СМИ о нас

Сегодня отмечает свое 93-летие советский и российский физик Юрий Попов.

Совместно с Басовым и Вулом он предложил идею создания полупроводниковых лазеров, эксимерных лазеров, возбуждаемых электронным пучком. А вместе с Полуэктовым и Ройтбергом впервые предсказал эффект самоиндуцированной прозрачности в полупроводниках. Основатель научной школы «Полупроводниковые лазеры». С 1993 года возглавляет лабораторию оптоэлектроники ФИАН им. Лебедева, также читает лекции студентам МИФИ.

Источник: Росэнергоатом

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/05/24/124972

Диагностика с ограничениями. Могут ли в России производить аппараты МРТ?

«Программа импортозамещения медицинских изделий провалилась практически полностью. Мы не имеем тех показателей, к которым должны были прийти», — констатировал вице-президент РАН Владимир Чехонин. Программа затевалась еще до всяких санкций. Но, предполагают эксперты, нынешние ограничения ее подтолкнут. На заседании президиума РАН (академия проводит оценку возможностей промышленности) обсуждали: можем ли «импортозаместить» важнейшее диагностическое оборудование — магнитно-резонансные томографы.

В таких аппаратах МРТ можно за один раз проверить головной мозг и его артерии, все отделы позвоночника, мягкие ткани шеи, брюшную полость, забрюшинное пространство и малый таз. Полностью отечественные томографы намерен с 2026 года делать Росатом / Фото Ар

Третий не лишний

— Без таких аппаратов мы как без рук. Без них на 90 % теряем возможность установить точный и своевременный диагноз, — поясняет академик РАН Сергей Терновой. Он еще в 1970 – 1980‑е был одним из первых, кто внедрял в стране компьютерную и магнитно-резонансную томографию.

Задача МРТ — визуализация. Скажем, симптомов никаких нет, а МРТ уже показывает истончение стенки сосуда. Или трехмиллиметровую опухоль в предстательной железе — на стадии, когда можно все полностью «починить».

Мировая диагностическая медицина сейчас перестраивается: количество аппаратов МРТ наращивает, а классических рентгеновских — сокращает. Это, уверен академик Терновой, справедливо: меньше доза облучения. По количеству томографов лидирует Япония: 55,21 штуки на 1 млн населения. США — на втором месте: 40,44. В России на 1 млн человек — 5,2. И это мы еще изрядно нарастили с 2013 года.

В целом об импортозамещении задумались еще «до Крыма», когда мощно переоснащали государственные клиники. С 2006-го по 2013 год объем рынка медицинских изделий рос аж на 17 % в год (если в деньгах), тогда как в мире в среднем — не больше, чем на 5 %, говорит академик Чехонин. Но тогда и выяснилось, что 80 % в госзакупках — импорт. В том числе МРТ.

Нынешние санкции медицинских изделий не коснулись. Но, рассуждают ученые, вдруг коснутся? К тому же хоть косвенно, но ограничения повлияли: медтехника дорожает из‑за перемен в логистике. А МРТ — в принципе едва ли не самое дорогое медоборудование: один томограф в среднем стоит 90 млн рублей, обслуживание в год обходится клинике почти в 8 млн — импортные комплектующие, ежегодная дозаправка жидким гелием (он нужен для охлаждения). К тому же этими сложными аппаратами обзаводятся уже не только федеральные высокотехнологичные центры, но и другие клиники, и они с такими затратами надорвутся.

В 2013 – 2014 годах Минпромторг изучил, кто из российских производителей способен делать медицинское оборудование и какое. По итогам правительство РФ издало в феврале 2015 года постановление № 102, которое ограничивало импорт медизделий. Не вообще, а для государственных клиник. И не всех изделий, а тех, которые производились хотя бы двумя отечественными компаниями.

Скажем, убедилось правительство, что есть два отечественных производителя ультразвуковых хирургических аппаратов, — включает эту продукцию в перечень. Само постановление неформально называли «третий лишний»: если клиника закупает оборудование из перечня и в тендере участвуют два или больше российских производителя, то зарубежные к конкурсу не допускаются.

Однако к апрелю 2018 года доля отечественного оборудования оставалась той же, 20 %. Предполагалось увеличить ее к 2024 году до 32 %. Это предусматривали и национальный проект «Здоровье», и меры господдержки. Минпромторг в 2018‑м разработал «Стратегию развития медицинской промышленности РФ». По ней к 2030 году мы нацеливались выпускать втрое больше медицинских изделий, каждый год регистрировать не меньше ста новых, причем таких востребованных, чтобы и экспортировать.

Перечень к постановлению № 102 несколько раз расширялся. По нему и можно судить, к примеру, что на ­отечественном рынке есть производители аппаратов ИВЛ, и эндоскопических комплексов, и рентгеновских томографов… Но аппаратов МРТ в перечне нет. То есть нет хотя бы двух производителей.

При этом, например, в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) уже несколько лет ждет звездного часа разработка, которая, как уверяют создатели, способна и заместить импорт, и экспортироваться.

Уход от гелия

Магнитно-резонансный томограф — самый интеллектуальный прибор в медицине. По сложности сравним с космическим спутником, говорит профессор Евгений Демихов, руководитель лаборатории в ФИАН.

Первые наши сверхпроводящие магниты появились еще в 1970‑е в Черноголовке. По идее, уже тогда стране можно было налаживать разработки томографов. И в России есть свои МРТ, но низкопольные, с магнитным полем ниже 0,5 Тл (Тесла). Чтобы «видеть» патологию лучше, нужны высокопольные.

Читаем на сайте ФИАН: RTI FullScan, «первый отечественный высокопольный магнитно-резонансный томограф с отечественным программным обеспечением на основе сверхпроводящих магнитов». Он высокопольный: 1,5 Тл. Шумит в 1000 раз меньше, чем иностранные (кто лежал в аппарате МРТ, тот оценит). Программное обеспечение — свое: значит, можно вносить в него изменения. Пространственное разрешение до 0,4 мм, то есть показывает мельчайшие патологии.

По информации делового журнала о здравоохранении Vademecum, этот томограф был представлен еще в 2016 году на выставке с характерным названием «Импортозамещение». Но, видимо, дальше выставки дело не пошло.

