"Релятивистская астрофизика и радиоастрономия"
2 октября 2007 г. на международном космическом форуме "Космос: наука и проблемы XXI века" в Институте космических исследований РАН состоялась конференция по данной теме. Ее участники обсуждали наиболее яркие и актуальные проблемыI современной астрофизики - от практической научной програм-мы1 работыI космических обсерваторий до удивительные по своим свойствам черныи дыр и на первый взгляд фантастической теории "кротовыи нор".
Открыл конференцию академик Н.С. Кардашёв,
рассказавший о перспективной научной программе отечественных космических обсерваторий "Ра-диоастрон" и "Миллимет-рон", которые разрабатываются в Астрокосмиче-ском центре Физического института им. П.Н. Лебедева совместно с международными институтами. В радиодиапазоне принято выделять несколько важнейших направлений для исследования различных объектов Вселенной. Космическая обсерватория "Радиоастрон", запуск которой планируется на ближайшее время, будет работать в радиодиапазоне 1.35-92 см и обеспечит угловое разрешение
в 30 раз лучшее, чем инструменты на поверхности Земли (Земля и Вселенная, 2000, № 4; 2005, № 3). Космическая обсерватория "Радиоастрон" предназначена для систематических исследований гравитационного поля Земли и интересных небесных объектов: сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик, черных дыр звездных масс в нашей Галактике, нейтронных звезд, областей образования звезд и планетных систем в Галактике и в ядрах других галактик, облаков межзвездной плазмы. Можно будет с высокой точностью изучить структуру, измерить координаты и движение источников мощного радиоизлучения, испускаемого наблюдаемыми объ-
Директор Астрокосмического центра ФИАн академик Н.С. Кардашёв. Фото С.А. Герасютина.
ектами. Уже подготовлен список из нескольких сотен объектов (сверхмассивные черные дыры, микроквазары, пульсары, космические мазеры и другие радиоисточники), а к моменту запуска "Радиастро-на" список будет дополнен до тысячи. Обсерваторию предполагается вывести на эллиптическую орбиту с периодом обращения 9.5 сут и максимальным удалением от Земли 350 тыс. км. Специально выбрана такая необычная орбита: существенно влиять на полет "Радиоастро-на" будет гравитационное поле Луны, которое систематически поворачивает плоскость орбиты вокруг большой ее оси. В апогее своей орбиты космическая обсерватория окажется на расстоянии более 50 тыс. км от Луны, тем не менее она будет оказывать на него постоянное слабое гравитационное воздействие. Поворот орбиты обеспечит высокое разрешение изображения исследуемого небесного объекта по всем направлениям. Космический радиотелескоп будет работать как гигантский интерферометр с базой между спутником и системой наземных радиотелескопов. Все задействованные в системе интерферометра наземные радиотелескопы будут принимать
© Торопина О.Д.
47
Орбита космического радиотелескопа "Радиоастрон". Рисунок. НПО им. С.А. Лавочкина.
сигналы от источника одновременно с космической обсерваторией. Приемные станции находятся в США (Грин Бэнк), в подмосковном Пущино и в Австралии (Тидбинбилла). Информацию будут получать также все крупнейшие радиотелескопы, в том числе и отечественные: 70-м радиотелескопы в Евпатории и Уссурийске, 64-м телескоп в Калязине. С помощью такого уникального интерферометра можно получить исключительно высокое угловое разрешение и построить изображения даже самых мелких
небесных объектов с высочайшей детальностью. Ширину лепестка интерферометра на нижней границе длинноволнового диапазона доведут до 7 миллионных долей секунды дуги, что при отношении сигнала к шуму около 10 позволит проводить измерения до микросекунды дуги. Это примерно в 20 млн. раз лучше, чем разрешение человеческого глаза.
В дальнейшем будет подготовлен аналогичный проект "Миллиметрон" для миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов (включающих весь пик реликтового космологического излучения). С помощью этой космической обсерватории предполагается достичь еще более вы-
сокого углового разрешения (до наносекунд дуги) и значительно более высокой чувствительности за счет глубокого охлаждения телескопа и расширения полосы приема. Проект "Миллиметрон" включен в Федеральную космическую программу России на 2006-2015 гг. Изготовление космического аппарата запланировано на 2015 г.
Следующие доклады были посвящены ряду необычных небесных объектов. Например, уже сейчас обнаружены и активно исследуются сверхмассивные черные дыры в центрах нашей и других галактик, струйные выбросы (джеты) релятивистских частиц, аккреционные диски вещества вокруг грави-
Космическая обсерватория "Мил-лиметрон" для исследований в автономном и интерферометри-ческом режимах. Рисунок. НПО им. С.А. Лавочкина.
тирующих объектов. Многие из этих объектов уже включены в программу наблюдения перспективных космических обсерваторий.
