Молодые ученые: астрофизик Сергей Назаров о черных дырах и вреде государственных границ для науки

Новый герой регулярной рубрики T&P «Молодые ученые» Сергей Назаров работает в Крымской астрофизической обсерватории, исследует черные дыры, ищет новые звезды, а кроме этого, занимается популяризацией астрономии. Он рассказал «Теориям и практикам», как поступить в аспирантуру мечты, когда все против тебя, а также объяснил, почему черные дыры вряд ли угрожают нашей планете и чем государственные границы мешают науке.

Где учился: окончил Севастопольский государственный технический университет по специальности «автоматизация и компьютерные технологии» и аспирантуру Крымской астрофизической обсерватории по специальности «астрофизика и радиоастрономия».

Что изучает: сверхмассивные черные дыры в активных ядрах галактик, ищет неизвестные переменные звезды, астероиды и кометы. Младший научный сотрудник Крымской астрофизической обсерватории.

Интересы: решает интеллектуальные и физические задачи, участвует в мультиспортивных туристических соревнованиях — гонках, связанных с бегом в горах, преодолением препятствий и скалолазанием.

В школе я мечтал стать археологом. Может быть, из-за того, что в Севастополе много археологических памятников, Херсонес и пещерные города под боком. А потом как-то я обратил внимание на звезды: в 90-е уличного освещения на улицах особо не наблюдалось, и они были прекрасно видны. Я засыпал папу вопросами, и он принес книгу Феликса Зигеля «Сокровища звездного неба», который захватывающе рассказывал про Солнечную систему и созвездия. Потом папа подарил телескоп, подписал на астрономический журнал, и я отправился в астрономический кружок. Родители активно поддерживали мой интерес — до момента, пока я не стал пропадать за телескопом ночами. Но меня уже было не остановить.

В севастопольских вузах нет астрономических специальностей, а финансы не позволяли куда-то переехать. После школы я поступил в университет на кафедру автоматизации и компьютерно-интегрированных технологий. Интерес к астрономии не ушел и подогревался книгами и астрономическими новостями. Я даже связал с ней тему диплома: собирал одну из частей телескопа, сконструировал под нее цех и на защите рассказывал, для чего все это делаю.

По законам того времени вступительный экзамен в аспирантуру сдавали в том университете, куда поступали. А я подал документы в Крымскую астрофизическую обсерваторию. Там в принципе не сдать экзамены по английскому или философии: нет соответствующих кафедр. Я пришел в свой родной вуз, объяснил ситуацию и попросил их принять у меня экзамены, но в университете покачали головой. Предложили альтернативу: я сдаю не вступительный, а кандидатский. И хотя это другой уровень, на голову выше, выбора не было. На удивление оказалось легко: каждый раз, когда спрашивали, куда я поступаю, я с восторгом рассказывал про астрономию и открытие новых планет.

Работу в обсерватории я начал с обслуживания телескопов и чтения статей, книг. Когда появлялось время, наблюдал, чем занимаются ученые. Через несколько лет работы я перевелся на должность младшего научного сотрудника и получил возможность заниматься непосредственно наукой — работать над статьями. Пришлось заняться самообразованием и изучать сам процесс, как эти статьи писать. Университетских знаний явно не хватало.

Крымская астрофизическая обсерватория находится в месте с хорошим климатом: у нас в среднем полгода ясного неба. Наблюдательного времени, чтобы решать широкий спектр научных задач, предостаточно. Значительная часть исследований посвящена физике звезд, Солнца и активных галактик. Есть направления, связанные с экзопланетами (планеты вне Солнечной системы), молодыми звездами, астероидами, естественными спутниками планет и даже искусственными спутниками Земли.

