Максим Пширков, старший научный сотрудник лаборатории гравиметрии Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга, поражается масштабам космоса, исследует высокие энергии и объясняет, что произойдет при взрыве очень тяжелой звезды.

О себе

Наш институт служит одновременно базой для научных исследований и местом обучения студентов астрономического отделения физического факультета МГУ. Я тоже учился на физфаке, но не на астрономическом отделении, потом пришел сюда делать диплом, защитил кандидатскую, потом через 6 лет вернулся на работу, и вот уже 15 лет, как я связан с этим институтом.

В детстве у меня не было мечты стать именно астрономом. Книжки об астрономии читал, но не более того. Есть в институте люди, которые еще в школе делали домашние телескопы, участвовали в соответствующих олимпиадах… Но это уже такие астрономы, которые буквально с рождения наметили себе траекторию. Только научились ходить, уже кричат: «Папа, дай бинокль!»

На самом деле классические астрономы, которые день и ночь смотрят на небо в телескоп, сегодня остались разве только в оптической астрономии. У нас тут, как видите, только ноутбуки. Да и астрономы, связанные с оптикой, в основном работают на компьютерах. Раньше, лет тридцать назад, все данные были на фотопластинках, сейчас их переводят в электронную форму. Нередко для работы нужно перекопать целый терабайт данных разного формата, для этого надо написать соответствующие программы.

Меня изучение космоса заинтересовало именно с точки зрения физики. Масштабы Вселенной трудно вообразить: известно, что расстояние от Солнца до центра нашей Галактики — 8,5 килопарсека, или почти 30 000 световых лет. И если на Земле температурный диапазон очень узкий, давление — всего одна атмосфера, то на том же Солнце оно может достигать миллиарда атмосфер и более десяти миллионов градусов.

© Анастасия Цайдер

© Анастасия Цайдер

Благодаря этим различиям в далеких от нас частях Вселенной возникают интересные явления и объекты — те же пульсары и квазары. Но физические законы при этом везде одинаковы, что здесь, что за 200 тысяч световых лет от нас. И если в лаборатории мы никогда не сможем воспроизвести условия, в которых возникли эти объекты, то можно изучить, как эти законы действуют на них, хотя бы с помощью наблюдений.

О своих исследованиях

Сфера интересов за эти годы у меня постепенно менялась: сначала изучал гравитационные волны, сейчас — астрофизику высоких энергий. Что это такое? Представьте, что вы выходите ночью на улицу, видите множество звезд — кажется, вот она, Вселенная. Но на самом деле вы просто видите световые волны разной длины — в очень узком оптическом диапазоне, от красного до фиолетового. Инфракрасный и ультрафиолетовый мы уже не видим, потому что нас освещает Солнце, у которого волновой спектр в основном ограничивается именно этим диапазоном, и мы находимся на дне атмосферы, которая, к счастью, мало что пропускает. Но если расширить этот диапазон, то ночное небо предстанет перед нами совсем по-другому.

Первая из высоких энергий — это рентген. Рентгеновский фотон обладает в тысячи раз большей энергией, чем фотоны видимого света. Затем идут гамма-лучи: их энергия больше уже в миллион раз — и т. д. В этих диапазонах проявляются очень многие процессы во Вселенной. Допустим, есть черная дыра в несколько миллионов раз больше массы Солнца. Она затягивает в себя газ, тот нагревается, и происходит выброс плазмы, которая летит почти со скоростью света и излучает гамма-кванты (фотоны с очень высокой энергией. — прим. ред.). Мы пытаемся понять, как этот газ падает в дыру и как происходит выброс плазмы. Или как он ведет себя при падении на другие интересные объекты — нейтронные звезды, которые остаются после взрывов сверхновых звезд.

Очень яркий всплеск гамма-излучения может иногда возникнуть в интересном сценарии, когда взрывается очень тяжелая звезда — в 40 масс Солнца и выше. При этом взрыв может идти не во все стороны, а вдоль двух полюсов, соответственно, излучение идет по двум узким конусам. Когда один из этих конусов направлен на нас, мы видим гамма-всплеск — самое яркое явление во Вселенной. Есть страшилка, что, если такой взрыв произойдет в нашей Галактике недалеко от нас, Земля погибнет, — этакий сценарий Судного дня. Но все-таки расстояния во Вселенной большие, так что мы можем спать спокойно: по крайней мере, гамма-всплесков нам пока бояться не стоит.

