Гарик Израелян: Какво има вътре в една звезда?

Имам много трудна задача. Аз съм спектроскопист. Трябва да говоря за астрономия, без да ви показвам нито един образ на мъглявини, галактики и т.н., защото моята работа е спектроскопията. Никога не се занимавам с изображения. Но ще се опитам да ви убедя, че спектроскопията всъщност е нещо, което може да промени този свят. Спектроскопията вероятно може да отговори на въпроса: "Има ли някой там, навън?" Сами ли сме? SETI. Не е много забавно да се занимаваш със спектроскопия.

Един от колегите ми в България, Невяна Маркова, е прекарала около 20 години в изучаване на тези профили. И е публикувала 42 статии, посветени само на темата. Можете ли да си представите? Ден и нощ да мислиш, да наблюдаваш една и съща звезда в продължение на 20 години - невероятно. Но ние сме луди. Правим такива неща. (Смях)

И аз не съм толкова далеч. Прекарах около осем месеца в работа по тези профили. Понеже забелязах една много малка симетрия в профила на една от звездите, имащи планети. И си помислих- е, може би има литий-6 на тази звезда, което е индикация, че тази звезда е погълнала планета. Защото очевидно този крехък изотоп, литий-6, не може да съществува в атмосферите на слънцеподобни звезди. Но го има на планетите и астероидите. Значи, ако погълне планета или голям брой астероиди, в спектъра на звездата ще присъства този изотоп, литий-6. Така че прекарах повече от осем месеца само в проучване на профила на литиевата линия на тази звезда.

Всъщност е изумително, защото получих телефонни обаждания от много репортери с въпроса: "Наистина ли сте видяли планетата да влиза в звезда?" Защото мислеха, че ако имаш телескоп, си астроном и това, което правиш, всъщност е да гледаш през телескопа. И може да си видял планетата да влиза в звезда. А аз отговарях: "Не, извинете. Виждам ето това." (Смях) Просто невероятно е. Защото всъщност никой не разбра. Обзалагам се, че имаше много малко хора, които наистина разбраха за какво говоря. Защото това е индикация, че планетата е влязла в звездата. Изумително е.

Силата на спектроскопията беше наистина осъзната от Пинк Флойд още през 1973-та. (Смях) Защото те казват, че може да получиш какъвто искаш цвят в един спектър. Трябват ти само време и пари, за да си направиш спектрограф. Това е спектрограф номер едно - с висока резолюция, най-прецизният на тази планета, наречен HARPS, който се използва за откриване на извънслънчеви планети и звукови вълни в атмосферите на звезди.

Как получаваме спектри? Сигурен съм, че повечето от вас знаят от училищната физика - това по същество е разделяне на бяла светлина на цветове. А ако имаш течна гореща маса, тя ще произведе нещо, което наричаме непрекъснат спектър. Един горещ газ произвежда само емисионни линии, без континуум. А ако поставиш хладен газ пред горещ източник, ще видиш определени модели, които наричаме абсорбционни линии. Които се използват за идентифициране на химични елементи в хладна материя, която абсорбира точно на тези честоти.

Онова, което можем да направим със спектрите е, че можем да проучим скоростите в обхвата на виждане на космически обекти. Можем също да проучваме химичния състав и физическите параметри на звезди, галаткити, мъглявини. Една звезда е най-простият обект. В ядрото се извършват термоядрени реакции, създаващи химични елементи. И имаме хладна атмосфера. Тя е хладна за мен. Хладно по моите мерки е три или четири, до пет хиляди градуса. Моите колеги в инфрачервената астрономия - за тях минус 200 келвина е хладно. Но, нали знаете, всичко е относително. Така че за мен 5000 градуса е доста хладно. (Смях)

Това е спектърът на Слънцето. 24 хиляди спектрални линии, и около 15 процента от тези линии още не са идентифицирани. Това е изумително. Ние сме в XXI век и все още не можем да разберем подобаващо спектъра на Слънцето. Понякога трябва да се занимаваме само с една мъничка, слаба спектрална линия, за да измерим състава на този химичен елемент в атмосферата. Например, виждате, че спектралната линия на златото е единствената спектрална линия в спектъра на Слънцето. И използваме тази слаба черта, за да измерим състава на златото в атмосферата на Слънцето.

