Наблюдая за небом. Астрофизик СПбГУ Валерий Ларионов о современной работе астрономов

Сегодня программа астрономических наблюдений Университета насчитывает несколько десятков объектов глубокого космоса. Мониторинг не прерывается десятилетиями, что позволяет отслеживать закономерности их развития и всплески активности. Так, например, необычно яркую картину переменности в сентябре — октябре 2020 года продемонстрировал блазар BL Lac, давший название всему классу объектов.

Главный научный сотрудник Валерий Ларионов (кафедра астрофизики СПбГУ) рассказал, какими исследованиями сегодня занимаются астрономы СПбГУ и почему для любого крупного университета важно иметь собственную обсерваторию.

Ученые СПбГУ входят в коллаборацию Event Horizon Telescope и в 2019 году принимали участие в проекте по получению первого изображения черной дыры. Расскажите, пожалуйста, какими проектами сейчас занимается ваша лаборатория?

Сверхмассивные черные дыры, по существующим представлениям, находятся в центральных областях всех или почти всех галактик. Некоторые из этих галактик — квазары и блазары — являются самыми мощными постоянными источниками энерговыделения во всем электромагнитном спектре, от жестких гамма-лучей до радиодиапазона. Из центральной области блазара выбрасываются с околосветовой скоростью струи плазмы, так называемые джеты. Их светимость значительно превосходит совокупную светимость всех звезд галактики. За полвека научной работы усовершенствовались методики исследований, разработано значительное количество моделей, объясняющих поведение активных ядер галактик в различных диапазонах. Однако, как показывает опыт, ни одна из существующих моделей не дает самосогласованного описания поведения этих объектов. В частности, неясно, в какой части джета блазара возникают оптические и в какой — гамма-вспышки. Сам механизм вспышечной активности, когда за считанные дни светимость джета может возрасти в десятки раз, не находит однозначного объяснения.

Наша лаборатория уже в течение длительного времени проводит мониторинг десятков активных ядер галактик в нескольких полосах оптического спектра и в поляриметрическом режиме. Нам, в частности, удалось показать, что у ряда объектов фотометрическая и поляриметрическая переменность обусловлена спиральной структурой джета либо спиральной составляющей пронизывающего его магнитного поля. Мы организовывали ряд международных кампаний по наблюдениям блазаров, в которых участвовали астрономы десятков обсерваторий разных стран. По результатам этих кампаний опубликованы статьи в ведущих международных журналах.

Существует ли в Университете постоянная программа наблюдений?

Конечно, у нас есть список объектов, которые мы наблюдаем чаще всего — то есть осуществляем их мониторинг, независимо от того, в ярком или слабом состоянии они находятся. Выбор их продиктован отчасти историческими причинами — например, ряд объектов наблюдался в ЛГУ еще полвека назад и накопленные данные помогают проследить эволюцию объектов на длинной временной шкале. Другие объекты были включены в программу, поскольку проявляли себя активно в рентгеновском или гамма-диапазоне.

Текущий список объектов приведен на сайте Виртуальной обсерватории СПбГУ, где содержится большое количество сведений о каждом объекте: название, ссылка на базу данных NASA, координаты, карта отождествления и, самое главное, кривая изменения блеска объекта, которая обновляется после каждой наблюдательной ночи. Эта информация нужна и нам самим — мы можем судить о том, происходит ли с объектом что-то интересное и не надо ли интенсифицировать наблюдения. К этому сайту активно обращаются и другие наши коллеги из десятков обсерваторий в разных странах, в том числе исследующие эти объекты в других спектральных диапазонах, прежде всего в гамма-лучах. Трудно выделить из трех десятков объектов «самые интересные», каждый из них может проявиться с неожиданной стороны в любое время.

Блазар BL Lac продемонстрировал необычайную картину переменности в сентябре — октябре 2020 года. На фоне рекордно яркого за 20 лет состояния наблюдаются короткопериодические колебания с характерным временем около суток. Это в оптическом диапазоне, а что происходит в других частях спектра — еще предстоит анализировать.

Например, блазар CTA102 находился в течение многих лет в спокойном состоянии, а в 2016 году у него произошла вспышка, во время максимума которой его блеск возрос в сотни раз. Есть несколько альтернативных объяснений этого события — например, эффект доплеровского усиления излучения джета, который слегка «качнулся» в нашу сторону, или результат того, что сквозь джет пролетела звезда, которая была ободрана мчащимся с околосветовой скоростью потоком плазмы.

Насколько, на ваш взгляд, в наше время важны оптические наблюдения? Для чего они нужны сегодня?

Оптический диапазон — составная часть электромагнитного спектра. Исторически использование его обусловлено тем, что кванты оптического спектра воспринимает человеческий глаз. Соответственно, приемники оптического спектра достигли высокого качества задолго до того, как появилась возможность регистрации квантов других диапазонов — гамма-лучей, рентгеновского, инфракрасного и радиоизлучения. При этом наблюдения ни в одном из этих диапазонов не умаляют значимости результатов, полученных в других длинах волн.

