Галактика размером с ладонь
Чтобы понять, что происходит на разных участках галактик в разные периоды, чтобы объяснить и предугадать все эти сложные механизмы, наблюдений в телескопы недостаточно. Астрофизикам не хватает экспериментов – и это серьезная проблема, тормозящая сегодня науку: условия, близкие к звездным, создать на Земле очень трудно. Отчасти именно с этими целями строились до недавнего времени большие ускорители (ярчайший пример тому – Большой адронный колайдер) и строятся сегодня мощные лазеры. Причем первые установки уступают вторым по ряду параметров – по максимально достижимой энергии, интенсивности, мощности и так далее. А это значит, что именно с помощью лазеров можно воссоздать (следовательно, изучить) наибольшее количество разнообразных астрофизических процессов: рождение и смерть звезд, функционирование черных дыр, образование планет и так далее. Именно этим можно объяснить настоящий лазерный бум, который мы сегодня наблюдаем: каждая рекордная установка гарантирует массу открытий и реальных воплощений того, о чем ученые пока что только догадываются.
Естественно, объекты, наблюдаемые в телескопы, настолько огромны, что воссоздать их в натуральную величину нельзя, поэтому ученые применяют принцип масштабирования: в шарике диаметром менее 1 см можно смоделировать процессы, происходящие на Солнце, которое в тысячи раз больше этого шарика. При этом нам не обязательно видеть все своими глазами (часто это просто невозможно): датчики, установленные в лаборатории, зафиксируют необходимые параметры, после чего можно сравнивать полученные данные с теоретическими расчетами.
На сегодняшний день механизм уже достаточно обкатан: лазером «стреляют» по мишени – крохотному кусочку какого-либо вещества – и на очень короткий отрезок времени вещество это переходит в необычное по земным меркам состояние: возникают мощные электрические поля, плазма, жесткое излучение и так далее.
Естественно, воссоздание конкретных процессов (происходящих, например, именно в ядре Сатурна, а не в солнечном протуберанце) зависит от конкретных параметров «выстрела». Именно за эти параметры (то есть за «настройку» лазерной установки) отвечал в рамках международного исследования нижегородец Александр Соловьев. Подобный опыт у Александра есть: он уже несколько лет работает с лазером Perl, расположенным в Институте прикладной физики РАН. Что же касается «звездного» эксперимента, то он был осуществлен не у нас, а во французской лаборатории LULI.
Виноваты поля
Джеты – это очень мощные и очень узкие потоки плазмы, выбрасываемые на гигантские расстояния из центра различных объектов (в данном случае речь идет о зарождающихся звездах). Механизм их образования и функционирования был до недавнего времени весьма непонятен – поэтому международная команда решила «взяться» именно за такие потоки.
- Предположения ученых позволили в стенах лаборатории создать очень сильно уменьшенную копию подобного джета, а также смоделировать его численно, - объясняет Александр Соловьев.
Результаты эксперимента сравнивались с наблюдениями в телескопы – и, в конце концов, были сделаны определенные научные выводы.
Прежде всего была продемонстрирована сама возможность воссоздания столь жестких процессов. Но самое, пожалуй, главное – эксперимент подтвердил две научные гипотезы. Первая заключалась в том, что джеты обязаны своим существованием исключительно магнитным полям. Иными словами, достаточно создать в плазме поле с определенными параметрами – и вы получите направленные потоки заряженных частиц.
Согласно второй гипотезе, в джетах существует интенсивное рентгеновское излучение, наличие которого обусловлено опять-таки магнитным полем в ядре молодой звезды.
- "Изюминка" работы заключается в том, что предложенный механизм уже объяснил несколько всплесков рентгеновского излучения, зафиксированных на звездном небосклоне, - отмечает нижегородский ученый.
