сообщает нам раз в час: «Все в порядке! Падение проходит штатно». Если это черная дыра звездной массы, то вблизи горизонта событий его разорвет приливными силами, поскольку гравитационное притяжение будет существенно отличаться в области ног и головы. А если это сверхмассивная черная дыра 10 ⁹ или 10¹⁰, если он пересечет горизонт, то в этом аспекте все в порядке. Он будет двигаться сквозь горизонт и не ощутит ничего в этот момент. Однако сигналы, которые он посылает нам, будут поступать с увеличивающимся интервалом. Предположим, он отправляет сигнал с периодичностью в один час, мы принимаем их без задержек, но по мере удаления сигнал будет приходить уже раз в два часа, затем — раз в неделю, потом — ежемесячно.

— Несмотря на то, что он по-прежнему передает сигналы с прежней периодичностью, раз в час?

— Да. Протяженность времени будет возрастать по мере сближения с горизонтом событий, и когда это произойдет, этот сигнал не достигнет нас, поскольку промежутки времени растянутся до бесконечности.

— Речь идет о различии во времени, протекающем на Земле и во время космических путешествий, с точки зрения теории относительности?

— Время замедляется при приближении к массивным объектам и при движении на высоких скоростях. Если бы удалось достичь в космосе скорости, сопоставимой со скоростью света, время текло бы иначе, даже в отсутствие гравитации. Известен эксперимент с элементарной частицей мюоном, характеризующейся крайне малым временем жизни – микро- или миллисекундами. Однако эти частицы формируются в верхних слоях атмосферы и успевают достичь поверхности Земли. При этом их время падения оказывается больше, чем их время жизни. Это служит подтверждением того, что они движутся с околосветовой скоростью и достигают Земли, сохраняя свою «живучесть». Причина в том, что в их системе отсчета проходит меньший промежуток времени, в то время как для нас он значительно больше.

— Трудно это представить…

— Объяснить это с помощью привычных понятий непросто, но в физике существует множество любопытных явлений, которые когда-то казались необъяснимыми, но сейчас стали понятными. Особенно интересна история открытия атмосферного давления. С эпохи Аристотеля существовало убеждение, что природа не допускает вакуума, и этому было множество подтверждений. Например, если поднимать воду с помощью поршня, то вода следует за ним, и между ними не образуется пустоты. В процессе строительства фонтанов во Флоренции было установлено, что вода «следует за поршнем» и поднимается на высоту примерно 914,4 см (30 футов), но дальше не поднимается. Тогда инженеры, создатели фонтанов, обратились к Галилею с вопросом о причине этого ограничения. В шутку он предположил, что, начиная с этой высоты, природа начинает допускать вакуум. Тем не менее, он поставил перед своими учениками, в том числе перед Торичелли, задачу, связанную с этим явлением. В ходе экспериментов было установлено, что высота, начиная с которой природа начинает допускать вакуум, обратно пропорциональна плотности жидкости. Начали проводить опыты с ртутью, которая является более тяжелой, и выяснилось, что вакуум можно создать с ртутью на высоте 76 см, что значительно удобнее, чем 10 метров при использовании воды. Сейчас все знают о 760 мм ртутного столба! Оказывается, это и есть атмосферное давление.

Чтобы продемонстрировать и разъяснить это явление, Паскаль устраивал эксперименты на городской площади по воскресеньям. На это зрелище собирались как крестьяне, так и жители города. Он демонстрировал им эксперименты, в которых использовалась ртуть и вино. После проведения опытов вино употреблялось. Это была превосходная иллюстрация! Зрители могли наглядно увидеть, как действует атмосферное давление. В ходе выполнения работы, как и при любых практических исследованиях, проводились различные измерения. Они выявили, что давление на вершине холма ниже, чем у его основания. Даже рядом со шпилем собора проводились измерения для проверки зависимости от высоты над поверхностью земли! Было бы полезно разработать способ демонстрации хода времени подобным образом!

Он демонстрировал им эксперименты, в которых использовалась ртуть и вино. После проведения опытов вино употреблялось. Это была превосходная иллюстрация! Зрители могли наглядно убедиться в наличии атмосферного давления

— Я разделяю ваше восхищение! Однако давайте перейдем к следующему вопросу. Какие проекты вы реализуете в настоящее время и какие вопросы вы планируете затронуть?