Член-корреспондент РАН В.И. Слыш рассказал о радиоизлучении черных дыр. Известно, что они не излучают, а поглощают попадающие в них вещество и фотоны. Однако падающее вещество скапливается вокруг черной дыры и образует плотную оболочку вблизи горизонта событий (Яз), излучающую во всем диапазоне спектра. Ее видимые размеры - от нескольких до тысяч Яз, а угловой размер самой черной дыры относительно небольшой. Например, чтобы увидеть черную дыру в центре нашей Галактики угловым размером всего 10 микросекунд на длине волны 1 мм, база интерферометра должна равняться 20 тыс. км. В реальности для изучения структуры излучающей области вблизи горизонта событий нужны исследования на волнах короче 1 мм. Поэтому детальное исследование окрестностей черной дыры возможно только в радиодиапазоне с использованием радиоинтерферометра со сверхдлинной базой, например космической обсерватории "Мил-лиметрон".
Основная тема выступления доктора физико-математических наук Л.И. Мат-веенко - исследование космических объектов со сверхвысоким угловым разрешением (Земля и Вселенная, 2003, № 4; 2004, № 4; 2006, № 3). Идею интерферометра со сверхдлинной базой (РСДБ) Л.И. Матвеенко совместно с Н.С. Кардашёвым и Г.Б. Шоломицким предложили еще в 1965 г. Простейший радиоинтерферометр состоял из двух радиотелескопов, разнесенных на сотни километров и наблюдающих один и тот же объект. Использование
двух разнесенных антенн дает разрешающую способность, эквивалентную разрешающей способности одной антенны с диаметром, равным длине базы. Метод РСДБ широко применяют для решения аст-рометрических, астрофизических и некоторых других задач, так как только он позволяет получать высококачественные радиоизображения различных космических объектов. Дальнейшим шагом в развитии радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой стало создание сетей РСДБ из нескольких радиотелескопов, а затем
Так схематично можно изобразить "кротовую нору".
и объединение всех радиотелескопов и сетей в единую мировую радиоинтер-ферометрическую сеть. И, наконец, самый современный этап в развитии РСДБ -вынос радиотелескопа в космос. Крупнейший в мире проект наземно-косми-ческой РСДБ - "Радио-астрон".
Доклад доктора физико-математических наук B.C. Бескина был посвящен эффективному ускорению частиц в струйных выбросах. На примере точных решений уравнений магнитной гидродинамики, описывающих осесиммет-ричные стационарные течения, рассматривалась возможность ускорения частиц и коллимации магнитных силовых линий в магнитосфере радиопульсаров, активных галактических ядер, микроквазаров, черных дыр. Один из самых популярных современных механизмов ускорения - механизм Бленд-форда-Знаека, то есть процесс выделения энер-
гии вращающейся черной дырой, погруженной во внешнее магнитное поле. Благодаря этому процессу вращающаяся черная дыра может стать источником энергии для струйных выбросов и излучения в активных галактических ядрах. В докладе было показано, что в случае медленного вращения для квазимонопольного магнитного поля можно построить точное аналитическое решение задачи. При этом граничных условий на поверхности, где происходит рождение частиц и условий гладкости решения на особых поверхностях достаточно, чтобы определить текущий в магнитосфере продольный электрический ток и угловую скорость вращения плазмы. В результате потери энергии в процессе Блендфорда-Знаека определяются физическими параметрами в области, где происходит рождение частиц, а не условиями на горизонте событий, который причин-
но не связан с внешними областями магнитосферы.
Академик A.B. Гуревич в своем докладе сделал основной акцент на проблему потери энергии вращающейся нейтронной звездыI с магнитным полем. Согласно общепринятой теории, пульсары теряют свою энергию за счет маг-нито-дипольного излучения, что приводит к торможению и увеличению периода пульсара. В 2006 г. группа ученых во главе с М. Крамером (США) открыла периодически активный пульсар PSR В1931+24. У этого объекта периоды активности 5-10 сут чередуются с периодами пассивности длительностью 25-35 сут. Объясняет поведение пульсара PSR В1931+24 новая модель, предложенная автором совместно с B.C. Бески-ным и Я.Н. Истоминым. Согласно этой модели, у периодически активного пульсара происходит "переключение" режимов торможения. Когда пульсар неактивен (отсутствует радиоизлучение), он тормозится за счет потерь на магнитное дипольное излучение. В тот период, когда пульсар активен, излучающая плазма экранирует магнитное дипольное излучение, поэтому происходит торможение за счет токовых потерь, то есть энергия и угловой момент звезды передаются через поверхностные токи. Быст-
рое переключение между режимами свидетельствует о наличии электрон-по-зитронной плазмы. Таким образом, на примере периодически активного пульсара РЭЯ В1931+24 впервые наблюдалось магни-то-дипольное излучение и было доказано существование токовых потерь.
Большой интерес вызвало выступление члена-корреспондента РАН И.Д. Новикова о "кротовых норах" и черных дырах (Земля и Вселенная, 1986, № 2; 2001, № 1; 2002, № 4; 2004, № 1). Модель гипотетических тоннелей в пространстве - "кротовых нор" - первоначально предложили А. Эйнштейн и Н. Розен. Эта модель предполагает сложную топологию
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.