Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 45

Метод затмений работает тогда, когда плоскость орбиты планеты почти параллельна лучу зрения. В этом случае планета на каждом обороте проходит перед звездой, частично затмевая её свет. Метод затмений более сложен, но и информации даёт больше. В частности, для затмевающих планет удаётся измерять массы, спектры и радиусы. То есть он, в отличие от метода лучевых скоростей, позволяет не просто зафиксировать сам факт наличия планеты, но и определить её физические параметры и даже свойства атмосферы.

- А как можно исследовать свойства атмосферы, если нельзя увидеть даже саму планету?

- Здесь также работает спектральный анализ. Если речь идёт о затмевающей планете, то во время затмения, то есть в тот момент, когда планета проходит по диску звезды, газовая оболочка планеты поглощает часть звёздного света, и это добавочное поглощение можно зафиксировать в наблюдениях. В тех же (пока редких) случаях, когда удаётся увидеть саму планету, возможно получить и её спектр — непосредственно, а не в виде едва заметного изменения в спектре звезды.

- Чёрные дыры представляют собой особый класс объектов, так как сами ничего не излучают. Каким образом они были обнаружены, и как были измерены их массы?

- Измерение масс чёрных дыр — как раз тот случай, когда прекрасно работают законы четырёхсотлетней давности, законы Кеплера. Наблюдая движение вещества по кеплеровским орбитам, можно определить массу того тела, вокруг которого обращается вещество. В ряде случаев оказывается, что вещество вращается вокруг «пустого» места, то есть источник тяготения в фокусе орбиты есть, обладает весьма заметной массой и при этом невидим. Очень наглядный пример — объект в центре нашей Галактики. Вокруг него вращается несколько звёзд, орбиты которых измерены с очень высокой точностью. Из параметров этих орбит видно, что звёзды движутся в поле тяготения объекта массой в несколько миллионов солнечных масс. При этом объект невидим (видно лишь слабое рентгеновское излучение падающего на него газа) и обладает очень небольшими размерами. Всё это — характерные признаки чёрной дыры.

- А можно ли объяснить эти признаки, не привлекая теорию чёрных дыр? Есть ли другие гипотезы?

- Да, время от времени публикуются статьи, посвящённые попыткам объяснить поведение звёзд в центре Галактики другими объектами — нейтринными шарами, бозонными звёздами и прочее. Однако эти объекты более экзотичны, чем чёрные дыры, а в науке принято правило, согласно которому предпочтение отдаётся более простому объяснению.

- Большая часть массы Вселенной состоит из тёмной энергии и тёмной материи, природа которых неизвестна. Как астрофизика изучает их?

- Тёмная материя локальна, её признаки наблюдаются не только в масштабах Вселенной, но и в отдельных скоплениях галактик, и в самих галактиках. Поскольку тёмная материя является источником гравитационного притяжения, её распределение можно исследовать по наблюдениям явлений, связанных с гравитацией, например по наблюдениям гравитационного линзирования. Здесь в общем ситуация примерно та же, что и с чёрными дырами, — действие поля тяготения фиксируется совершенно уверенно, а его видимый источник отсутствует. Только речь идёт не об очень компактном массивном теле, а напротив, о распределении невидимого вещества в масштабах скопления галактик.

Тёмная энергия — вещь глобальная, и её признаки проявляются в космологических наблюдениях, то есть, по сути, в наблюдениях Вселенной как целого. Но методика и здесь остаётся той же: теоретики рассчитывают, как должна выглядеть Вселенная (крупномасштабное распределение вещества, свойства микроволнового фона) при том или ином соотношении обычного вещества, тёмного вещества и тёмной энергии, а наблюдатели проверяют, насколько эти предсказания оправдываются на практике, например в наблюдениях анизотропии микроволнового фонового излучения.

- Расскажите, пожалуйста, о связи астрофизики и физики элементарных частиц! Ждут ли астрофизики каких-то определенных результатов от LHC?

- На самом деле, астрофизика — это не какая-то отдельная отрасль физики, подобная физике элементарных частиц или, скажем, физике твёрдого тела. Это скорее система применения знаний из различных областей физики к космическим объектам. Поэтому астрофизика связана и с физикой элементарных частиц, и с кинематикой, и с гидродинамикой.

При этом есть, конечно, разделы астрофизики, которые к физике элементарных частиц особенно близки. Это, например, физика космических лучей и космология, исследования вспышек сверхновых и процессы в нейтронных звёздах. Результаты LHC имеют скорее общефизическое значение, чем конкретно астрофизическое. Поэтому рискну сказать, что астрофизикам в массе не так важно, какие конкретно результаты будут получены на LHC. Хотя, конечно, очень интересно будет узнать, какие результаты там будут получены.

-А как же, например, эксперименты на LHC, предназначенные для проверки теоретических моделей столкновения космических лучей высокой энергии с молекулами атмосферы? Или вообще проверка Общей теории относительности? Разве новые данные LHC не ограничат(или расширят) модели, используемые в астрофизике?

- Астрофизика объединяет в себе сотни, может быть, даже тысячи моделей. В очень многих моделях ни релятивистских эффектов, ни энергий, для которых был построен LHC, нет. Соответственно ни результаты LHC, ни результаты проверок ОТО на этих моделях никак не скажутся. На самом деле если бы, скажем, эффекты ОТО играли столь большую роль в рядовых физических и астрофизических процессах, для проверки ОТО не приходилось бы проводить сложных и дорогостоящих экспериментов. Сложность её проверки обусловлена именно тем, что она зримо проявляется лишь в довольно исключительных обстоятельствах, которые во Вселенной редки.

- Может ли современная астрономическая картина мира оказаться неверной?

- Это сложный вопрос, и ответ на него будет зависеть от того, что конкретно понимается под астрономической картиной мира и какой смысл вкладывается в слово «неверна». Строго говоря, наши «руки» (в виде космических аппаратов) протянулись лишь чуть дальше, чем на 100 астрономических единиц от Солнца. Всё, что мы «знаем» вне этих пределов, является результатом интерпретации наблюдений электромагнитного излучения и космических лучей, то есть результатом того самого центрального процесса — построения моделей и их сопоставления с наблюдениями. При этом, даже если удаётся построить модель, которая хорошо описывает имеющиеся наблюдения и позволяет предсказать результаты новых наблюдений, остаётся вопрос единственности. Не существуют ли другие модели, которые будут не менее успешны?