Может возникнуть недопонимание из-за терминологической неопределенности. Слова «оптический» и «визуальный» прежде могли употребляться как синонимы. Сейчас понятие «оптический» принято относить к той части спектра, которая в основном совпадает с областью чувствительности человеческого глаза. При этом «визуальные» наблюдения — это когда мы смотрим в бинокль, телескоп, подзорную трубу глазом и любуемся картиной звездного неба. Количественные оценки, которые нужны современному астроному, конечно, при этом получаются весьма грубыми. Поэтому эпоха визуальных наблюдений отошла в прошлое. На смену пришли фотопластинки, фотоэлектронные усилители, электронно-оптические преобразователи... Сегодня наиболее распространенный прибор для регистрации света в оптическом диапазоне — это приемник с зарядовой связью, всем знакомый по камерам мобильных телефонов, только, конечно, совсем другого качества.

Каким оборудованием сейчас располагают астрономы СПбГУ? Могут ли студенты работать на нем в процессе подготовки курсовых, выпускных или каких-либо других исследовательских работ?

В собственности Университета сейчас имеется только один телескоп, на котором мы установили разработанный в нашей лаборатории фотометр-поляриметр. Разумеется, студенты и аспиранты — начиная с астрофизической практики — знакомятся с работой на телескопе, обработкой наблюдательных данных. Некоторые из них, выбирая наблюдательную астрофизику в качестве будущей профессии, получают материал для курсовых и дипломных работ. Есть (и, надеюсь, будут еще) кандидатские диссертации, подготовленные по материалам, полученным с нашим относительно небольшим телескопом.

Есть ли у астрономического отделения СПбГУ возможность проводить наблюдения на телескопах других российских и зарубежных обсерваторий?

Мы на регулярной основе сотрудничаем со многими российскими и зарубежными обсерваториями. В некоторых случаях — как, например, с Крымской астрофизической обсерваторией — мы приезжаем и сами выполняем наблюдения на основе многолетнего договора о сотрудничестве. Часто сотрудничество выливается в совместную работу по изучению избранных объектов. Ведь из-за вращения Земли любой объект только часть времени проводит над горизонтом, и если мы начинаем наблюдения, то после нас их продолжают в Италии, Испании, на Канарах, в США, а затем Японии, Тайване, Китае, Узбекистане... А помимо этого, в рентгеновском и гамма-диапазонах работают космические телескопы. Это совершенно обыденная практика сегодняшней астрономии.

Как вы считаете, почему сегодня абитуриенты — физики и математики выбирают при поступлении астрономическое отделение и планируют развивать научную карьеру в этой области?

На этот вопрос ответить и легко, и сложно. Очень многие сегодняшние студенты астрономического отделения — это вчерашние любители астрономии, участники олимпиад. Не все из них становятся профессиональными астрономами, но стремление к познанию Вселенной, думаю, сохраняется у большинства из них.

Кафедра астрономии появилась в Университете еще в 1819 году, но собственная обсерватория была построена лишь в 1881 году, до этого ученые и студенты посещали Академическую обсерваторию в здании Кунсткамеры. Почему для Санкт-Петербургского университета так важно иметь свою обсерваторию?

А это очень простой вопрос. Если посмотреть на любой зарубежный университет, то мы убедимся, что практически каждый из них считает необходимым иметь пусть небольшой, но свой телескоп, где студенты могли бы приобщиться к наблюдениям. Ведь астрономия нужна не только физикам и математикам, гуманитарии должны иметь хотя бы общее представление об устройстве Вселенной.

Первая университетская обсерватория была построена на территории Первого военного Павловского училища, затем, в 1896 году, на 10-й линии открылась обсерватория Бестужевских курсов. В наше время вести наблюдения в черте города мешает световое загрязнение. Планируется ли создание новой обсерватории на территории нового кампуса СПбГУ? Какой вы хотели бы ее видеть?

Летопись университетской астрономии вы можете прочитать здесь.

Да, световое загрязнение — это бич современной астрономии. Многие студенты никогда не видели невооруженным глазом Млечного Пути. Можно вспомнить, что до начала 90-х годов прошлого века у Университета была своя наблюдательная станция в Армении, в Бюракане. Вот там никакого светового загрязнения не было и в помине благодаря тому, что академик Виктор Амазаспович Амбарцумян, тогда директор Бюраканской обсерватории (а прежде — основатель кафедры астрофизики нашего университета), тщательно следил за тем, чтобы ночное освещение было сведено к минимуму.

Довольно часто приходится слышать, даже от научных администраторов, что в сегодняшней астрономии телескопы не особенно нужны, ведь есть интернет и все можно взять оттуда. Правда, встает вопрос, кто же будет сбрасывать в интернет эти данные и возможно ли добиваться серьезных результатов, если студенты не будут иметь возможности самостоятельно получать, обрабатывать и анализировать информацию. Не надо забывать и о том, что астрономия — наука мировоззренческая. Как представляется, в любом университете должен быть телескоп хотя бы метрового класса, к которому будут иметь доступ не только профессионалы, но и студенты, в том числе гуманитарии. При этом он должен быть расположен в таком месте, где световое загрязнение минимально. Как и всякий современный прибор — это не дешевое сооружение, помимо самого телескопа нужна приемная аппаратура, соответствующая современному уровню. Конечно, он должен находиться в отдельной башне, чтобы минимизировать вибрации. Необходим купол, который будет вращаться, отслеживая направление трубы телескопа. Насколько можно судить, в новом кампусе Университета планируется создание обсерватории. Если это реализуется, то вековая традиция не прервется.