Другая модель томографа — малогелиевая: MR Scanex. Охлаждение происходит не за счет постоянно дорожающего жидкого гелия. Сейчас дозаправка полноразмерного томографа в год стоит 1 млн рублей, к тому же требует обученного персонала. В ФИАНовском аппарате охлаждение происходит за счет криогенного рефрижератора — он работает не на фреоне, как привычный холодильник, а на газообразном гелии. Правда, этот МРТ ортопедический, но если бы был полноразмерный, то потребовалось бы гелия не 2 тыс. л, а всего шесть.

Наконец, самая прорывная, по словам Евгения Демихова, разработка. Полноразмерный высокопольный МРТ, вообще не требующий гелия. «Первый и единственный в мире безгелиевый МРТ», как он представлен на сайте ФИАН. Такой аппарат может быть на 30 % дешевле зарубежных, с обслуживанием справится медсестра, уверяет Демихов.

Макет установки и опытные образцы безгелиевого томографа были еще в 2014 году. Но одно дело — разработка, другое — серийное производство. Экспериментальную установку мастерят зачастую «на коленке», потом делают научный прибор, и, только когда доказана востребованность, надежность, обеспеченность запчастями, можно затевать производство.

В ФИАНе есть своя маленькая производственная линия — достаточная для экспериментов. Они потребуются: после тех лет, в течение которых технология так и не привлекла внимания, ее нужно модернизировать.

Остается проблема микроэлектроники: нужных отечественных процессоров пока нет. Некоторые комплектующие — японские, но есть китайские аналоги. ФИАН с концерном «Швабе» (ведущий производитель медтехники в стране, входит в Ростех) договорились о совместных работах. Однако, как прозвучало на заседании президиума РАН, государство должно определиться. Запускать ли производство гелиевых отечественных томографов, чтобы через пять лет оно вышло на 100 аппаратов МРТ в год (первые появятся раньше), или ориентироваться на суперсовременную безгелиевую технологию (которую еще дорабатывать).

— Я за последние 40 лет участвую в четвертой попытке совместного либо отечественного производства высокотехнологичного оборудования, — вздыхает академик Сергей Терновой.

Есть еще один деликатный момент, высказанный на заседании. У отечественного оборудования есть государственные преференции, вспомним постановление «третий лишний». Но разработчики опасаются: если логистические цепочки восстановятся и опять выгоднее будет покупать импортное оборудование — не станут ли «лишними» они сами?

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 91 (7174) от 24.05.2022 под заголовком «Магнитно-резонансное дело».

https://spbvedomosti.ru/news/health/diagnostika-s-ogranicheniyami-mogut-li-v-rossii-proizvodit-apparaty-mrt/

16 мая празднуется Международный день света и световых технологий, учреждённый ЮНЕСКО в ноябре 2017 года. Он приурочен к дню первой генерации лазера, реализованной Теодором Мейманом. К ФИАНу эта дата имеет непосредственное отношение.

В этом институте работали Николай Басов и Александр Прохоров, получившие Нобелевскую премию за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию лазерных и мазерных генераторов и усилителей. А нынешний руководитель ТОП ФИАН Андрей Наумов принимал участие в учреждении Дня света как член Совета по квантовой электронике и оптике Европейского физического общества.

Оптические лазерные световые технологии проходят сквозной нитью через работы ФИАНа с момента его основания. Первый директор института Сергей Вавилов – один из самых известных оптиков мира. Александр Басов активно работал в области квантовой электроники. В троицком ФИАНе планировалось создание сверхмощного химического лазера. У основ полупроводниковой лазерной техники стоял академик Олег Крохин.

Ещё одно направление, связанное с лазерной тематикой, курировал академик Павел Черенков, имя которого носит одна из улиц нашего города. В троицком ФИАНе был построен синхротронный ускоритель, первые работы на котором дали начало современной синхротронной тематике.
В результате экспериментов учёные выяснили, что электроны, разгоняясь, начинают излучать в очень широком диапазоне, в том числе жёсткого рентгена и гамма-излучения.

Разработки учёных находят широкое прикладное применение.

«Световые технологии используются в научных исследованиях, – рассказывает Андрей Наумов. – Их применяют, чтобы обнаружить различные заболевания. Сейчас это возможно в сложном лабораторном комплексе. Ведутся работы, чтобы от сложных экспериментальных установок, которые могут занимать целую комнату, перейти к ультракомпактным приборам. Чтобы в составе смартфонов и умных часов появились устройства для проведения оперативных химических и медицинских анализов. Этой тематике посвящён ряд направлений, развиваемых в ФИАНе, в том числе в Троицке».

Основой одного из этих направлений служит эффект комбинационного рассеяния света.

«Впервые его получили в эксперименте, а главное, описали Леонид Мандельштам и Григорий Ландсберг, которые также когда-то работали в ФИАНе, – продолжает Наумов. – В конце прошлого года в троицком ФИАНе появилась лаборатория, которая развивает эту тематику. Работают в ней и молодые учёные».

Среди них младший научный сотрудник Елизавета Кожина. Она оканчивает обучение в магистратуре МФТИ на базовой кафедре ФИАНа. Девушка стала лауреатом конкурса «Умник
МФТИ – 2021», направленного на финансирование студенческих НИР, обладающих потенциалом создания наукоёмких предприятий. Елизавета занимается разработкой методики синтеза специальных поверхностей для повышения чувствительности сигнала комбинационного рассеяния света.

«Само комбинационное рассеяние света называют «отпечатком пальца» молекулы, потому что у каждой молекулы есть уникальный спектр. Одно из наших направлений – нанесение клеток на наноструктурированные поверхности, – говорит Елизавета. – Затем мы наносим на клетки препарат и по спектрам комбиннационного рассеивания света смотрим, как он проникает в клетку на какие её части оказывает воздействие в первую очередь».

Пока синтез ведётся в Москве, но уже сейчас открывается лаборатория новых фотонных материалов в ТОП ФИАН. Её заведующим станет к.ф.-м.н. Сергей Бедин. В ней будет развиваться синтез поверхностей в более крупных масштабах, что поможет сделать шаг к их массовому
производству.

Автор: Наталья МАЙ
Фото: Александра КОРНЕЕВА

https://xn--h1aafjecekgm2au.xn--80adxhks/texnologii-v-svete/

23 мая исполняется 95 лет выдающемуся российскому физику, члену-корреспонденту РАН В.И. Ритусу. 