Галактика — огромная гравитационно связанная система, состоящая из большого количества звезд, газа, пыли и темной материи. Причем темной материи в галактиках гораздо больше, чем видимой. Возможно, именно темная материя стала причиной образования Галактики. Сама Галактика внутри содержит ядро, которое ярче, чем остальная ее часть. Там находится центр тяжести, к которому очень медленно дрейфуют все звезды, газ и пыль. Но если сравнить концентрацию света в центральной области, которую могут обеспечить звезды, с тем, что мы видим, то станет понятно, что одних звезд не хватает. Нужны другие источники энергии.

Такой источник энергии в центре Галактики — сверхмассивная черная дыра. Масса одной такой дыры — от нескольких миллионов до нескольких десятков миллиардов масс Солнца. Многие, услышав такие цифры, пугаются, что черные дыры нас засосут. Почему этого не происходит? Черную дыру можно сравнить с норкой тарантула в земле. Тарантул охотится внутри норки и на очень маленьком от нее расстоянии. Если в трех сантиметрах проползет кузнечик, то даже не увидит норку, а тарантул его не почувствует. То же самое с черными дырами: мы находимся на приличном расстоянии от воронки.

Информация о черных дырах не помогает создать более функциональный айфон. Ученый должен объяснять, почему его исследования принесут пользу конкретному человеку

Другая иллюстрация: возьмем Солнце и сделаем его черной дырой. Мы ничего не ощутим, потому что нас защищает расстояние в 150 миллионов километров. Конечно, Солнце при этом погаснет со всеми вытекающими последствиями, но мы продолжим вращаться по своей орбите. Так же и с Галактикой: мы вращаемся вокруг ее центра на огромном расстоянии в 26 000 световых лет и не чувствуем сверхмассивную черную дыру.

До сих пор непонятно, как образовались такие сверхмассивные черные дыры. Либо после вспышек звезд, либо после столкновения гигантских облаков газа на заре развития Вселенной. А может, еще раньше? Другой вопрос — искривление пространства-времени черной дырой. Мы не знаем, что находится внутри дыры. Там привычные законы физики перестают работать. По некоторым гипотезам, черная дыра связывает наш трехмерный мир с четырехмерным, влияние которого мы ощущаем. Недавно ученые, исследуя микромир, обнаружили, что у элементарных частиц прошлое и будущее можно поменять местами. То есть события, которые находятся в прошлом и будущем, тоже испытывают квантовый дуализм. То, что произойдет в будущем, одновременно происходит и в прошлом. В этом случае невозможно проследить классическую связь «причина — следствие»: причина и следствие могут меняться местами.

Ряд телескопов в нашей обсерватории регулярно фотографируют небо. На полученных снимках мы исследуем активные галактики и пытаемся понять физику процессов, которые там происходят. При этом незадействованными остаются тысячи звезд. Так мне пришла идея исследовать архив снимков с одного из телескопов («АЗТ-8»), который ведется с 2001 года. Накопилось около полумиллиона фотографий — я постепенно перерабатываю их и ищу новые неизвестные объекты.

Прежде всего это переменные звезды — те, что меняют яркость с течением времени. Например, внутри некоторых звезд образуется слой непрозрачного вещества, которое задерживает излучение. Звезда перегревается и расширяется, потом сбрасывает свое тепло и сжимается обратно, меняя яркость. Из внешних причин может быть затмение звезды другой звездой, облаками газа и пыли, планетой. Таким способом можно даже открыть планету: это называется транзитный метод.

Поисковые работы приносят информацию, которая сейчас, возможно, не очень интересна. Но в любое время могут найтись люди, которым эти данные понадобятся для серьезных исследований. А может повезти, и попадется какой-нибудь уникальный объект, меняющий устоявшиеся взгляды. Так произошло с открытием звезды Табби (KIC 8462852) в архиве космического телескопа «Кеплер». В кривой ее блеска ученые обнаружили аномалии, которые породили десятки гипотез — вплоть до идеи о строительстве астроинженерного сооружения внеземной цивилизацией.