— Я исследую специфические выбросы, известные как «струи» или «джеты», которые вырываются из сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик. Именно эти узкие конусы необходимы для объяснения яркости далеких квазаров. Считается, что эти объекты формируются под воздействием магнитного поля, которое аккреционный диск доставляет в область вокруг черной дыры. Современные теории указывают на то, что изначально в струе энергия передается посредством электромагнитного поля. Следовательно, в начале своего развития джет представляет собой преимущественно электромагнитное поле, а уже затем плазма разгоняется до релятивистских скоростей, и в струе начинает преобладать поток плазмы. Происходит своего рода трансформация, перераспределение энергии от электромагнитного поля к плазме.

В настоящее время моя деятельность сосредоточена на двух ключевых направлениях. Первое из них — это выявление по результатам наблюдений границы, где электромагнитное поле переходит в плазму. Как это можно установить? Какие данные можно привлечь, чтобы убедиться в достоверности этого вывода? У нас разработана гипотеза, которая согласуется с рядом фактов. Однако, могут существовать и альтернативные объяснения. В конечном итоге, как окончательно подтвердить и сделать выбор между тем, что это: точка перекачки энергии или влияние внешних факторов? Это весьма интересный и многогранный вопрос.

Вместе с моей аспиранткой, Валерией Фроловой, мы также исследуем механизм излучения джетов. Существует устоявшаяся и постоянно совершенствующаяся теория, описывающая структуру магнитных полей и плазмы в джете. Однако интенсивность излучения плазмы определяется ее количеством и температурой. Этот дополнительный параметр может существенно повлиять на общую картину: как самого излучения джета, так и объяснения наблюдаемых особенностей.

— Это похоже на микроскопический мир, в котором невозможно ничего рассмотреть, и сначала делаются лишь догадки. Применимы ли подобные принципы к удалённым уголкам космоса?

— Когда меня огорчает какая-то ситуация, я говорю мужу: «Послушай, но концентрация частиц получилась совсем низкой!» Он отвечает: «Но ведь никто не находился рядом с джетом, чтобы измерять чайной ложкой, сколько там чего? Возможно, именно столько там и содержится!»

Действительно, существует множество вопросов и немало неразгаданных тайн. Естественно, требуется больше наблюдений, размышлений и способов проверки. Именно этим и занимается наука.

…поскольку никто не находился рядом с реактивным двигателем, чтобы измерять его параметры чайной ложкой и оценивать объемы? Возможно, его показатели соответствуют действительности!

— Значит, вместе с открытием нового объекта возникает и ряд сопутствующих явлений?

— Подобно нашему любимому нейтрону — частице атома, лишённой электрического заряда, и нейтронной звезде. С появлением квантовой механики были разработаны статистики Ферми — Дирака и Бозе — Эйнштейна, которые описывают сложные взаимодействия. Именно это было актуально в физике в тот период. И возникает вопрос: что способно противодействовать мощной гравитации? В обычных звёздах это тепловая энергия, возникающая в результате ядерного синтеза. Но в других объектах ядерный синтез прекратился, и нет источника нагрева, а что-то должно удерживать звезду от коллапса? Ранее было установлено, что белый карлик сопротивляется сжатию под действием силы тяжести благодаря давлению вырожденного электронного газа. А затем была открыта новая частица — нейтрон, которая обладает аналогичными свойствами, но обладает большей массой. Это свойство позволило выдвинуть предположение о том, из чего состоит звезда. В результате мы получаем другой объект, значительно более компактный, чем белый карлик. Я полагаю, что множество идей были актуальны, и их необходимо было объединить. Получение теоретического результата и его экспериментальное подтверждение – вероятно, самое увлекательное, что может быть в физике!

— Как появился на свет наша Вселенная? Существует множество теорий, но какая из них представляется наиболее вероятной?

— Я не эксперт в вопросах возникновения Вселенной. На мой взгляд, существенных несоответствий (то есть фактов, которые бы опровергали теорию Большого взрыва) не выявлено, и в настоящее время она остается верной.