Владимир Иванович окончил физический факультет МГУ в 1950 году, написав дипломную работу в ФИАН, в лаборатории И.М. Франка. В январе 1951 года поступил в аспирантуру ФИАН. Спустя несколько месяцев прохождение аспирантуры было прервано откомандированием в секретный г. Саров – КБ-11. Ритус был включен в группу И.Е. Тамма и А.Д. Сахарова для выполнения правительственного задания по созданию термоядерного оружия.

«При первом знакомстве с А.Д. Сахаровым, он подвел меня к доске, взял в левую руку мел, начертил идеальную окружность и сказал: "Объект устроен следующим образом". Я думаю: "Черт возьми, я уже два дня на Объекте и примерно представляю, походил. Почему круг?!" А он чертит второй круг, концентрический первому, и начинает что-то говорить. Я никак не могу понять, о чем он говорит. И только постепенно, когда минута-две проходят, становится ясно, что он вовсе не об Объекте-городе говорит, а о водородной бомбе... Я абсолютно ничего не знал о ней. Ребята держали язык за зубами. До самого последнего я совершенно не знал, чем здесь занимаются», - вспоминает В.И. Ритус.

Владимир Иванович составлял математическое задание для групп Л.Д. Ландау и А.Н. Тихонова для детального расчета физических процессов и энерговыделения в первой термоядерной бомбе – «слойке», получившей кодовое название РДС-6с. После успешного испытания «слойки» в августе 1953 года за расчетно-теоретические работы по РДС-6с Ритус был удостоен Сталинской премии.

В марте 1955 года он сделал новое принципиальное предложение в использовании термоядерного топлива Li6D. Им было предложено двойное обжатие основного термоядерного заряда излучением не только атомной бомбы, но и небольшого термоядерного заряда. Это предложение было реализовано в конструкциях зарядов.

В 1955 году Ритус вернулся в теоретический отдел ФИАН, где включился в ведущиеся Таммом расчеты взаимодействия пионов с нуклонами с учетом изобарных состояний. Он разработал угловые полиномы-матрицы (полиномы Ритуса), эффективно используемые в исследованиях реакций с поляризованными частицами.

В 1960-е годы вместе с А.И. Никишовым нашёл вероятности основных квантово-электродинамических процессов в поле плоской электромагнитной волны произвольной интенсивности. Было показано, что вероятности в любом внешнем электромагнитном поле в релятивистском случае сводятся к вероятностям в плосковолновом поле. Решения уравнения Дирака с таким полем (решения Волкова) сравнительно просты, что позволяет далеко продвинуться в аналитических вычислениях.

Владимир Иванович первым понял, что лэмбовский сдвиг уровней атомных электронов можно имитировать сдвигом уровней атомов в поле лазерного луча, и, введя важное понятие квазиэнергии, он нашел сдвиги и расщепления уровней атома водорода.

В.И. Ритус во время спуска в тоннель Большого адронного коллайдера в 2010 году

Совместно с В.О. Папаняном Ритус нашел вероятность расщепления фотона в интенсивном поле. Вместе с Д.А. Морозовым рассмотрел двухпетлевые поправки к массовому оператору электрона в интенсивном поле. Совместно с С.Л. Лебедевым детально исследовал радиационные поправки к вероятности рождения пар электрическим полем и дал их физическую интерпретацию.

В.И. Ритус уделяет значительное внимание научно-организационной работе, являясь членом нескольких учёных советов, активным членом редколлегии журнала «Успехи физических наук», членом Бюро Отделения физических наук РАН, членом жюри по присуждению золотых медалей им. И.Е. Тамма и им. Д.В. Скобельцына РАН.

Владимир Иванович Ритус является лауреатом Государственной премии СССР, премии им. И.Е. Тамма АН СССР, золотой медали им. С.И. Вавилова РАН, кавалером ордена Почёта.

В эти дни в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН проходит выставка, посвященная 95-летию В.И. Ритуса. На ней представлены архивные документы и уникальные фотографии Владимира Ивановича. 

Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
Разместила Наталья Сафронова

https://scientificrussia.ru/articles/95-let-vi-ritusu

«О том, что из космоса к нам прилетают нейтрино очень высоких энергий, было известно уже давно, но связать их с ядрами галактик – блазарами – удалось впервые», – главный научный сотрудник Института ядерных исследований (ИЯИ) РАН академик РАН Валерий Рубаков рассказал об основных результатах проекта «Нейтрино и астрофизика частиц».

Энергии некоторых нейтрино, прилетающих к нам из глубин космоса, столь огромны, что измеряются петаэлектронвольтами (1 ПэВ = 10¹⁵ эВ). Для сравнения, энергия частиц, ускоренных Большим адронным коллайдером, самым мощным ускорителем на Земле, по крайней мере, на три порядка меньше и достигает лишь 7 ТэВ (1 ТэВ = 10¹² эВ,1 ПэВ = 1000 ТэВ). Очень интересно узнать, что представляют собой гигантские космические ускорители, разгоняющие частицы до таких энергий. Но сделать это непросто.

«Нейтрино замечательны тем, что проходят сквозь любую толщу вещества, практически не взаимодействуя с ним, благодаря чему приносят информацию не о поверхности объекта, как электромагнитное излучение, а о том, что происходит в его недрах, – рассказывает руководитель проекта «Нейтрино и астрофизика частиц» академик Рубаков. – Кроме того, нейтрино не имеют заряда, поэтому летят всегда строго по прямой от своего источника».

В отличие от космических лучей, то есть потоков заряженных частиц, нейтрино не отклоняются в пути под действием галактических магнитных полей, и, в отличие от фотонов, легко пролетают сквозь всевозможные газопылевые облака и прочие преграды. Они могут дать уникальную информацию о строении самых загадочных объектов во Вселенной, но сложность состоит именно в их слабом взаимодействии с материей. Чтобы повысить вероятность регистрации редких событий, связанных с воздействием прилетевшего из космических далей нейтрино, приходится использовать огромные объемы вещества в виде километровых толщ воды или льда.