Това е работа в развитие. Занимаваме се с подобна много слаба черта, която принадлежи на осмия. Това е тежък елемент, произвеждан при темроядрени експлозии на супернови. Това всъщност е единственото място, където може да се произвежда осмий. Просто сравнявайки състава на осмий в една от звездите, имащи планети, искаме да разберем защо там има толкова много от този елемент. Вероятно дори мислим, че може би експлозиите на супернови предизвикват формации от планети и звезди. Това може да бъде индикация.

Онзи ден колегата ми от Бъркли, Гибор Басри, ми изпрати по и-мейла един много интересен спектър с въпроса: "Може ли да погледнеш това?" Следващите две седмици не можах да спя, когато видях огромното количество кислород и други елементи в спектъра на звездите. Знаех, че в галактиката не е било наблюдавано нищо такова. Беше невероятно. Единственото заключение, което можем да направим от това, е явно доказателство, че е имало експлозия на супернова в тази система, която е замърсила атмосферата на тази звезда. А по-късно се е формирала черна дупка в бинарна система, която е още там с маса от около пет слънчеви маси. Това беше смятано за първо доказателство, че всъщност черните дупки произхождат от експлозии на супернови.

Моите колеги, сравняващи състава на химични елементи на различни галактически звезди всъщност откриха чужди звезди в нашата галактика. Изумително е, че можеш да стигнеш толкова далеч просто чрез изучаване на химичния състав на звездите. Всъщност казват, че една от звездите, които виждате в спектрите, е чужда. Идва от различна галактика. Има взаимодействие на галактики. Знаем това. И понякога те просто улавят звезди.

Чували сте за слънчевите изригвания. Бяхме много изненадани да открием едно супер изригване, изригване, хиляди или милиони пъти по-мощно от онези, които виждаме в Слънцето. В една от бинарните звезди в нашата галактика, наречена FH Leo, открихме супер изригването. А по-късно продължихме с проучване на спектралните линии, за да видим дали има нещо странно в тези обекти. Открихме, че всичко е нормално. Тези звезди са нормални като Слънцето. Възраст - всичко беше нормално. Това е мистерия. Една от мистериите, които още съществуват - супер изригванията. В литературата се споменава за шест или седем подобни случая.

За да продължим напред с това, наистина трябва да разберем химическата еволюция на Вселената. Много е сложно. Не искам наистина да се опитвате да разбирате какво има тук. (Смях) Но това е, за да ви покажа колко сложна е цялата история с производството на химически елементи. Има два канала - масивните звезди и звездите с ниска маса - които произвеждат и рециклират материя и химически елементи във Вселената. Правят това от 14 милиарда години, и накрая имаме тази картина. Това е много важна графика, показваща относително изобилие от химични елементи в слънцеподобните звезди и междузвездната среда.

Което означава, че е наистина невъзможно да се открие обект, в който намирате около 10 пъти повече сяра, отколкото силикон, пет пъти повече калций, отколкото кислород. Просто е невъзможно. А ако намерите такъв, ще кажа, че това е нещо, свързано със SETI. Защото по естествен път не може да се направи. Доплеровият ефект е нещо много важно от фундаменталната физика. Това е свързано с промяната на честотата на движещ се източник. Доплеровият ефект се използва за откриване на екзопланети.

Прецизността, от която се нуждаем, за да открием подобна на Юпитер планета около слънцеподобна звезда е около 28,4 метра в секунда. А са ни нужни девет сантиметра в секунда, за да открием подобна на Земята планета. Това може да се извърши с бъдещите спектрографи. Самият аз всъщност участвам в екипа, който развива един КОДЕКС (CODEX), спектрограф от бъдещо поколение с висока резолюция, за 42-метровия "Европейски голям телескоп" (E-ELT). Това ще бъде инструмент за откриване на подобни на Земята планети, около подобни на Слънцето звезди. Това е един изумителен инструмент, наречен астросеизмология, с който можем да долавяме звукови вълни в атмосферите на звезди.

Това е звукът на звезда от Алфа Кентавър. Можем да улавяме звукови вълни в атмосферите на подобни на слънцето звезди. Тези вълни имат честоти в инфразвуковата област, звукът, неизвестен всъщност за никого. Да се върнем на най-важния въпрос: "Има ли някой там, навън?" Това е тясно свързано с тектоничната и вулканична дейност на планетите. Връзката между живота и радиоактивните ядра е ясна. Няма живот без тектонична активност, без вулканична активност. А знаем много добре, че геотермалната енергия се произвежда най-вече от разпада на уран, торий и калий.

