Наука и технологии 9 Октября 2019

Теория и практика космических масштабов

Нобелевская премия по физике 2019 года досталась ученым, которые, согласно официальной формулировке Шведской Королевской академии наук, «внесли вклад в наше понимание эволюции Вселенной и места Земли в космосе»
Теория и практика космических масштабов
Нобелевскую премию по физике 2019 года получили Джейс Пиблз, Мишель Майор и Дидье Кело
nobelprize.org

Половина призовых досталась уроженцу Канады, крупнейшему теоретику-космологу, почетному профессору Принстонского университета США Джейсу Пиблзу, а вторую часть премии разделили между собой два швейцарских астрофизика-экспериментатора — Мишель Майор и Дидье Кело.

Комментируя для нашего журнала присуждение Нобелевской премии по физике, академик РАН Валерий Рубаков признал, что все новые лауреаты совершенно заслуженно получили высшие научные награды. Говоря о Мишеле Майоре и Дидье Кело, он отметил, что открытие ими первой экзопланеты у звезды солнечного типа в 1995 году «показало, что планетные системы есть у очень многих других звезд помимо нашего Солнца, и благодаря их работе заметно расширились наши представления о том, как вообще устроен мир — Вселенная». Кроме того, он уточнил, что Майор и Кело разработали и провели тонкий и сложный эксперимент, и тем самым лишний раз подчеркнул очевидную прикладную составляющую «второй половинки» физической Нобелевки-2019.

Очень высоко Валерий Рубаков оценил и Джеймса Пиблза, которого хорошо знает лично: «Джеймс — отличный космолог, потрясающий теоретик, и к тому же очень порядочный, скромный человек, так что я очень рад за него. И, насколько мне известно, он вообще практически не использовал в своих работах какие-либо компьютерные вычисления или модели, то есть, по сути, это теоретик от Бога».

 

Разносторонний теоретик

Джеймс Пиблз — один из ключевых разработчиков современной теории эволюции ранней Вселенной, и основные его космологические статьи были написаны в течение двух десятилетий, с середины 1960-х по середину 1980-х .

Пиблз внес заметную лепту в теорию первичного нуклеосинтеза (описания процесса образования в ранней Вселенной первых ядер атомов) и был одним из немногих ученых, кто сумел рассчитать основные физические характеристики микроволнового реликтового излучения (в частности, он корректно предсказал его современный температурный диапазон): как известно, за случайное экспериментальное обнаружение этого «излучения Большого Взрыва» еще в 1978 году получили Нобелевскую премию Арно Пензиас и Роберт Уилсон (сам их важнейший эксперимент был проведен в 1965 году).

magnifier.png Пиблз внес заметную лепту в теорию первичного нуклеосинтеза (описания процесса образования в ранней Вселенной первых ядер атомов) и был одним из немногих ученых, кто сумел рассчитать основные физические характеристики микроволнового реликтового излучения

Правда, в этих теоретических расчетах Пиблз, по словам Валерия Рубакова, во многом опирался на пионерскую работу советских физиков-теоретиков Якова Зельдовича, Владимира Курта и Рашида Сюняева по механизмам образования реликтового микроволнового излучения в горячей плазме ранней Вселенной, с основными выводами которой он ознакомился до того, как представил свой труд на ту же тему: «Справедливости ради, сам Пиблз тогда же честно признал, что исходная идея, которая легла в основу его работы, была “позаимствована” им у Зельдовича и его коллег. А в известной книге другого нобелевского лауреата Стивена Вайнберга “Космология” есть целая глава на эту тему под названием “Вычисления Пиблза”, в которой достаточно подробно излагается вся эта специфическая история. И, если уж говорить начистоту, в который уже раз шведскими академиками была проигнорирована большая роль ныне здравствующего Рашида Алиевича Сюняева…»  

Отметим также, что еще в 1971 году была опубликована фундаментальная работа Пиблза «Физическая космология», которая, по словам шведских академиков, стала «важнейшим источником научного вдохновения для целого поколения физиков».

Впрочем, по мнению Рубакова, главный научный вклад Джеймса Пиблза прежде всего заключается в разработке общей теории образования крупномасштабных структур во Вселенной (галактик, галактических скоплений и проч.). Пиблз был и одним из авторов идеи о том, что в образовании подобных структур очень важную роль играет темная материя (точнее, некая «несветящаяся масса»). Его статья, в которой высказывалось предположение о существовании во Вселенной «холодной темной материи» (медленных и холодных сверхтяжелых частиц), была опубликована в 1982 году. А до этого на протяжении многих лет физики-теоретики в качестве главного кандидата на роль физических носителей пресловутой темной материи рассматривали быстрые, легкие и «горячие» нейтрино.

Но, как уточнил академик Рудаков, «основная часть теоретической работы по описанию и измерению различных физических свойств галактик и их скоплений (прежде всего гравитационных сил притяжения, действующих внутри этих крупных структур) все-таки была проделана уже другими исследователями».

magnifier.png «Если уж говорить начистоту, то в который уже раз шведские академики проигнорировали большуюя роль ныне здравствующего Рашида Алиевича Сюняева»

Отдельно отмечена в нескольких сопроводительных текстах Шведской академии наук и роль Пиблза в разработке в 1980-х годах прошлого века новой теоретической концепции «темной энергии» (или энергии космического вакуума), на которую предположительно приходится порядка 70% общей массы вещества во Вселенной (еще около 30% — это «обычная» материя плюс «темная»). Пиблз был одним из первых, кто реабилитировал космологическую постоянную («лямбду») Эйнштейна и снова ввел ее в качестве дополнительного параметра в Общую теорию относительности (именно “лямбде” доверено странное свойство космического вакуума — работающее на расширение космического пространства давление).