Для этого в мире были созданы два гигантских астрономических инструмента. Первый – это международная нейтринная обсерватория IceCube на Южном полюсе объемом около 1 км3. Второй – российский нейтринный телескоп Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector) объемом около 0,4 км3, погруженный в воды самого глубокого озера мира. Эта российская установка класса мегасайенс, в 2021 году введенная в эксплуатацию, является ключевым инструментом проекта «Нейтрино и астрофизика частиц».

Baikal-GVD уже начал выдавать результаты, зафиксировав первые 10 кандидатов на астрофизические нейтрино сверхвысоких энергий, среди которых обнаружилось одно событие с энергией около 1 ПэВ. Но чтобы выяснить, какие именно объекты являются источниками этих нейтрино, этих данных недостаточно. Нужны «подсказки» от инструментов, работающих с другими типами излучений.

«Обычно полагали, что следует искать связь нейтрино с высокоэнергичными фотонами, – рассказывает академик Рубаков. – Но российские ученые – члены консорциума проекта – решили изучить корреляцию между нейтринными событиями и радиоисточниками. Этого до них никто никогда не делал».

Использовалось то обстоятельство, что многие радиоисточники – переменные. Они то вспыхивают, то переходят в спокойное состояние, и через привязку по времени можно понять, связана ли генерация нейтрино сверхвысоких энергий со вспышечной активностью в радиодиапазоне. Для этого использовались данные радиотелескопов всего мира, включая крупнейший российский радиотелескоп РАТАН-600 Специальной астрофизической обсерватории РАН (САО РАН), также ставший частью проекта «Нейтрино и астрофизика частиц», поскольку он хорошо работает в нужном для этих исследований диапазоне и имеет достаточное временное разрешение.

Комбинация всех этих данных позволила утверждать, что самые энергичные нейтрино имеют внегалактическое происхождение. Впервые на высоком уровне статистической достоверности удалось определить класс источников астрофизических нейтрино высоких энергий – ими оказались блазары. Это разновидность квазаров, активных ядер галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Квазары испускают узкие и мощные струи плазмы, а блазарами называют такие квазары, струи которых направлены прямо на Землю. Похоже, что именно в этих струях и происходит ускорение частиц до очень высоких энергий. Предположения о том, что именно блазары могут быть природными ускорителями сверхбольшой мощности, выдвигались давно, но впервые удалось подтвердить это статистически.

Был обнаружен источник нейтрино и в нашей Галактике. Энергия этих нейтрино тоже очень высока – около 150 ТэВ. В данном случае возможность идентификации дало совпадение по времени и направлению прихода нейтрино, зафиксированных обсерваторией IceCube, со вспышкой гамма-квантов высоких энергий (свыше 300 ТэВ), зафиксированной гамма-детектором «Ковёр-2» Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН, также входящей в коллаборацию по проекту «Нейтрино и астрофизика частиц». Подобное совпадение было зафиксировано впервые в мире.

Галактический источник нейтрино обнаружился в области интенсивного звездообразования в созвездии Лебедя. К сожалению, отождествить его с конкретным объектом пока не удалось. Проблема в том, что у нейтринных и гамма-телескопов довольно плохое угловое разрешение по сравнению с тем, что достигается оптическими и радиотелескопами. Это происходит потому, что детекторами регистрируется не само нейтрино, а черенковское излучение, возникающее при его взаимодействии с веществом – со льдом или с водой. То же самое относится и к гамма-квантам, которые порождают довольно широкий «ливень» вторичных частиц в атмосфере, его и зафиксировал «Ковёр-2». Поэтому область неба, откуда пришли эти частицы, локализована недостаточно точно, и в ней есть несколько кандидатов на роль космического ускорителя.

В 2022 году в рамках проекта произошла еще одна «мировая премьера»: два нейтронных телескопа – IceCube и Baikal-GVD – впервые зарегистрировали нейтринную вспышку одного и того же источника – блазара PKS 0735+17. Вообще-то, Baikal-GVD лучше видит южную половину неба (в направлении «сквозь Землю», которая заслоняет детекторы от фоновых событий), а IceCube – северную, но тут произошла такая вспышка, что ее увидели оба телескопа. Это еще раз подтвердило данные о блазарах как источниках нейтрино сверхвысоких энергий. Таким образом, по сути, с помощью двух этих инструментов началось создание нейтринной карты неба.

Сообщения об этих событиях вышли в престижных астрономических журналах и вызвали широкий отклик во всем мире. А всего по полученным в рамках проекта «Нейтрино и астрофизика частиц» результатам на настоящий момент опубликовано 47 статей в ведущих мировых и российских и научных журналах. Эти статьи активно используются и цитируются учеными, они существенно повлияли на направления исследований научных групп в мире, занимающихся астрофизикой высоких энергий и физикой нейтрино.

И это лишь вершина айсберга – видимая часть огромной работы по этому проекту.

Изучение самого нейтрино – вторая составляющая проекта – обещает открыть много тайн природы. К примеру, загадку так называемой темной материи, которую до сих пор не удалось идентифицировать. Кандидаты на эту роль – так называемые стерильные нейтрино, названные так потому, что они вообще никак не реагируют с веществом и обнаруживают свое существование только суммарным гравитационным воздействием. Но как тогда можно зарегистрировать отдельную частицу?

Сегодня известны нейтрино трех типов, причем эти частицы осциллируют, то есть превращаются друг в друга. Гипотетические стерильные нейтрино – четвертый тип. Предполагается, что нейтрино известных трех типов также могут превращаться в стерильные в результате осцилляций. Сами по себе стерильные нейтрино обнаружить нельзя, но можно зафиксировать «исчезновение» части нейтрино других типов. Это и будет подтверждением гипотезы.

Это «исчезновение» пытаются обнаружить в российском эксперименте DANSS (ОИЯИ и ФИАН), измеряющем события, связанные с потоком нейтрино из активной зоны реактора Калининской АЭС. Задачу поиска стерильных нейтрино решает и установка «Троицк ню-масс» в ИЯИ РАН. Пока подтвердить существование стерильных нейтрино в эксперименте не удалось, нужна модернизация оборудования, и проект «Нейтрино и астрофизика частиц» дал на это средства.