Как да измерваме, ако имаме планети, където количеството на тези елементи е малко, така че тези планети са тектонично мъртви, там не може да има живот. Ако има твърде много уран, калий или торий, вероятно също не би имало живот. Защото можете ли да си представите всичко да кипи? Това е твърде много енергия на една планета. Измервахме изобилието на торий на една от звездите с екзопланети. Точно същата ситуация. Много малък белег.

Всъщност се опитваме да измерим този профил и да откриме торий. Много е трудно. Много е трудно. Трябва първо да убедиш себе си. После трябва да убедиш колегите си. А после трябва да убедиш целия свят, че наистина си открил нещо такова в атмосферата на екзопланета със звезда-домакин някъде на сто парсека разстояние оттук. Наистина е трудно. Но ако искате да знаете за живота на екзопланетите, трябва да вършите тази работа. Защото трябва да знаете какво количество радиоактивен елемент имате в тези системи.

Единственият начин да се открият извънземни е да настроите радиотелескопа си и да слушате сигналите. Ако уловите нещо интересно - е, всъщност това прави SETI, това прави SETI от много години. Мисля, че най-обещаващият начин е да се търсят биомаркери. Виждате спектъра на Земята, този спектър на земния блясък, и това е много ясен сигнал. Наклонът който идва, който наричаме Червен ръб, разкрива район с растителност. Изумително е, че можем да откриваме растителност по един спектър. Представете си, ако се проведе този тест за други планети.

Много наскоро, много наскоро, говоря за последните около шест, седем, осем месеца, вода, метан, въглероден двуокис бяха открити в спектъра на една планета извън слънчевата система. Изумително е. Това е силата на спектроскопията. Всъщност може да отидеш, да откриеш и да проучиш химичния състав на планети, далеч, далеч, далеч от слънчевата система. Трябва да открием кислород или озон, за да се уверим, че имаме всички необходими условия за наличие на живот.

Космическите чудеса са нещо, което може да бъде отнесено към SETI. Представете си сега един обект, изумителен обект, или нещо, което не можем да обясним, когато просто станем и кажем: "Вижте, отказваме се. Физиката не действа." Това е нещо, което винаги може да отнесете към SETI и да кажете: "Е, някой трябва да прави това, някак."

С познатата физика и т.н. това е нещо, което е било изтъкнато от Франк Дрейк преди много години [неясно]. Ако видите в спектъра на звездата, съдържаща планета, ако видите странни химични елементи, това може да е сигнал от цивилизация, която е там и иска да сигнализира за това. Те всъщност искат да сигнализират за присъствието си чрез тези спектрални линии в спектъра на звездата, по различни начини.

Може да има различни начини да се направи това. Ето един, например - технеций е радиоактивен елемент с време на разпад от около 4,2 милиона години. Ако внезапно забележите технеций в подобна на слънцето звезда, може да сте сигурни, че някой е сложил този елемент в атмосферата, защото по естествен път това е невъзможно да се случи. Сега разглеждаме спектрите на около 300 звезди с екзопланети. Занимаваме се с тази работа от 2000 г. и това е много тежък проект. Работим много усърдно. И имаме някои интересни случаи, кандидати и така нататък, неща, които всъщност не можем да обясним. Надявам се в близко бъдеще да можем да потвърдим това.

Главният въпрос е: "Сами ли сме?" Мисля, че няма да дойде от НЛО. Няма да дойде от радиосигнали. Мисля, че ще дойде от ето такъв спектър. Това е спектърът на планета като Земята, показващ присъствие на азотен окис като ясен сигнал за живот, кислород и озон. Ако един ден, а мисля, че това ще бъде до 15 години, или 20 години. Ако открием такъв спектър, можем да сме сигурни, че има живот на тази планета. До около пет години ще открием планети като Земята, около подобни на слънцето звезди, на същото разстояние като Земята от Слънцето. Ще отнеме около пет години. А после ще ни трябват още 10-15 години с космически проекти, за да получим спектрите на подобни на Земята планети като тази, която ви показах. А ако видим азотния окис и кислород, мисля, че имаме съвършеното Извънземно. Благодаря много. (Аплодисменти)