Важнейшим косвенным свидетельством в пользу гипотезы о присутствии во Вселенной помимо темной материи «еще более темной» (в переносном смысле) энергии, стали экспериментальные наблюдения за сверхновыми звездами, осуществленные в конце 1990-х, благодаря которым ученым наконец удалось получить подтверждение факта ускоренного расширения Вселенной (за это открытие в 2011 году Нобелевскую премию получили Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рис). Но несмотря на текущий солидный статус этой очередной надстройки современной космологии, прямых подтверждений правоты этой теории пока еще никем не представлено.

 

Планетарный зоопарк

Швейцарские астрофизики Мишель Майор и Дидье Кело, в отличие от Джейса Пиблза, ярко показали себя на прикладном фронте. Именно они в начале 1990-х осуществили важнейший эксперимент, благодаря которому человечество наконец узнало, что и за пределами нашей Солнечной системы есть звезды, обладающие планетами-спутниками.

Более опытный Майор и его студент-отличник Кело смогли «вычислить» скрытую от оптических приборов планету — газовый гигант (по физическим характеристикам напоминающую Юпитер) при помощи усовершенствованного спектрографа ELODIE, установленного во французской обсерватории Haute-Provence примерно в ста километрах к северо-востоку от Марселя.

magnifier.png Более опытный Майор и его студент-отличник Кело смогли «вычислить» скрытую от оптических приборов планету — газовый гигант (по физическим характеристикам напоминающую Юпитер) при помощи усовершенствованного спектрографа ELODIE

Майор и Кело впервые успешно применили метод лучевых скоростей, благодаря которому они смогли обнаружить регулярное «покачивание» (сдвиги в частоте излучаемого света) звезды 51 Пегаса с повторяющимся периодом 4,23 суток, происходящее из-за гравитационного воздействия на нее соседней массивной планеты.

Отметим также, что о теоретической возможности существования крупногабаритных планет в непосредственной близости от главных светил до них практически никто не подозревал, так что швейцарский дуэт как бы заодно сумел существенно скорректировать дальнейшее главное направление массовой «охоты за экзопланетами».

Чуть позже этот метод лучевых скоростей был усовершенствован командой Джеффри Марси из Университета Калифорнии в Беркли (США), которой не только удалось подтвердить спустя год, в 1996-м, факт открытия швейцарцами первой экзопланеты в системе 51 Пегаса, но и добавить в течение нескольких последующих лет еще порядка 70 новых объектов в коллекцию.

Правда, справедливости ради уточним, что первый космический объект, официально признанный экзопланетой мировым научным сообществом задним числом, был все-таки выявлен немного раньше, в 1991–1992 годах, американским астрономом Александром Вольшчаном в окрестностях далекой нейтронной звезды (пульсара) PSR 1257+12.

magnifier.png О теоретической возможности существования крупногабаритных планет в непосредственной близости от главных светил до них практически никто и не подозревал, так что швейцарский дуэт как бы заодно сумел существенно скорректировать дальнейшее главное направление массовой «охоты за экзопланетами»

Ну а в XXI веке на смену разработанному Майором—Кело и Марси методу лучевых скоростей (часто он также называется методом допплеровской спектроскопии) пришел другой весьма эффективный метод транзитов. В самом общем виде он заключается в том, что при непрерывном отслеживании яркости звезд под определенным углом зрения периодически могут возникать моменты, когда непосредственно на линии наблюдения возникает «посторонний объект», на очень короткое время частично перекрывающий свет звезды. Соответственно, приборы наблюдения регистрируют кратковременное незначительное ослабление блеска звезды, которое и может свидетельствовать о том, что произошел «транзит» невидимой для нас планеты перед материнской звездой.

Благодаря этому новому методу и, в неменьшей степени, многолетней активной поисковой работе легендарного космического телескопа Kepler и была обнаружена бо́льшая часть известных к настоящему времени науке уже четырех с лишним тысяч планет за пределами Солнечной системы.

А недавно на смену Kepler пришел новый, более заточенный на выявление экзопланет космический телескоп NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), запущенный в апреле 2018 года. Приборы TESS покрывают площадь, примерно в 400 раз превышающую зону видимости Kepler, и от этого телескопа земные астрономы ждут в ближайшем будущем куда более обильного экзопланетного урожая.

Еще по теме:
22.11.2019
25 ноября родился выдающийся хирург, ученый и основатель современного военно-врачебного дела Николай Пирогов
21.11.2019
Обновленный суперкомпьютер «Говорун» презентовали в Дубне. Такое имя он получил в честь директора лаборатории вычислител...
19.11.2019
Объединенный институт высоких температур РАН, РКК «Энергия», МФТИ и компания — национальный чемпион «Лазерные системы» з...
11.11.2019
Десятого ноября 1888 года родился выдающийся советский авиаконструктор Андрей Николаевич Туполев — глава советской авиац...
Наверх