Еще одна загадка мироздания – это вопрос о различии между материей и антиматерией. Пока наука не может объяснить, почему вскоре после момента Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, вещества оказалось больше, чем антивещества. Собственно, именно благодаря этому существует наш мир, поскольку материи, из которой состоит все вокруг, включая нас самих, просто не с чем аннигилировать. Возможно, ответ на этот вопрос даст изучение свойств нейтрино и антинейтрино, если будет подтверждено уже обнаруженное указание на существование разницы между ними. Эту тайну должны разгадать грандиозные международные проекты Т2К и «Гипер-Камиоканде» с российским участием.

Проект «Нейтрино и астрофизика частиц» позволил завершить создание уникального нейтринного детектора SuperFGD, который будет использоваться в Т2К и «Гипер-Камиоканде». Оборудование скоро будет отправлено в Японию, но технологии, разработанные при его создании, и специалисты, владеющие ими, останутся в России и принесут пользу в других проектах.

Сейчас в мире стремительно развивается новая область астрофизики, которую называют многоволновой или многоканальной, когда астрономический объект изучается с использованием разных инструментов, принимающих излучения разных диапазонов: оптическое, инфракрасное, микроволновое, радиоволны, гамма-лучи, рентген, космические лучи. В последние годы к ним добавились гравитационные волны и нейтрино.

«Буквально на наших глазах происходит становление этого направления, и этому способствует проект «Нейтрино и астрофизика частиц». В этом смысле он самый передовой не только в рамках наших реалий, но и с точки зрения мировой науки», – отмечает академик РАН Рубаков.

Непосредственное участие в консорциуме по проекту принимают семь научных и научно-образовательных организаций (Институт ядерных исследований РАН – основной исполнитель, Объединенный институт ядерных исследований, Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Иркутский государственный университет, Московский физико-технический институт). Над проектом работают ученые из пяти регионов России (Москва, Московская и Иркутская области, Кабардино-Балкарская и Карачаево-Черкесская республики), а также зарубежные коллеги.

Конечно, к началу проекта многое уже существовало, но для того, чтобы астрономические инструменты соответствовали современным требованиям, их надо постоянно модернизировать. Именно на это пошла значительная часть средств, выделенных в рамках проекта.

К примеру, была проведена модернизация уникальный светоприемной аппаратуры для 2,5-метрового телескопа Кавказской горной обсерватории Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (КГО ГАИШ) МГУ. Это позволило увеличить эффективность приемников в оптическом и ИК-диапазоне на 10–20 %, что дает возможность наблюдения слабых квазаров – потенциальных источников нейтрино высоких энергий. ИК-наблюдения проводятся на территории Российской Федерации только на этом инструменте, так что поддерживать его уровень крайне важно.

Проект рассчитан на три года и дает научные результаты мирового уровня прямо сейчас. Но еще одна его важнейшая задача – задел на будущее. К примеру, для Большого баксанского нейтринного телескопа, строительство которого только планируется, разработан первый в мире жидкий кремнийорганический сцинтиллятор (вещество, излучающее свет при поглощении ионизирующего излучения), значительно превосходящий по параметрам существующие в мире аналоги.

«300 млн рублей – это очень крупная сумма для отечественной нейтринной физики, и очень многие острые вопросы были решены за счет этого гранта. Это – наиболее серьезное вложение в эту передовую область науки в последние годы», – говорит Валерий Рубаков.

Источник: Российская Академия наук

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/05/23/124918

В.И. Ритус во время спуска в тоннель Большого адронного коллайдера в 2010 году

Владимир Иванович закончил физический факультет МГУ в 1950 году, написав дипломную работу в ФИАН, в лаборатории И.М. Франка. В январе 1951 года поступил в аспирантуру ФИАН. Спустя несколько месяцев прохождение аспирантуры было прервано откомандированием в секретный г.Саров – КБ-11. Ритус был включен в группу И.Е. Тамма и А.Д. Сахарова для выполнения правительственного задания по созданию термоядерного оружия.

«При первом знакомстве с А.Д. Сахаровым, он подвел меня к доске, взял в левую руку мел, начертил идеальную окружность и сказал: "Объект устроен следующим образом". Я думаю: "Черт возьми, я уже два дня на Объекте и примерно представляю, походил. Почему круг?!" А он чертит второй круг, концентрический первому, и начинает что-то говорить. Я никак не могу понять, о чем он говорит. И только постепенно, когда минута-две проходят, становится ясно, что он вовсе не об Объекте-городе говорит, а о водородной бомбе... Я абсолютно ничего не знал о ней. Ребята держали язык за зубами. До самого последнего я совершенно не знал, чем здесь занимаются», - вспоминает В.И. Ритус.

Владимир Иванович составлял математическое задание для групп Л.Д. Ландау и А.Н. Тихонова для детального расчета физических процессов и энерговыделения в первой термоядерной бомбе – «слойке», получившей кодовое название РДС-6с. После успешного испытания «слойки» в августе 1953 года за расчетно-теоретические работы по РДС-6с Ритус был удостоен Сталинской премии.

В марте 1955 года он сделал новое принципиальное предложение в использовании термоядерного топлива Li6D. Им было предложено двойное обжатие основного термоядерного заряда излучением не только атомной бомбы, но и небольшого термоядерного заряда. Это предложение было реализовано в конструкциях зарядов.

В 1955 году Ритус вернулся в теоретический отдел ФИАН, где включился в ведущиеся Таммом расчеты взаимодействия пионов с нуклонами с учетом изобарных состояний. Он разработал угловые полиномы-матрицы (полиномы Ритуса), эффективно используемые в исследованиях реакций с поляризованными частицами.

В 1960-е годы вместе с А.И. Никишовым нашёл вероятности основных квантово-электродинамических процессов в поле плоской электромагнитной волны произвольной интенсивности. Было показано, что вероятности в любом внешнем электромагнитном поле в релятивистском случае сводятся к вероятностям в плосковолновом поле. Решения уравнения Дирака с таким полем (решения Волкова) сравнительно просты, что позволяет далеко продвинуться в аналитических вычислениях.

Владимир Иванович первым понял, что лэмбовский сдвиг уровней атомных электронов можно имитировать сдвигом уровней атомов в поле лазерного луча и, введя важное понятие квазиэнергии, он нашел сдвиги и расщепления уровней атома водорода.

Совместно с В.О. Папаняном Ритус нашел вероятность расщепления фотона в интенсивном поле. Вместе с Д.А. Морозовым рассмотрел двухпетлевые поправки к массовому оператору электрона в интенсивном поле. Совместно с С.Л. Лебедевым детально исследовал радиационные поправки к вероятности рождения пар электрическим полем и дал их физическую интерпретацию.

