Весной в СМИ была широко анонсирована пресс-конференция в НАСА по поводу открытия семи экзопланет, размерами сравнимых с Землей. Потом, правда, оказалось, что жить на них все-таки нельзя. "Жить" в нашем человеческом понимании, конечно. Результаты исследований российских астрономов хоть и не были растиражированы столь широко, не менее интересны и значимы, чем их американских коллег. Открытие и изучение экзопланет - одно из направлений комплексной научной программы, реализуемой Специальной астрофизической обсерваторией (САО) РАН (Карачаево-Черкесская Республика). Масштабное исследование Вселенной стало возможным благодаря крупному гранту Российского научного фонда (РНФ). Полное название проекта - "Эволюция звезд от их рождения до возникновения жизни". Как уверен руководитель проекта, научный руководитель САО РАН академик Юрий Балега, для того чтобы найти в космосе жизнь или планету, пригодную для жизни, недостаточно сосредоточиться на изучении отдельных звезд или их планет. Необходим поиск в очень широком спектре направлений.
В комплексной программе САО РАН - три ключевых раздела. Первый, как уже было сказано, - это изучение планет, размеры, масса и температура которых допускают возможность возникновения и существования форм жизни, подобных земным. Главной задачей второго, как формулируют исследователи, является открытие нового класса объектов в астрофизике - "очень массивных звезд" (VMS, их масса достигает 1000 масс Солнца) и (или) черных дыр промежуточных масс (IMBH). Третий раздел - исследование механизмов образования магнитных полей в космосе.
- Все, конечно, стремятся найти планету, напоминающую Землю: по размерам, по массе, - улыбается Юрий Балега. - Поток открытий экзопланет не иссякает, однако на 99% эти небесные тела оказываются газовыми гигантами вроде нашего Юпитера и массивнее, до 20 Юпитеров величиной. Почему? Такие просто легче обнаружить. Ведь большинство экзопланет удается открыть благодаря тому, что, вращаясь вокруг материнской звезды, они ее слегка "расшатывают". Амплитуда этих изменений движения звезды чрезвычайно мала - всего десятки сантиметров в секунду, но мы ее ловим. Понятно, что большие планеты свою звезду раскачивают сильнее. Второй способ - наблюдение за блеском звезд с помощью очень точных фотометров. В то время, когда планета проходит перед диском звезды, блеск звезды ослабевает. Изучение периодического изменения этого блеска позволяет нам оценить размер, массу, период движения планеты. Но главное, что всех интересует, - есть ли на планете атмосфера. Для того чтобы в спектре звезд обнаружить признаки атмосферы у их планет, нужны очень прозрачные спектрографы. Создание такого оборудования - бесконечно сложная задача! Если бы кто-то мне сказал, что есть такие приборы, еще лет 10-15 назад, я бы не поверил, ответил бы, что это невозможно в принципе. Но сейчас технологии наземного наблюдения так быстро продвигаются, в них вкладываются такие колоссальные средства, что невозможное становится возможным. Пока открыты только большие планеты с атмосферой, но не за горами время, когда будут обнаружены и экзопланеты с признаками атмосферы земного типа. Над этим работают астрономы во всем мире, и мы - одна из команд.
Фото Николая Степаненкова
- Материнскими звездами для планет могли бы быть звезды - красные и коричневые карлики, - продолжает руководитель проекта. - Они меньше, чем Солнце, они медленно сжигают свой водород. Но, к сожалению, уникальные данные, которые мы получили буквально недавно, показали, что при вспышках, которые происходят на этих звездах, выделяется огромное количество частиц, которые сжигают все вокруг. Так что вряд ли планеты, вращающиеся вокруг них, подходящее место для развития какой-либо жизни.
Количество публикаций, подготовленных со старта программы, в том числе в престижных журналах с высоким импакт-фактором, с каждым годом растет - в 2015 году было 39 статей, в 2016-м - 102, за 2017-й - уже 60.
Одним из главных результатов, полученных за время реализации гранта РНФ, его руководитель считает обнаружение атмосферы у одной из экзопланет. Она находится не очень далеко от Земли (всего 20 световых лет), вращается вокруг звезды, похожей на Солнце (это желтый карлик спектрального класса G0). Эта планета намного крупнее нашей Земли, и у нее, как показали исследования, есть признаки атмосферы.
Вообще же любимый журналистский вопрос "о главном открытии" в случае астрономии, замечает Ю.Балега, не очень корректен: ведь главное, как проинтерпретировать полученные результаты, как их объяснить. И приводит в пример еще одно исследование, которое проводится в рамках второго направления того же проекта. В созвездии Орион находится самая близкая к нам область звездообразования - огромная туманность Ориона, которая родилась в результате столкновения нашей Галактики с облаком молекулярного водорода. Это произошло примерно 50 миллионов лет назад и привело к вспышке образования новых звезд. Исследуя эту область, астрономы видят очень массивные молодые звезды, которым всего 100 тысяч лет. "Проводя исследования в рамках поддержанной грантом РНФ программы, мы обнаружили в Орионе сотни звезд в десять раз массивнее Солнца, и у них есть магнитные поля, - говорит Ю.Балега. - Это очень сильный результат! Изучение таких объектов позволяет понять физику рождения новых звезд".
