Гарик Израэлиан: Что излучают звезды?

Передо мной стоит довольно трудная задача. Я спектроскопист. И я буду говорить об астрономии, не показывая вам ни одной картинки с изображением туманностей, галактик и т.п. Потому что моя профессия — спектроскопия. Я вообще не работаю с изображениями. И тем не менее, я попытаюсь убедить вас в том, что спектроскопия вполне способна изменить этот мир. Возможно, именно спектроскопия сможет ответить на вопрос: «Есть ли жизнь за пределами Земли?», «Одни ли мы во Вселенной?» (вопроc проекта по поиску внеземных цивилизаций — SETI) Вообще, занятие спектроскопией особо веселым не назовешь.

Одна моя коллега из Болгарии, Невьяна Маркова, потратила около 20 лет на исследование вот этих графиков. И опубликовала 42 научных статьи, посвященные только этому вопросу. Представляете? Дни и ночи напролет изучать всего одну звезду в течение 20 лет! С ума сойти! Но мы и вправду сумасшедшие, только этим и занимаемся. (Смех в зале)

Я, конечно, работал не так долго, но все же провозился с этими кривыми где-то месяцев восемь. Потому что я обратил внимание на едва заметную симметрию в спектральном графике одной из звезд, образующих планетарную систему. И я думал, что, возможно, в состав звезды входит литий-6, что указывает на то, что эта звезда поглотила планету. Потому что короткоживущий изотоп литий-6 не должен присутствовать в атмосфере солнцеподобных звезд. Зато он присутствует в составе планет и астероидов. И если звезда поглотит планету или большое количество астеродидов, то изотоп литий-6 появится в спектре ее излучения. И вот более восьми месяцев я изучал только спектральный график этой звезды.

И это было довольно забавно, потому что мне без конца звонили репортеры и спрашивали: «Вы что, и вправду видели, как планета входит внутрь звезды?» Они же думали, раз у меня есть телескоп, значит, я астроном, который только тем и занимается, что смотрит в свой телескоп и может увидеть, как планета входит внутрь звезды. Но я им говорил: «Извините, конечно, но я вижу только вот это». (Смех в зале.) И это — что-то невообразимое. И никому не понятное. Я уверен, очень мало кто тогда смог по-настоящему понять то, о чем я вам сейчас рассказываю. Однако это именно и является свидетельством того, что планета вошла в звезду. Поразительно.

Силу спектроскопии хорошо осознала группа «Пинк Флойд» еще в 1973 году (на экране — обложка альбома «Темная сторона луны») Потому что названиями своих песен музыканты заявили, что вы можете взять «Любой цвет, какой вам нравится» в спектре, и всё, что вам нужно — это «Деньги» и «Время», чтобы собрать себе спектрограф. Перед вами спектрограф, имеющий самое высокое разрешение и самую высокую точность в мире — спектрограф HARPS. Он активно используется для поиска планет за пределами солнечной системы и регистрации звуковых волн в атмосферах звезд.

Как же мы, собственно, получаем спектры? Думаю, большинство из вас помнит из школьной курса физики, что спектр  — это по сути расщепление белого цвета на другие цвета. Если разложить на составляющие излучение горячей жидкости, то мы получим так называемый непрерывный спектр. А спектр горячего газа будет состоять только из отдельных линий излучения. Непрерывности уже не будет. Если же поместить холодный газ перед горячим источником излучения, то на спектре мы увидим так называемые линии поглощения, которые позволяют нам выявить химические элементы, содержащиеся в холодном веществе и и поглощающие свет именно на этих частотах.

Итак, с помощью спектров мы можем изучать скорости движения космических объектов в направлении линии зрительного наблюдения. Также мы можем изучать химический состав и физические параметры звезд, галактик и туманностей. Звезда — это самый простой объект. В ядре звезды протекают термоядерные реакции, в результате которых образуются химические элементы. Снаружи звезды — холодная атмосфера. Но это она для меня холодная. По моим понятиям, холодная — это 3–5 тысяч градусов. А, например, для моих коллег по инфракрасной астрономии холодно — это когда минус 200 кельвинов. Всё относительно, вы понимаете. Так что для меня 5 тысяч градусов — уже довольно прохладно. (Смех в зале).

Перед вами спектр Солнца. 24 тысячи спектральных линий. Из них около 15% не распознаны. Поразительно. На дворе 21 век, а мы все еще не до конца понимаем солнечный спектр. Иногда нам приходится иметь дело всего лишь с одной тоненькой, слабенькой спектральной линией, чтобы оценить присутствие соответствующего химического элемента в атмосфере. Вот, к примеру, спектральная линия золота, она единственная в спектре Солнца. По этой маленькой детали мы измерили концентрацию золота в атмосфере Солнца.