С 2005 года я провожу экскурсии по обсерватории. Я видел, что к нам приезжают люди, которым интересно узнать о космосе больше, а не просто отдохнуть или отметиться здесь для галочки. И тогда начал читать лекции на астрономических мероприятиях для любителей: «Южные ночи», «Астрофест», «Рождественские ночи». В 2014-м организовал «Астроканикулы». Это курс лекций и практикумов, где человек, знакомый с астрономией поверхностно или вообще никак, начинает изучать Вселенную с самых азов. С названий звезд, ориентирования на небе, знакомства с устройством телескопа, понимания, как меняются времена года и как устроена Солнечная система. Постепенно переходим к тому, как правильно работать с телескопом, делать и обрабатывать снимки, получать не только красивые картинки и ускоренное астрономическое видео, но и пригодные для серьезной научной работы фотографии. «Каникулы» проходят дважды в год, в августе и январе.

Параллельно сотрудничаю с организациями, которые тоже занимаются популяризацией науки, читаю лекции в школах, университетах, планетариях, детских лагерях, на конференциях и курсах подготовки учителей астрономии. Часто люди просят провести лекцию на современную астрономическую тему для своей компании. Когда кому-то о чем-то рассказываешь, то открываешь эту тему для себя как будто заново, систематизируешь знания и находишь что-то неожиданное, сталкиваешься со сложными вопросами или редкими фактами.

Человечеству нужно осознать, что без объединения стран наука развивается ограниченными темпами

Основная проблема обсерватории — это старые телескопы. Их давно пора модернизировать: менять зеркала, механику, ставить новую систему управления и приемники. С начала 1990-х и до 2014 года у нас был огромный провал в финансировании, проблемы с выплатой зарплаты. К счастью, ситуация начала меняться: мы вдруг получили возможность не выживать, но жить и работать. Появился доступ к российским грантам, стало легче ездить на конференции. Заметно увеличился процент молодежи в коллективе.

Мы занимаемся фундаментальной наукой. Среднестатистическому жителю страны эти исследования не сильно интересны. Добытая информация о черных дырах не помогает оптимизировать повседневную жизнь человека — создать более быстрый феррари или функциональный айфон. Ученый должен уметь доказать свою нужность, объяснить, почему его исследования принесут пользу человечеству и конкретному человеку. В Советском Союзе государство поддерживало науку, а в 90-е ученые оказались сами по себе. Многие — особенно старшее поколение — до сих пор ждут помощи извне. А у молодежи, которая приходит в астрономию, часто нет серьезных знаний и представлений, как правильно проводить исследования. При этом молодые ребята в курсе, как вести бизнес и получать деньги. Получается парадоксальная ситуация: старики знают, но не умеют эти знания применить, а молодежь понимает, как зарабатывать деньги, но ей не хватает теоретических знаний. Нужна связь поколений, а у нас она разорвана.

Несмотря на трудности, впечатляющие проекты есть. Например, космический аппарат «Радиоастрон» — это почти полностью отечественная разработка. Он исследует астрономические объекты космическими и наземными радиотелескопами одновременно. Недавно «Радиоастрон» совместно с земными инструментами получил самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии. Он увидел объекты, расположенные в центре Галактики на расстоянии примерно 8 миллионных долей угловой секунды друг от друга. «Радиоастрон» разрабатывался с 1980-х годов, а запустили его в июле 2011-го. Естественно, этого бы не случилось, если бы мы не сотрудничали с другими странами. «Радиоастрон» работает в совокупности с телескопами, расположенными по всему миру. Для науки не должно быть государственных границ.

Чтобы человечество активнее сотрудничало, я вижу два варианта: волшебный пендель в виде всемирного катаклизма (приближающегося астероида, инопланетян) или все-таки массовое осознание, что без объединения стран наука развивается ограниченными темпами. Адронные коллайдеры, космические или нейтринные гравитационно-волновые телескопы требуют огромных финансовых вложений. Такое финансирование давно вышло за рамки того, что может обеспечить одна страна. Нужна кооперация, поэтому будущее — за объединением ученых.

Как поступить и получи диплом Московского ВУЗа по астрофизике.

Источник: theoryandpractice.ru