— Верите ли вы, что существует разумная жизнь за пределами нашей Земли?

— Я убежден в этом, поскольку существует огромное количество галактик и звезд, вокруг которых вращается множество планет. Мне кажется невероятным, что Земля может быть единственным местом во Вселенной, где существует разумная жизнь. Вероятность того, что где-то еще есть разумные существа, представляется весьма высокой. Однако остается открытым вопрос о том, что именно мы подразумеваем под понятием «разум». Также важно определить, насколько появление жизни является закономерным процессом и насколько оно зависит от случайности?

Когда-то я читала книгу Сергея Батова, посвященную культуре кактусов. Еще в детстве, благодаря биологии, я знала, что растения поворачиваются, тянутся и наклоняются в сторону света. И все, кто выращивает кактусы, подтвердят: они всегда наклоняются к окну, к солнечной стороне. То есть растение определяет, где находится солнце, но каким образом? Позже я узнала, что в апексе, в точке роста, вырабатывается гормон ауксин, который просто стекает вниз, а в затененной области его концентрация выше! Этот гормон регулирует растяжение клеток, и там, где его больше, клетки вытягиваются сильнее. Меня удивило: то, что раньше казалось чудом, объяснением того, что растение тянется туда, где ему лучше, оказывается простой комбинацией химических реакций и физических процессов! Фактически, это биоробот! А может быть, и у человека работают подобные механизмы? Возможно, более сложные, но абсолютно механистические процессы? И как это соотносится с жизнью? Может быть, по аналогичным принципам существуют и в самых удаленных уголках Вселенной.

— То есть это не чудо, а область естествознания?

— При изучении этого вопроса открываются весьма любопытные детали. То, что в детстве казалось чудом, компетентные специалисты объясняют с точки зрения химических процессов и механизма действия. Физика, механика и химия проявляются повсеместно. Возможно, это свидетельствует о том, что не все происходит случайно?

— Существует предположение, что если живые существа и существуют за пределами нашей Солнечной системы, то они, вероятно, имеют совершенно иную природу и не соответствуют распространенному образу «серого» инопланетянина.

— Возможно, существуют другие химические элементы, растворители и прочее. Если жизнь и существует, она может быть основана на иных элементах, сформировавшихся в отличных от наших условиях. Однако, что интересно, мы едва ли можем это себе представить. Эта тема заслуживает размышлений, но я рассматриваю её как непрофессионал. Эти теории также представляют интерес с точки зрения того, какие планеты могут существовать. Например, предполагается, что Юпитеру не хватило небольшой массы, чтобы он начал термоядерную реакцию и стал звездой, подобной коричневому карлику.

— И тогда нас бы не было!?

— Да. Безусловно, множество случайных факторов совпали. Но это уже вопросы физики. Впрочем, мне было бы любопытно узнать, как можно выявить признаки жизни, пусть даже самые простые, на экзопланетах. Существует ли такая возможность в принципе, учитывая огромные расстояния, или нет? Я предполагаю, что нет, и вряд ли появится в обозримом будущем. Но вопрос сам по себе весьма интересный.

— Существует вероятность, что роботы смогут достичь других планет.

— Я с вами согласен. Однако, какими должны быть скорости космических аппаратов в этом случае? Речь идет о проектах, рассчитанных на десятилетия. У Карла Сагана была иллюстрация, показывающая, с какого расстояния и при каком приближении к Земле возможно обнаружить признаки существования разумной жизни. Он отмечал, что это возможно только с очень близкого расстояния, когда уже можно различить, например, горнолыжные подъемники и отдельные здания. Во всех остальных случаях можно допустить ошибку.

— А как же свет от большого города?

— Различные газы способны излучать свет. В качестве примера можно вспомнить известную историю с Марсом и его каналами. После получения изображений с более высоким разрешением эти каналы перестали наблюдаться, что послужило основанием для предположения об отсутствии разумной жизни на Марсе. Однако Карл Саган не согласился с этим утверждением, заявив: «Если под жизнью понимать цивилизацию инженеров-гидравликов, то, разумеется, ее на Марсе нет».