А вот то, на чем мы работаем сейчас. Мы изучаем такую же довольно слабую деталь спектра, которая относится к осмию. Это тяжелый элемент, образующийся при термоядерном взрыве сверхновых. И это, собственно, единственный случай, когда может образоваться осмий. Сравнивая с долей осмия в спектре одной из звезд, образующих планетную систему, мы пытаемся понять, почему здесь так много этого элемента. Мы даже думаем: не исключено, что это — указание на то, что именно взрывы сверхновых дали толчок к формированию планет и звезд. Осмий может указывать на такую возможность.

Как-то раз мой коллега из Бекерли, Гибор Басри, прислал мне по е-мейлу один очень интересный спектр и попросил: «Не посмотришь на досуге?» И я лишился сна на ближайшие две недели, когда увидел огромное количество кислорода и других элементов в спектрах этих звезд. Я знал, что ничего подобного не наблюдается в этой галактике. Это было совершенно невероятно. И нам ничего не оставалось, кроме как предположить, что мы имеем ясное свидетельство, что в этой системе произошел взрыв сверхновой, из-за чего и засорилась атмосфера этой звезды. А позже в двойной звезде образовалась черная дыра, которая все еще там находится и имеет массу порядка пяти масс Солнца. Это рассматривалось в качестве первого доказательства, что черные дыры появляются из взрывов сверхновых.

Мои коллеги, сравнивая концентрации химических элементов в звездах различных галактик, обнаружили чужеродные звезды в нашей галактике. Просто потрясающе, насколько далеко можно зайти, всего лишь изучая химический состав звезд. Коллеги сказали, что одна из звезд в этом спектре — чужая, она пришла из другой галактики. Ведь известно явление взаимодействия галактик. И иногда они захватывают звезды

Вы, наверное, слышали о солнечных вспышках? А мы были очень удивлены, когда обнаружили супервспышку — мощность которой в тысячи миллионов раз больше, чем у вспышек, наблюдаемых на Солнце. Как раз на одной из двойных звезд нашей галактики, на звезде под названием FH Leo, мы и обнаружили эту супервспышку. А потом мы стали изучать спектральные линии, чтобы найти в них что-то необычное. Но ничего необычного не было. Это совершенно обычные зведы, наподобие Солнца. И возраст, и все остальное — всё в норме. Такая вот тайна. Точнее, только часть тайны: помимо вспышек, обнаруженных нами, 6 или 7 подобных явлений описаны также и другими исследователями.

Теперь давайте поговорим о химической эволюции Вселенной. Она очень сложна. И я соврешенно не требую от вас даже попытаться понять, что здесь изображено. (Смех в зале.) Эта иллюстрация здесь только для того, чтобы вы поняли, насколько сложна вся эта история создания химических элементов. Во Вселенной есть два канала  — тяжелые звезды и звезды с небольшой массой, — по которым происходит образование и рециркуляция материи и химических элементов. И вот по прошествии 14 миллиардов лет мы имеем в итоге следующую картину. Это - очень важный график, на нем представлена относительая распространенность химических элементов в солнцеподобных звездах и межзвездной среде.

Из графика следует, что невозможно найти объект, где было бы в 10 раз больше серы, чем кремния или в 5 раз больше кальция, чем кислорода. Это невозможно, и если все же вам это удастся, то по-видимому, это будет что-то связанное с внеземными цивилизациями. Потому что просто в природе подобного не существует. Эффект Доплера — очень важное явление из фундаментальной физики. Оно связано с изменением частоты движущегося источника. Эффект Доплера используется для обнаружения планет за пределами солнечной системы.

Точность, которая требуется для выявления юпитероподобной планеты в системе солнцеподобной звезды, равна примерно 28,4 м/с А чтобы обнаружить планету, аналогичную Земле, нам понадобится точность в 9 см/с. Такое будет возможно с помощью спектрографов будущего, и я как раз являюсь одним из участников группы разработчиков КОДЕКСа — высокоточного спекторографа будущего поколения для 42-метрового E-ELT телескопа. Это будет инструмент для обнаружения планет, подобных Земле, вращающихся вокруг солнцеподобных звезд. Еще одно замечательное средство исследования — звездная сейсмология, c помощью нее можно выявлять звуковые волны в атмосферах звезд.

Вот, например, как звучит Альфа Центавра. В том числе мы можем получать звуковые волны и из атмосфер солнцеподобных звезд. Но эти волны имеют частоты в инфразвуковом диапазоне, т.е. диапазоне, который мы не слышим. Если вернуться к самому важному вопросу — «Есть ли жизнь за пределами Земли?», то этот вопрос тесно связан с тектонической и вулканической активностью планет. Связь между жизнью и радиоактивными ядрами — самая прямая. Не может быть жизни на планетах без тектонической и вулканической активности. Мы хорошо знаем, что геотермальная энергия выделяется в основном за счет распада урана, тория и калия.