В.И. Ритус уделяет значительное внимание научно-организационной работе, являясь членом нескольких учёных советов, активным членом редколлегии журнала Успехи физических наук, членом Бюро Отделения физических наук РАН, членом жюри по присуждению золотых медалей им. И.Е. Тамма и им. Д.В. Скобельцына РАН.

Владимир Иванович Ритус является лауреатом Государственной премии СССР, премии им. И.Е. Тамма АН СССР, золотой медали им. С.И.Вавилова РАН, кавалером ордена Почёта. 

В эти дни в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН проходит выставка, посвященная 95-летию В.И. Ритуса. На ней представлены архивные документы и уникальные фотографии Владимира Ивановича.

Источник: ФИАН

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/05/23/124925

Открыта регистрация на Московскую международную школу физики-2022, которая пройдет с 24 июля по 2 августа 2022 года в Доме международных совещаний ОИЯИ.

Московская международная школа физики (ММШФ) ориентирована на студентов старших курсов, аспирантов и молодых постдоков, работающих в области физики высоких энергий. Программа школы охватывает не только экспериментальную и теоретическую физику высоких энергий, но и смежные области: математическую физику, космологию и машинное обучение. Чтобы в полной мере извлечь пользу из лекционных курсов необходимы некоторые предварительные знания по предметам. Помимо лекционных курсов запланировано представление участниками их исследований (Форум молодых ученых).

Школа организована Физическим институтом им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН), Объединенным институтом ядерных исследований, Национальным исследовательским университетом «Высшая школа экономики» (ВШЭ) и Сколковским институтом науки и технологий (Сколтех). ООО «МЕСОЛ» выступает уполномоченным оператором Школы.

Рабочий язык школы — английский.

Источник: ОИЯИ

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/05/17/124688

Ученые нашли в некоторых метеоритах полный набор азотистых соединений, необходимых для ДНК и РНК, усилив тем самым гипотезу о панспермии - космическом происхождении жизни на Земле. За последними новостями на эту тему проследил Владислав Стрекопытов, РИА Новости.

Ученые из Японии и США, изучив три богатых углеродом метеорита, обнаружили полный набор азотистых соединений, необходимых для ДНК и РНК. Это весомый аргумент в пользу гипотезы о том, что жизнь на Землю попала из космоса.

Наша планета образовалась 4,5 млрд лет назад. Условия для жизни сформировались через 700 млн лет, после завершения поздней тяжелой бомбардировки, когда на Землю, представлявшую собой сплошной океан магмы, обрушился мощный метеоритный поток.

Уже в древнейших породах, которые образовались сразу после этого, геологи находят признаки примитивной жизни. Как появились первые организмы, остается загадкой. Не исключено, что сложные органические молекулы прибыли из космоса.

С точки зрения биологии ключевой момент зарождения жизни — возникновение ДНК и РНК. Структурная основа этих макромолекул, обеспечивающих хранение и передачу генетической информации для развития и функционирования живых организмов, — свернутые в спираль сахаро-фосфатные нити, к которым крепятся азотистые, или нуклеотидные основания. Всего их известно пять: четыре входят в ДНК, четыре — в РНК. В двойной цепи ДНК они соединяются попарно, образуя "ступени" спиралевидной "лестницы", обеспечивающие прочность молекулы. Последовательность нуклеотидов определяет генетический код организма.

Азотистые основания из группы пуринов — аденин и гуанин — обнаружили в метеоритах еще в 1960-х. Тогда же теоретически обосновали возможность образования в межзвездной среде и остальных трех соединений — тимина, цитозина и урацила из группы пиримидинов. Но выявить их не удалось.

Современные технологии позволяют определять азотистые основания в органических экстрактах из минеральных образцов на уровне десятимиллионных долей процента. Поэтому исследователи из Японии и США под руководством профессора Хироши Нараоки из Университета Кюсю заново проанализировали три богатых углеродом метеорита: Мурчисон, Мюррей и Тагиш-Лейк, упавших соответственно в Австралии в 1969-м, в штате Кентукки в 1950-м и на юго-западе Канады в 2000-м. В каждом увидели полный набор азотистых оснований, слагающих ДНК и РНК.

По мнению ученых, эти сложные органические соединения не могли синтезироваться внутри метеоритов, так как для этого нужна вода. Скорее всего, они результат фотохимических реакций на поверхности межзвездной ледяной пыли, которая затем попала в метеориты. Жизнь на Земле могла возникнуть из таких же сложных молекул, попавших на нашу планету во время поздней тяжелой бомбардировки.

"Мы считаем, что эти классы органических соединений повсеместно присутствуют во внеземной среде как внутри, так и за пределами Солнечной системы, а приток такой органики из космоса сыграл важную роль в химической эволюции первичной Земли", — указывают авторы статьи.

В таком случае у сложных органических соединений типа азотистых оснований времени для образования было более чем достаточно — метеориты сформировались на самых ранних этапах истории Солнечной системы, до планет. А захваченная ими межзвездная пыль — еще древнее.

То, что космическая пыль в мурчисонском метеорите гораздо старше Солнечной системы, доказали в 2020-м. В этом космическом камне — рекордное разнообразие органических соединений, включая моносахариды арабинозу, ксилозу, ликсозу, несколько гексоз и рибозу, которая входит в молекулы РНК, а также множество аминокислот и даже короткие пептиды — фрагменты белков.

Российские ученые из Сколтеха, МГУ и ГЕОХИ РАН вместе с коллегами из Германии в 2021-м с помощью массспектрометрии сверхвысокого разрешения выявили в мурчисонском метеорите несколько тысяч соединений — почти весь спектр органических молекул, известных на Земле, в том числе нуклеиновые кислоты.

"В отличие от коллег из Японии и США, мы не задавались целью найти конкретные соединения, а изучали полный экстракт органики метеорита, сосредоточившись, прежде всего, на соединениях серы, потому что по ним можно восстановить историю химических процессов", — рассказывает ведущий автор исследования старший научный сотрудник Сколтеха кандидат химических наук Александр Жеребкер.