— Люди надеялись увидеть там признаки жизни…

— Поначалу может показаться, что Марс не так уж и далек от Земли, и у него нет принципиальных препятствий для поддержания жизни. Объяснить отсутствие жизни на Венере мне проще: там СО ₂, венера характеризуется колоссальным давлением и высокими температурами. Что касается Марса, то он, в целом, не сильно отличается от Земли. Безусловно, разница есть, и жизнь там для нас будет непростой. Однако, даже выявление или отсутствие жизни на Марсе, по моему мнению, представляет собой сложную задачу.

— В космосе по-прежнему остается немало загадок, в том числе, например, черные дыры?

— В черных дырах наблюдаются явления, представляющие собой загадки с точки зрения физики. К примеру, там возникает бесконечная плотность, где перестают работать привычные нам законы. Известная сингулярность – это точка, в которой все стремится к бесконечности и возникает искривление пространства-времени. Если сингулярность существует, это указывает на неразрешенность в природе. В обычной жизни мы не сталкиваемся с такими явлениями, как бесконечности и абсолютные нули, поэтому их трудно представить.

Изначально черные дыры представлялись как невидимые объекты, не излучающие свет и, следовательно, не поддающиеся прямому наблюдению. Действительно, на нашей планете мы не можем их увидеть. Однако, при изучении космоса обнаруживаются яркие объекты – рентгеновские двойные системы. Их существование объясняется наличием черной дыры, находящейся в паре с массивной звездой и притягивающей на себя вещество. То же самое касается и квазаров – активных ядер галактик. На первый взгляд, мы наблюдаем яркую, необычную звезду, находящуюся на огромном расстоянии, что указывает на колоссальное энерговыделение. При этом в центре находится темная черная дыра, не излучающая ничего, но являющаяся самым ярким объектом во Вселенной!

Гравитационные волны – еще одна захватывающая область открытий. Анализ этих волн позволил ученым зафиксировать различия в массах двойных систем, их спинах, осях вращения и скоростях вращения. Благодаря развитию технологий, точность измерений достигла такого уровня, что стало возможным обнаружить этот сигнал и даже определить массы черных дыр, участвовавших в слиянии, а также выяснить, как были ориентированы их угловые моменты относительно друг друга.

— Если там все крутится, вовлекается в воронку, то куда это все падает? Куда все складывается?

— Что же это такое? По мнению знатоков, это явление называют «сингулярность» — момент, когда все объединяется в одну точку. Все стремится к ней. Для меня это остается тайной — подобно внутреннему пространству черной дыры.

— Какие галактики представляют наибольший интерес для научных изысканий?

— Разные галактики представляют интерес. Однако М87 и 3С84, расположенные ближе всего к нам, позволяют проводить весьма детальные наблюдения. Существующие инструменты обладают определенным разрешением, благодаря чему мы можем наблюдать даже тень черной дыры. Мы способны детально рассмотреть струю джета поперек и заметить, что ее края более яркие, а центр – бледнее, даже определить профиль скорости! Таким образом, мы можем изучить структуру, установить, соответствуют ли наблюдения нашим теориям. А если они не совпадают, требуется объяснение этих явлений.

— По сравнению с другими галактиками, наша считается достаточно зрелой?

— По всей видимости, она очень старая. Возможно, у нас образовалась черная дыра, которая поглотила всё вокруг нас и вокруг себя.

— Так она же у нас маленькая?

— Она имеет небольшие размеры, что, вероятно, ограничивает ее потенциал к значительному росту. Таким образом, она достигла своего максимального размера, и в настоящее время на нее поступает крайне незначительное количество вещества. Формально нам демонстрируют ее джет, но, если он и существует, то его мощность, скорее всего, очень мала. В то же время, выбросы других галактик вырываются далеко за пределы их границ. К примеру, в галактике М87 размер черной дыры составляет менее одной тысячной доли парсека, а выброс простирается на сотни парсек. (Единица измерения длины, определяемая как расстояние, с которого средний радиус земной орбиты воспринимается под углом в одну секунду. Парсек используется для оценки расстояний между звездами и галактиками. — прим.ред.)

