4.2 Астрономия, космология
4.2.015 SZeffect и другие эффекты Сюняева
(к сожалению, формулы не воспроизводятся)
Физик, астрофизик; профессор МФТИ и почетный профессор 20 ведущих университетов и институтов мира, член 20 зарубежных академий и научных обществ, академик АН СССР (РАН); главный научный сотрудник Института космических исследований РАН, директор астрофизического отделения Института Макса Планка в Гархинге (Германия); руководитель нескольких международных космических проектов; главный редактор журналов «Письма в Астрономический журнал» и «Astrophysics and Space Physics Reviews»; лауреат 17 отечественных и международных наград, в т.ч. Государственной премии РФ и премии Крафурда по астрономии Королевской АН Швеции (аналога Нобелевской) — Рашид Алиевич Сюняев (род. 1943) написал 1400 персональных и коллективных работ (данные SAO/NASA ADS) по теоретической астрофизике, космологии, астрофизике высоких энергий, рентгеновской астрономии, космическим исследованиям, взаимодействию вещества и излучения в астрофизических условиях.
Несколько фундаментальных открытий ученого: эффект Сюняева — Зельдовича (SZeffect), теория дисковой аккреции (совместно с Н.И. Шакурой) и др. — принадлежат к числу самых цитируемых трудов в области астрофизики.
Р.А. Сюняев не раз возглавлял отечественные и международные коллективы ученых, занимавшиеся астрофизическими исследованиями Вселенной: рентгеновскими, гамма- и прочими наблюдениями с модуля «Квант» комплекса орбитальной станции «Мир», с орбитальной обсерватории ГРАНАТ, с гамма-обсерватории ИНТЕГРАЛ, в рамках международного астрофизического проекта Спектр-Рентген-Гамма…
Уже свыше 30 лет Сюняев является непререкаемым авторитетом в одном из важнейших разделов астрономии, космологии — физическом учении «о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого» (БСЭ).
Эта наука основывается на системе знаний эпохи, прежде всего — на законах физики и на результатах исследования однородности, изотропности и расширения части Вселенной, доступной для астрономических наблюдений.
В фундаменте космологии заложены общая теория относительности, теория поля, внегалактическая астрономия и др. науки. Общепринятой стала модель горячей Вселенной, в которой на ранней стадии развития вещество и излучение имели очень высокую температуру и плотность. Расширение привело к их постепенному охлаждению и образованию атомов, галактик, звезд и других космических тел.
Наблюдаемое реликтовое излучение с температурой около 3; К — это «остывшее» излучение, сохранившееся с ранних стадий развития Вселенной, со времен Большого взрыва.
Снижение температуры микроволнового фонового излучения, происходящее при его взаимодействии с массивными объектами получило название эффекта Сюняева — Зельдовича. (Я.Б. Зельдович — академик АН СССР, выдающийся физико-химик).
В терминах астрофизики SZeffect интерпретируют как «изменение интенсивности радиоизлучения реликтового фона из-за обратного эффекта Комптона на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа».
Приводя еще и формулу изменения радиоизлучения (даже с расшифровкой всех латинских букв), мы вряд ли проясним сущность этого открытия непосвященным:
;Iy = 2 [(kTcmb); /(hc);] yg(x)
В этом выражении главным символом является «y». Суть же эффекта такова: «кванты редкого излучения при пролете через галактику, могут получать дополнительный «толчок» от движущихся с высокими скоростями электронов». (А. Тимошенко). Т.е. при прохождении фотонов через горячий газ часть их рассеивается на электронах, получая при этом некоторую энергию. Отклонение спектра фотонов от спектра абсолютно черного тела и есть «y».
Статья Сюняева и Зельдовича «The observations of relic radiation as a test of the nature of X-ray radiation from the clusters of galaxies», содержащая это открытие, была опубликована в 1972 г.
О «практическом» применении эффекта Сюняева — Зельдовича можно найти сообщения в астрофизических журналах, в пресс-релизах астрофизических центров, на официальных сайтах РОСКОСМОСА и НАСА, в СМИ.
То и дело появляются новые сообщения о том, как с использованием этого эффекта астрономы обнаружили 10 новых скоплений галактик; идентифицировали 20 из 169 подобных скоплений; открыли самое большое из известных скоплений галактик — объект SPT-CL J0546-5345 массой в 800 триллионов Солнц и т.д.
Одна из последних публикаций сообщает о необъяснимом природном явлении — движении со скоростью в миллионы км/час под действием неизвестных сил галактик, удаленных от Земли на расстояние 300—2500 млн световых лет.
Попутно говорится и об аномальном замедлении системы зондов «Пионер» (автоматических межпланетных станций), летящих за рамки Солнечной системы…
Эффект Сюняева — Зельдовича позволяет определять расстояние до скоплений галактик с горячим межгалактическим газом, постоянную Хаббла, характеризующую темп расширения и возраст Вселенной, измерять скорость движения скопления галактик относительно микроволнового фонового (реликтового) излучения.
Более полная информация о десятках тысяч далеких скоплений галактик по эффекту Сюняева — Зельдовича позволит ученым судить о параметрах нашей Вселенной, даст возможность «уточнить природу «темной энергии» и наблюдать эволюцию темпа расширения Вселенной и постоянной Хаббла».
За это открытие Международный астрономический союз присудил Р.А. Сюняеву важнейшую в мире награду в области космологии — Премию Грубера и Золотую медаль (2003), а в 2008 г. ученый был удостоен премии Крафурда Королевской АН Швеции — аналога Нобелевской премии.
Нобелевскую премию теоретикам (особенно советско-российским) присуждать не любят, а вот зарубежные экспериментаторы за подтверждение этого открытия две премии получили.
Не менее важным открытием Сюняева в астрофизике стала «стандартная теория» аккреции (процесс падения вещества на космическое тело из окружающего пространства) на релятивистские звезды, созданная им совместно с астрофизиком Н.И. Шакурой (1972—1973). Это учение является сегодня основой при описании процессов в окрестностях черных дыр и нейтронных звезд.
В 1970 г. у Сюняева и Зельдовича вышла статья «Small-scale fluctuations of relic radiation», в которой ученые «предсказали существование акустических пиков в угловом распределении реликтового излучения».
В 1983 г. это явление было обнаружено при наблюдениях, а через 17 лет с его помощью впервые была измерена скорость галактик.
Сегодня изучением перемещений галактик занимаются специализированные спутники, обычное радио, оптические и инфракрасные телескопы.
Мировое значение имеют работы астрофизика, связанные с наблюдением рентгеновских лучей от Сверхновой в Большом Магеллановом Облаке 1987А; открытием восьми черных дыр в нашей Галактике и подтверждением описанного Сюняевым механизма засасывания вещества черными дырами (1987—1992); получением формулы Сюняева — Титарчука, описывающей формирование спектров излучения в горячей астрофизической плазме.
В 2000 г. Сюняев получил Государственную премию России за результаты наблюдений черных дыр и нейтронных звезд приборами орбитальной обсерватории ГРАНАТ.
Сегодня коллективные работы — залог успеха большинства исследований. У Сюняева много таких трудов: с Я.Б. Зельдовичем и В.Г. Куртом они рассчитали кинетику рекомбинации водорода во Вселенной; с Ю.Н. Гнединым предсказали существование циклотронных линий в спектре излучения рентгеновских пульсаров — нейтронных звезд с сильными магнитными полями; с В.М. Лютым и А.М. Черепащуком предложили оптические методы поиска двойных рентгеновских систем и т.д.