Изучив еще один крупный углистый метеорит — Альенде, упавший в Мексике в 1969-м, ученые обнаружили в нем те же серосодержащие соединения, но в других пропорциях. По мнению Жеребкера, это свидетельствует о том, что органика синтезировалась не только в межзвездном пространстве, но и внутри материнских тел — планет или астероидов, от которых откололись метеориты.

"Учитывая близкий возраст метеоритов и Земли, можно с уверенностью утверждать, что органическое вещество углистых хондритов могло выступать источником химических соединений — строительных блоков для возникновения биологических молекул и жизни на планете", — отмечает ученый.

Недавно исследователи из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) вместе с коллегами из США установили, что в космосе при экстремально низких температурах могут образовываться полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — еще один вид молекул, участвующих в формировании живых организмов.

"Космос считали безжизненным, думали, что там только атомы и простые молекулы: вода, углекислый газ, кремниевая или углеродная пыль. Казалось, что в условиях жуткого холода и губительного излучения для сложных органических молекул нет шансов, а жизнь может зародиться только в "тихой гавани", в узкой зоне обитаемости, куда попала Земля. Однако теперь мы знаем, что во Вселенной множество сложных органических соединений — первых органических кирпичиков, способных дать старт развитию жизни там, где возникают подходящие условия", — говорит один из авторов работы доктор физико-математических наук Валерий Азязов, замруководителя Центра лабораторной астрофизики ФИАН.

На Земле ароматические углеводороды образуются при высокой температуре, например в двигателях внутреннего сгорания или во время пожаров. Однако этих веществ много и в космосе: считается, что до 20% углерода во Вселенной находится в ПАУ.

Ученые ФИАН посредством квантово-механического моделирования продемонстрировали, что в глубоком космосе такие соединения могут образовываться в результате столкновения свободных радикалов, появляющихся при разрыве химических связей молекул под воздействием галактических космических лучей. Лабораторные эксперименты подтвердили это.

Гипотезу панспермии — о том, что жизнь попала на Землю из космоса, — выдвинули в XIX веке. Многие десятилетия это предположение считали антинаучным, но сейчас в его пользу все больше аргументов.

Тысячелетиями люди думали, что Земля — уникальное, возможно, единственное место во Вселенной, где зародилась жизнь. На самом деле космос наполнен "кирпичиками" жизни. Сложные органические молекулы летают в межзвездном пространстве. Для запуска эволюции нужно только, чтобы на их пути попалась планета с подходящими условиями.

https://ru.armeniasputnik.am/20220516/zhizn-iz-kosmosa-v-meteoritakh-nashli-vse-komponenty-dnk-42066331.html

© NASA Goddard/CI Lab/Dan Gallagher

Ученые из Японии и США, изучив три богатых углеродом метеорита, обнаружили полный набор азотистых соединений, необходимых для ДНК и РНК. Это весомый аргумент в пользу гипотезы о том, что жизнь на Землю попала из космоса.

Древнее Солнца

Наша планета образовалась 4,5 миллиарда лет назад. Условия для жизни сформировались через семьсот миллионов лет, после завершения поздней тяжелой бомбардировки, когда на Землю, представлявшую собой сплошной океан магмы, обрушился мощный метеоритный поток.

Уже в древнейших породах, которые образовались сразу после этого, геологи находят признаки примитивной жизни. Как появились первые организмы, остается загадкой. Не исключено, что сложные органические молекулы прибыли из космоса.

С точки зрения биологии ключевой момент зарождения жизни — возникновение ДНК и РНК. Структурная основа этих макромолекул, обеспечивающих хранение и передачу генетической информации для развития и функционирования живых организмов, — свернутые в спираль сахаро-фосфатные нити, к которым крепятся азотистые, или нуклеотидные основания. Всего их известно пять: четыре входят в ДНК, четыре — в РНК. В двойной цепи ДНК они соединяются попарно, образуя "ступени" спиралевидной "лестницы", обеспечивающие прочность молекулы. Последовательность нуклеотидов определяет генетический код организма.

Азотистые основания из группы пуринов — аденин и гуанин — обнаружили в метеоритах из группы углистых хондритов еще в 1960-х. Тогда же теоретически обосновали возможность образования в межзвездной среде и остальных трех соединений — тимина, цитозина и урацила из группы пиримидинов. Но выявить их не удалось.

CC BY-SA 3.0 / Sponk /
Азотистые основания РНК и ДНК

Современные технологии позволяют определять азотистые основания в органических экстрактах из минеральных образцов на уровне десятимиллионных долей процента. Поэтому исследователи из Японии и США под руководством профессора Хироши Нараоки из Университета Кюсю заново проанализировали три богатых углеродом метеорита: Мурчисон, Мюррей и Тагиш-Лейк, упавших соответственно в Австралии в 1969-м, в штате Кентукки в 1950-м и на юго-западе Канады в 2000-м. В каждом увидели полный набор азотистых оснований, слагающих ДНК и РНК.

По мнению ученых, эти сложные органические соединения не могли синтезироваться внутри метеоритов, так как для этого нужна вода. Скорее всего, они результат фотохимических реакций на поверхности межзвездной ледяной пыли, которая затем попала в метеориты. Жизнь на Земле могла возникнуть из таких же сложных молекул, попавших на нашу планету во время поздней тяжелой бомбардировки.

"Мы считаем, что эти классы органических соединений повсеместно присутствуют во внеземной среде как внутри, так и за пределами Солнечной системы, а приток такой органики из космоса сыграл важную роль в химической эволюции первичной Земли", — указывают авторы статьи.

В таком случае у сложных органических соединений типа азотистых оснований времени для образования было более чем достаточно — метеориты сформировались на самых ранних этапах истории Солнечной системы, до планет. А захваченная ими межзвездная пыль — еще древнее.

Рекордсмен по органике

То, что космическая пыль в мурчисонском метеорите гораздо старше Солнечной системы, доказали в 2020-м. В этом космическом камне — рекордное разнообразие органических соединений, включая моносахариды арабинозу, ксилозу, ликсозу, несколько гексоз и рибозу, которая входит в молекулы РНК, а также множество аминокислот и даже короткие пептиды — фрагменты белков.

Российские ученые из Сколтеха, МГУ и ГЕОХИ РАН вместе с коллегами из Германии в 2021-м с помощью массспектрометрии сверхвысокого разрешения выявили в мурчисонском метеорите несколько тысяч соединений — почти весь спектр органических молекул, известных на Земле, в том числе нуклеиновые кислоты.