И если мы регистрируем на планетах малое количество этих элементов, значит, эти планеты тектонически мертвы и жизни там нет. А если урана, тория или калия, наоборот, слишком много, то, вероятно, жизни нет и в этом случае. Ну вы можете себе представить, если там всё просто кипит. То есть слишком много энергии на планете. И вот в данный момент мы занимаемся измерением распространенности тория в одной из звезд с внесолнечными планетами. И здесь та же история: деталь спектра — едва различимая.

Впрочем, мы не оставляем попыток измерить этот профиль и обнаружить торий, хотя всё это ох как не просто. Ведь приходится, во-первых, убедить самого себя, затем — своих коллег, а потом и весь мир, что вы действительно обнаружили что-то такое в атмосфере внесолнечной планеты, вращающейся вокруг звезды, удаленной от нас на расстояние в 100 парсеков. Действительно сложная задача. Но если мы хотим узнать, есть ли хоть какая-нибудь жизнь на внесолнечных планетах, ничего не поделаешь — придходится этим заниматься. Потому что нам нужно понять, сколько радиоактивных элементов содержится в этих системах.

Один из способов обнаружить инопланетян — настроить радиотелескопы и слушать сигналы. Если услышите что-то интересное... собственно говоря, SETI (проект по поиску внеземных цивилизаций) уже давно именно этим и занимается. Однако я думаю, что самый перспективный путь в этом направлении — это поиск биомаркеров. Вот спектр излучения Земли, измеренный по пепельному цвету Луны, спектр с очень четким сигналом. Отмеченный в спектре наклон, так называемая «красная кромка», указывает на наличие растительности. Просто потрясающе, что растительную жизнь можно выявлять с помощью спектров. А теперь представьте, что аналогичным образом мы исследуем и другие планеты.

Так вот совсем недавно, где-то в течение последних 6–8 месяцев, вода, метан и углекислый газ были обнаружены в спектре одной из планет, находящейся за пределами солнечной системы. Вот в чем сила спектроскопии — в том, что она позволяет изучать химические составы планет, сколь угодно далеких от солнечной системы. И нам остается только обнаружить кислород или озон, чтобы убедиться, что на исследуемой планете есть все условия для жизни.

А всякие космические чудеса — это уже как раз то, что может быть связано с внеземными цивилизациями. Представим себе некий совсем необычный объект, происхождение которого мы никак не можем объяснить. В этом случае мы скажем: «Ладно, сдаемся. Законы физики здесь не работают». И спокойно отнесем это к внеземному разуму: «Должно быть кто-то создал это искусственно».

Т.е. при современном уровне знаний по физике и пр., к такому объекту можно относиться так, как еще много лет назад об этом писали астрономы Фрэнк Дрейк и Иосиф Шкловский. И если в спектре звезды, образующей планетную систему, вы увидите непривычные химические элементы — это может быть сигналом от иной цивилизации, которая находится в этой системе и хочет дать знать о себе. Да, они действительно могут сообщать о своем существовании именно через линии в спектре звезды.

И это можно сделать разными способами. Возьмем, к примеру, технеций — радиоактивный элемент с периодом распада около 4,2 млн лет. Если вы случайно обнаружите технеций в спектре солнцеподобной звезды, будьте уверены, что кто-то поместил этот элемент в атмосферу искусственно, потому что естественным образом он туда попасть не может. В настоящее время мы изучаем спектры порядка трехсот внесолнечных планет. Мы занимаемся этим с 2000-го года, и это довольно трудный проект с очень большим объемом работы. И мы уже обнаружили кое-что интересное — неких, скажем так, кандидатов на необъяснимое. И я надеюсь, в ближайшем будущем мы сможем подтвердить наши находки.

Итак, ответ на главный наш вопрос: «Одни ли мы во Вселенной?», мы получим, я думаю, не от НЛО. и не из радиосигналов. А из спектров, которые будут выглядеть примерно следующим образом. Это спектр планеты, подобной Земле, который показывает наличие окида азота — явного признака жизни. А также кислорода и азота. И если когда-нибудь, а я полагаю, это произойдет где-то лет через 15–20, мы откроем спектр подобного вида, то мы можем быть уверены, что на исследуемой планете есть жизнь. Лет через пять мы откроем планеты, подобные Земле, вращающиеся вокруг солнцеподобных звезд на том же расстоянии, что и Земля от Солнца. Это должно занять около пяти лет. А потом нам понадобится еще лет 10–15 чтобы в сотрудничестве с космическими программами получить спектры этих планет, аналогичные тому спектру, который я вам показал. И если мы увидим там оксид азота и кислород, то они и будут теми самыми инопланетянами, которых мы ищем. Спасибо за внимание. (Аплодисменты)