— Если наша черная дыра обладает низкой мощностью, вероятно, она и излучает свет не очень интенсивно?

— Конечно, это не самый яркий факт. Тем не менее, в научном сообществе рассматриваются вопросы о том, какие инструменты следует усовершенствовать для обнаружения джетов. Если новые инструменты позволят увидеть джет, это будет позитивным результатом, но отсутствие видимости джета не исключает его существования. В целом, это весьма любопытный факт: в черную дыру Млечного Пути попадает относительно небольшое количество вещества!

— Представить себе выброс вещества из черной дыры, сопоставимый по масштабу с целой галактикой, крайне сложно!

— Да, это сопоставимо! Более того, если рассматривать светимость на примере галактики М87, некоторые джеты излучают свет, превосходящий светимость галактики в разы. И все это исходит от черной дыры, от которой, казалось бы, не должно исходить никакого света!

— Мне доводилось читать, что физику черных дыр можно понять с помощью униполярного индуктора?

— Униполярный индуктор показывает, что подобное поведение возможно как для нейтронной звезды, так и для черной дыры. По сути, это еще одно название динамо-машины — генератора постоянного тока. Примечательно, что их принцип работы проявляется в радиопульсарах и черных дырах. В обычной динамо-машине вращение ручки, в сочетании с магнитным полем, приводит к появлению тока и генерации электрической энергии. В астрофизике нет необходимости вращать ручку, поскольку нейтронные звезды и черные дыры вращаются сами по себе. Наличие магнитного поля вызывает появление тока, который высвобождает энергию. Этот процесс и является источником энергии в радиопульсарах и активных галактических ядрах.

— Существует ли связь между черными дырами и гипотетическими «кротовыми норами» в космосе? Является ли это фактом или лишь догадкой?

— Речь идет о весьма условных объектах. Существуют определенные размышления, но они, скорее, применяются в рекламных целях. Возникает вопрос: способны ли мы, посредством наблюдений, различить черную дыру и «кротовую нору»? Есть основания полагать, что невозможно создать вокруг черной дыры слишком сильное магнитное поле, существует предел. А если речь идет о «кротовой норе», то таких ограничений не наблюдается.

Подтверждение наличия данного ограничения должно быть получено на теоретическом уровне. Мы предполагаем, что с помощью определенных методов возможно оценить магнитное поле в окрестности горизонта событий черной дыры. Его величина не должна существенно превышать 10 ⁴ гаусса. Если выскакивает… то это, возможно, и есть нора.

— Можно ли сказать, что «кротовая нора» на данный момент является таким же предположительным объектом, как и черная дыра в начале двадцатого столетия?

— Формально, это лишь предварительный результат, полученный на начальном этапе. Если вы используете иную систему координат для описания пространства-времени, отличную от «радиуса, углов и времени», то в процессе решения естественным образом возникают и белые дыры, и другие черные дыры. Опять же, на начальном этапе. Однако, если уже имеются данные, свидетельствующие о детектировании черной дыры, то «кротовые норы», а тем более «белые дыры» остаются лишь теорией.

…если имеются сведения о регистрации черных дыр, то «кротовые норы», а тем более «белые дыры» – это пока лишь гипотетические концепции!

— Многие из обсуждаемых нами аспекты находят отражение в произведениях фантастической литературы. А какой, по вашему мнению, фильм этого жанра наиболее реалистичен?

— Неделю назад у меня был ответ, а теперь его нет. Существуют фантастические фильмы, которые, по крайней мере, вызывают интерес. К примеру, фильм «Контакт» с участием Джоди Фостер и Мэтью Макконахи. Однако, наиболее тщательную проработку сценария можно наблюдать в фильме «Интерстеллар» с тем же актерским составом и Энн Хэтэуэй. В «Контакте» больше элементов фантастики, но я часто использую его как пример для студентов, когда начинаю рассказывать о том, какими средствами наблюдают струйные выбросы сверхмассивных черных дыр. Там эффектно показаны радиотелескопы и радиоинтерферометры, например, VLA — Very Large Array, комплекс тарелок, с помощью которых главная героиня пытается уловить сигнал от внеземной цивилизации из разных уголков Вселенной. В конечном итоге, она получает желаемый сигнал с Веги. Студенты, однако, в этом году сообщили мне, что не смотрели этот фильм. Один из них даже отметил, что, вероятно, это очень старый фильм. Хотя на самом деле фильм вышел в 1996 году. Зато в этом фильме можно увидеть тарелку телескопа Search for Extraterrestrial Intelligence в Аресибо, который сейчас уже не функционирует. В целом, это значительные инженерные достижения человечества — инструменты, позволяющие нам наблюдать за космосом. Они впечатляют меня, несмотря на то, что я занимаюсь теоретическими исследованиями. Интересно, что фильм «Контакт» был снят по книге Карла Сагана, который также был сценаристом.