США теряют приоритет
Один из активных участников этого международного эксперимента – французский ученый Жульен Фукс. В рамках мегагранта, выделяемого министерством науки РФ, он возглавляет работы по созданию в Нижнем Новгороде астрофизической лаборатории. Если все получится, через три года у нас тоже можно будет моделировать «звездные» процессы. Благо, что в Институте прикладной физики уже имеется необходимая для этого лазерная установка – Perl, рассчитанная на мощность в 1 петаватт (сегодня ее включают на полмощности). Стоит задача оснастить этот лазер дополнительным оборудованием, необходимым для моделирования астрофизических процессов.
Во время очередного визита Жульена Фукса в Нижний Новгород мы задали ученому несколько вопросов.
- Сегодня самый мощный лазер в мире находится в США, но Россия планирует – как раз на основе Perl – создать установку XCELS небывалой мощности, в 200 петаватт… Не получится ли, между тем, так, что американцы к тому времени побьют и этот ожидаемый рекорд?
- США не собираются развивать это направление. Там работы сегодня сконцентрированы на создании высокоэнергетичных, но не столь мощных установок. Дело в том, что в трех европейских странах – Чехословакии, Румынии и Венгрии – уже строятся лазеры, которые превзойдут американские по мощности. Возможно, XCELS со временем тоже будет включен в этот большой проект… Это аналогично тому, как в 1980 годы были соревнования ускорителей – в европейском ЦЕРНе и в США. Планировалось строительство примерно одинаковых установок, но когда американцы узнали, что в ЦЕРНе дела идут очень хорошо, они решили свою программу свернуть. И с лазерами точно так же.
- В чем идея проекта создания астрофизической лаборатории, под который получен мегагрант?
- Идея в том, чтобы моделировать различные астрофизические процессы, которые недостаточно изучены. Понимаете, телескоп может дать только снимок. А эксперимент в лаборатории позволяет изменять параметры, чтобы увидеть, что на что влияет, как система, существующая во Вселенной, трансформируется. Он позволяет узнать, что на самом деле происходит в звездах.
- Какое явление представляет для вас как для ученого наибольший интерес?
- Темная материя, которая составляет 90 процентов нашей Вселенной – мы не знаем, что это такое вообще. Но здесь нужны очень сложные и очень масштабные эксперименты.
- Чем интересна нижегородская установка?
- Это один из мощнейших лазеров в России, на международном уровне это тоже одна из лучших установок, и для меня очень интересно организовать здесь исследования, которые мне нравятся. Потом, здесь много хороших парней – таких как Александр Соловьев. Раньше Perl использовался с другими целями, астрофизика – новое направление, которое я здесь делаю. Это значит, что в конце проекта будет создана новая, по сути, лаборатория.
- Напряженная политическая обстановка не влияет на научное сотрудничество?
- Как только мы получили подтверждение о том, что проект поддержан, сразу наступил кризис на Украине. Это внесло некоторые сложности. Во Франции, в частности, в моем институте, люди начинали сомневаться в том, что поехать в Россию – удачная идея. И я действительно был вынужден объяснять чиновникам и коллегам, что проект чисто научный и никак не связан с политикой.
- Проект рассчитан на три года, в год будет выделяться по 30 миллионов… Этого хватит, чтобы осуществить задуманное?
- Бюджет соизмерим с целями. Лазер уже существует, и денег требуется гораздо меньше, чем если бы мы начинали с нуля. Нам сейчас не столько деньги нужны, сколько молодые специалисты – студенты и аспиранты. Финансирование по мегагранту позволяет принимать на работу людей, но их не так много. Более того, посольство Франции готово оплачивать совместную аспирантуру некоторых выпускников вузов, некоторых студентов, но найти таких выпускников не легко.
- Во Франции то же самое?
- Во Франции то же самое - нет подходящих студентов. Сегодня они идут в бизнес, маркетинг, куда угодно, но только не в науку. Наука - это слишком сложно, и очень трудно объяснить студенту, что надо хорошо учиться.