О новых инструментах и новых возможностях

Трудно ли сделать сейчас какое-то открытие в астрофизике? Думаю, все зависит от того, что мы вкладываем в это понятие. Изнутри всегда кажется, что все уже придумано до нас. Смотришь статьи 1950–1970-х годов, и там такие хорошие идеи: они все проще, но значительнее. А сегодня мы как будто выкладываем между ними кирпичики. Но это с точки зрения теории. А с точки зрения практики астрономия всегда двигалась вперед благодаря появлению новых научных инструментов. И поскольку сейчас их возможности растут, всегда есть шанс увидеть что-то новое.

Вот хороший пример из радиоастрономии. Английские ученые в 1960-х хотели исследовать параметры солнечной плазмы. Построили в Кембридже специальный радиотелескоп и начали изучать мерцание далекого источника, который светит через эту плазму. С периодом около секунды этот источник слегка мерцал. При этом он находился не в Солнечной системе, потому что на следующие сутки не перемещался вместе с Землей, а оказывался на том же месте. Сначала ему дали название Little Green Man (маленький зеленый человечек): думали, что это инопланетяне. А затем нашли второй, с очень похожими свойствами. Так открыли пульсары (вращающиеся нейтронные звезды, которые испускают потоки радиоизлучения. — прим. ред.).

© Анастасия Цайдер

© Анастасия Цайдер

В 2007 году на 100-метровом телескопе Грин-Бэнк (штат Западная Виргиния) обнаружили всплеск продолжительностью в несколько миллисекунд, который дошел до нас через миллиарды световых лет. Оказалось, что это новый класс явлений — быстрые радиовсплески. Что это такое, пока неизвестно, и как быстро это определят, предсказать невозможно, но обычно реальность превосходит ожидания. Иначе было бы скучно: ну вот вместо 10 МГц частота радиоволн от источника будет 20 МГц, ну окей. Это уже какая-то бухгалтерия получается. Гораздо интереснее все раскопать и найти что-то новое вроде тех же пульсаров. Люди, которые занимаются наукой, наверное, на это подсознательно и рассчитывают.

О работе в США и России

Часто данные наблюдений открыты для использования во всем мире. В России пользоваться ими тоже можно, тут надо благодарить политику американского конгресса: у них жестко прописано, что, если федеральный бюджет выделяет деньги на какой-то эксперимент, его итоги должны публиковаться в общем доступе. Далеко не везде это так: в Японии и даже в Европе часто ученые выбивают деньги у своих правительств, проводят эксперимент, а данные затем хранят у себя. Это, как мне кажется, в некоторой степени вредит науке, потому что деньги налогоплательщиков переводятся на то, чтобы какой-нибудь профессор N сделал себе имя. Но политика открытых данных приводит к тому, что можно не зависеть от наблюдательных возможностей России или любой другой страны. Вообще сейчас мало экспериментов, которые может делать одна страна, гораздо чаще встречаются международные коллаборации.

Я сам сейчас сижу на данных Ферми (cпутник для исследования гамма-излучения, который был запущен на орбиту Земли в 2008 году, совместный проект НАСА, министерства энергетики США и правительственных агентств Франции, Италии, Японии и Швеции. — прим. ред.). На его сайте можно скачивать все данные с момента запуска. Их не очень много, всего около 20 ГБ. Еще лет пять будем смотреть, что в них можно найти: новый гамма-всплеск или другой интересный источник световых волн. Один раз мы с коллегой уже обнаружили несколько новых гамма-всплесков, написали об этом статью. Пока он летает, затем запустят другие спутники, более чувствительные, — еще что-нибудь найдем.

В данный момент больше всего меня интересует поиск транзиентов — вспышечных явлений. Если мы видим вспышку, значит, выделилось громадное количество энергии за небольшой промежуток времени и мы имеем дело с каким-то очень интересным объектом. Примерами таких транзиентов являются гамма-всплески и быстрые радиовсплески, о которых я уже говорил, но этим весь список не исчерпывается. Сейчас исследование переменного неба в различных диапазонах и временных масштабах становится все более и более популярной частью астрономии.

В Москве кроме ГАИШ я еще работаю в Институте ядерных исследований РАН и иногда езжу в Пущинскую обсерваторию (подразделение Физического института им. П.Н. Лебедева РАН. — Ред.). Кстати, в ГАИШ в сентябре-октябре проходят наблюдения и научно-популярные лекции для взрослых и школьников: выставляют телескопы и люди просто смотрят на звездное небо. Но в столице проводить наблюдения сложно: и климат слишком облачный, и, главное, световое загрязнение большое. Если только Венеру с Юпитером разглядишь. А вот в Пущине хорошо: 100 км от Москвы, отошел в лес — уже нормально, можно что-то увидеть.