В фильме «Интерстеллар» мы увидели визуализацию черной дыры, получившей название Гаргантюа, с аккреционным диском, подсвеченным с разных сторон. Для создания этих сцен проводились расчеты под руководством астрофизиков, включая известного теоретика Кипа Торна. До недавнего времени я считала это изображение правдивым. Однако на недавнем семинаре наш коллега Вячеслав Иванович Докучаев, занимающийся изучением теней и искажений изображения черных дыр, рассказал о недочете в этой картине: одна из сторон должна быть значительно менее яркой, чем другая. Но из-за того, что это выглядело неэффективно для кинематографического эффекта, создатели фильма попросили выровнять яркость по всему изображению. Это было преднамеренное искажение. Геометрия, вероятно, соответствует современной теории. Вот такое интересное разочарование.

— Какие увлечения у вас есть, помимо научной деятельности? Какие произведения вы предпочитаете читать?

— Я увлекаюсь выращиванием кактусов. Моя коллекция расположена на балконе, в лоджии. Мне это очень нравится, ведь это неторопливый процесс: их нужно вырастить, понаблюдать за цветением или его отсутствием, пересадить. Это действительно успокаивающее занятие!

— Они же редко цветут.

— Нет, это невозможно. Вероятно, вы имеете в виду агаву, которая цветет лишь однажды в жизни и после этого отмирает. Однако кактусы способны цвести регулярно. Из них даже можно составить изысканную композицию. Существуют виды, раскрывающие свои лепестки днем, и виды, цветущие ночью. К примеру, «Ночная красавица» раскрывается только ночью и утром уже отсыхает. Некоторые цветут ранней весной. Южные виды еще помнят свои корни и начинают цвести чуть ли не зимой. Другие летом, есть даже ближе к осени. У них сезон цветения продолжительный. У разных видов по-разному: Северная Америка, Центральная Америка, Южная Америка… Очень интересные товарищи.

— И о книгах!— В настоящее время я читаю книгу Джона Кигана, английского военного историка, — его труд «Вторая Мировая война». Однако в целом я предпочитаю разнообразие книг. Мне кажется, что ни один человек не способен назвать единственную любимую книгу, ведь они все настолько непохожи друг на друга. Я периодически испытываю особенную любовь к книгам публицистического или научно-популярного характера. Мне нравится перечитывать Воловича — его работу «Человек в экстремальных условиях природной среды». Это весьма любопытная книга, в которой описываются различные истории, например, историю летчика, катапультировавшегося в Северном Ледовитом океане. А недавно у меня появилась «Библиотека всемирной литературы», которая когда-то пользовалась большой популярностью. Из нее я впервые прочитала французский эпос — «Песнь о Роланде» и «Коронование Людовика». Эти произведения о доблести мне очень нравятся, и написаны они с юмором. Я читаю их и детям. Я до сих пор иногда читаю им перед сном, хотя они уже взрослые, но мы любим время от времени что-нибудь такое забавное почитать. Еще я люблю Хемингуэя «По ком звонит колокол», но я его не перечитываю. Книга непростая, а «Фиесту» и «Праздник, который всегда с тобой» я перечитываю периодически. Но говорить о книгах можно бесконечно, как и о космосе!

Данный материал создан при финансовой поддержке Министерства науки и инноваций Российской Федерации в рамках реализации федерального проекта «Популяризация науки и технологий», регистрационный номер 075-15-2024-571.