В том же Орионе исследователи вообще находят много удивительного, например, огромное количество "неудавшихся" звезд - коричневых карликов. Это нечто среднее между планетами и звездами. После рождения космического объекта его масса при сжатии оказалась недостаточной, газа для образования звезды не хватило, и вместо звезды появилось шаровое тело, давление и температура в ядре которого слишком низкие для термоядерной реакции.
Кроме того, обнаружены планеты, не имеющие своей материнской звезды. Они рождаются из сгустков пыли и газа, движутся в космическом пространстве, но не вращаются вокруг какого-то другого объекта.
А еще в Орионе найдено огромное количество очень сложных молекул - спирты, сахара, формальдегиды, которые в случае попадания в подходящие условия могли бы стать основой для происхождения жизни.
"Словом, много загадочных вещей обнаруживаем, - увлеченно говорит академик. - Поэтому неправильно сосредотачиваться только на экзопланетах... По многим направлениям идет поиск информации о том, как же зародилась жизнь в нашей Вселенной".
В ближайших галактиках - до них от нас порядка 20 миллионов световых лет - открыты звезды, масса которых доходит до тысячи солнечных масс. До сих пор считалось, что масса самых крупных звезд составляет до 50 солнечных масс. То, что они могут быть на порядок массивнее, - одна из больших загадок природы. Теоретически это еще не объяснено.
- Пока что существование таких объектов даже противоречит общепринятой теории звездообразования, - объясняет ученый. - Когда из огромной массы газа начинает рождаться звезда, гравитационное сжатие происходит очень быстро, в масштабах жизни звезды это одно мгновение. И как только начинается термоядерная реакция, давление излучения "сдувает" весь газ вокруг звезды, и ее масса уже не может увеличиваться. Теоретики такие модели давно просчитали. А как образуются звезды в сто солнечных масc, и тем более в тысячу - непонятно. Есть предположение, что первое поколение звезд, очень массивных, быстро проживали свою жизнь и взрывались, обогащая Вселенную тяжелыми элементами, из которых потом рождались звезды следующего поколения.
Сейчас мы проверяем наше открытие на других телескопах - включая российские, японский, американские, орбитальные и наземные. Если существование звезд большой массы подтвердится, это будет просто информационная бомба! Ведь это будет означать, что сверхмассивные объекты могут рождаться и сегодня. Открытие мирового масштаба для всей астрофизики.
...Для астрономов крайне важно иметь доступ к современному оборудованию. А стоит оно очень дорого. Для примера: программа работы на телескопе James Webb Space, который США запускает в следующем году на орбиту, оценивается примерно в 10 миллиардов долларов. Российская же астрономия жила, по выражению академика, "на сухом пайке" несколько десятилетий. Последний крупный рывок в астрономии, по его словам, у нас был сделан в середине 1970-х, когда на Северном Кавказе установили исторический телескоп БТА, разработка которого началась еще в хрущевскую эпоху. За полвека приборная база астрономии в стране практически не обновлялась. Поэтому вклад в мировую науку был намного больше у теоретиков. Грант РНФ позволяет исправить ситуацию. В рамках проекта в САО уже в следующем году завершается работа по созданию уникального фиберного спектрографа, который, в частности, позволит измерять лучевые скорости звезд для обнаружения планет очень малой массы. Это оборудование очень дорогое - один только "глаз", который регистрирует свет, обходится в 50 миллионов рублей. К изготовлению спектрографа подключена отечественная оптическая и оптико-механическая промышленность, различные компании Санкт-Петербурга и Москвы. "Для нас это колоссальный рывок вперед!" - говорит Ю.Балега. Как ожидают ученые, использование такого современного оборудования должно привести к существенному повышению эффективности экзопланетных исследований.
- Благодаря гранту РНФ, а также поддержке ФАНО, изготовлено и новое зеркало для шестиметрового телескопа. Предстоит долгий процесс по его установке, тестированию и налаживанию. "Теперь астрономы смогут лет десять спокойно заниматься делом, а не ходить с протянутой рукой, - добавляет академик. - А молодежь не будет убегать на Запад. Ведь бегут не только потому, что мало платят, - не на чем работать! Грант РНФ дает нам возможность также привлечь молодых ученых из других городов".
Этот комплексный проект выполняют, в основном, сотрудники САО - из примерно сотни штатных ученых обсерватории половина участвует в проекте, еще примерно столько же человек привлечены из других научных организаций и университетов: это МГУ (в частности, Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга), СПбГУ... Университет ИТМО помогает в создании оптики для спектрографов и других приборов, которые работают на телескопе.
- РНФ сегодня практически играет первую скрипку в поддержке фундаментальной науки в стране, - говорит академик Ю.Балега. - Он воспринял все лучшие экспертные традиции, которые были наработаны в России, начиная еще с Сороса и продолжая РФФИ. Думаю, это большое положительное явление в современной научной жизни России. Благодаря подобным фондам удается сохранить российскую науку. Физики сейчас просто заряжены на эти гранты. Важно, чтобы фонд продолжал свою деятельность!