"В отличие от коллег из Японии и США, мы не задавались целью найти конкретные соединения, а изучали полный экстракт органики метеорита, сосредоточившись прежде всего на соединениях серы, потому что по ним можно восстановить историю химических процессов", — рассказывает ведущий автор исследования старший научный сотрудник Сколтеха кандидат химических наук Александр Жеребкер.

Изучив еще один крупный углистый метеорит — Альенде, упавший в Мексике в 1969-м, ученые обнаружили в нем те же серосодержащие соединения, но в других пропорциях. По мнению Жеребкера, это свидетельствует о том, что органика синтезировалась не только в межзвездном пространстве, но и внутри материнских тел — планет или астероидов, от которых откололись метеориты.

"Учитывая близкий возраст метеоритов и Земли, можно с уверенностью утверждать, что органическое вещество углистых хондритов могло выступать источником химических соединений — строительных блоков для возникновения биологических молекул и жизни на планете", — отмечает ученый.

CC BY-SA 3.0 / User:Basilicofresco /
Мурчисонский метеорит

Космические радикалы

Недавно исследователи из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) вместе с коллегами из США установили, что в космосе при экстремально низких температурах могут образовываться полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — еще один вид молекул, участвующих в формировании живых организмов.

"Космос считали безжизненным, думали, что там только атомы и простые молекулы: вода, углекислый газ, кремниевая или углеродная пыль. Казалось, что в условиях жуткого холода и губительного излучения для сложных органических молекул нет шансов, а жизнь может зародиться только в “тихой гавани”, в узкой зоне обитаемости, куда попала Земля, — говорит один из авторов этой работы доктор физико-математических наук Валерий Азязов, замруководителя Центра лабораторной астрофизики ФИАН. — Однако теперь мы знаем, что во Вселенной множество сложных органических соединений — первых органических “кирпичиков”, способных дать старт развитию жизни там, где возникают подходящие условия".

На Земле ароматические углеводороды образуются при высокой температуре, например в двигателях внутреннего сгорания или во время пожаров. Однако этих веществ много и в космосе: считается, что до 20 процентов углерода во Вселенной находится в ПАУ.

Ученые ФИАН посредством квантово-механического моделирования продемонстрировали, что в глубоком космосе такие соединения могут образовываться в результате столкновения свободных радикалов, появляющихся при разрыве химических связей молекул под воздействием галактических космических лучей. Лабораторные эксперименты подтвердили это.

© Иллюстрация РИА Новости
Свободные радикалы, которые могли участвовать в космических реакциях с образованием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)

Гипотезу панспермии — о том, что жизнь попала на Землю из космоса, — выдвинули в XIX веке. Многие десятилетия это предположение считали антинаучным, но сейчас в его пользу все больше аргументов.

Тысячелетиями люди думали, что Земля — уникальное, возможно, единственное место во Вселенной, где зародилась жизнь. На самом деле космос наполнен "кирпичиками" жизни. Сложные органические молекулы летают в межзвездном пространстве. Для запуска эволюции нужно только, чтобы на их пути попалась планета с подходящими условиями.

Владислав Стрекопытов

https://ria.ru/20220514/meteority-1788267657.html

Полвека назад астрономы впервые высказали гипотезу, что в центре нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра. В подтверждение этой версии говорит множество данных, даже масса этого компактного и не излучающего объекта подсчитана, но только вчера, 12 мая 2022 года, мы смогли в лицо увидеть тьму в самом сердце Млечного Пути. О том, как ученые получили этот снимок и что на нем можно разглядеть, рассказывает Михаил Лисаков, сотрудник Института радиоастрономии Общества Макса Планка и Астрокосмического центра ФИАН.

Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) — это более 300 ученых и десяток радиообсерваторий, объединенных в одну глобальную сеть, которая работает как один огромный радиотелескоп. Его задача, как видно из названия, — как можно более детально исследовать сверхмассивные черные дыры, с таким угловым разрешением, при котором можно увидеть их горизонт событий.

Свой первый результат EHT представил в 2019 году — тогда коллаборация получила снимок тени черной дыры в центре галактики M87 (мы рассказывали об этом в материале «Заглянуть за горизонт»). Однако данные, необходимые, чтобы построить это изображения, астрономы получили еще весной 2017 года. Два года ушло на калибровку данных, разработку моделей и новых методов построения изображений.

Данные для получения изображения тени Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, коллаборация собрала тогда же, в апреле 2017-го. Почему на то, чтобы показать его, ученым понадобилось еще три года?

Чем отличаются сверхмассивные черные дыры в M87 и Млечном Пути?

Сверхмассивная черная дыра, которую EHT продемонстрировал в 2019 году, — гигант, одна из самых массивных известных нам черных дыр. Ее масса в 6,5 миллиарда больше массы Солнца. Ее дом — гигантская эллиптическая галактика Дева А (Мессье 87) в центре сверхскопления Девы, это в 55 миллионах световых лет от Земли. Черная дыра в М87 окружена аккреционным диском и испускает релятивистские джеты — струи заряженных частиц, двигающихся со скоростью, близкой к скорости света. Джеты в M87 хорошо видны во всем диапазоне электромагнитного спектра.

Джет черной дыры в центре галактики М87 на снимке космического рентгеновского телескопа «Чандра»
Фото: NASA

Наша черная дыра Стрелец А* (Sagittarius A*) — гораздо более обыкновенная, во Вселенной таких большинство. Она намного ближе, на расстоянии 27 тысяч световых лет от нас, а ее масса на три порядка меньше, чем у черной дыры в М87 — около 4 миллионов масс Солнца. Темп аккреции вещества на SgrA* также существенно меньше, и ничто не свидетельствует о том, что она испускает джеты.

Но она к нам ближе всего. И мы еще в 1990-х годах смогли точно определить ее массу: астрономы изучили орбиты звезд, двигающихся вокруг SgrA*, и по параметрам этих орбит подсчитали массу. При этом результаты двух групп, полученные независимо на двух различных телескопах, сошлись с хорошей точностью. В 2020 году за эту работу была присуждена Нобелевская премия по физике (подробнее читайте в нашем материале «И все-таки они существуют»).

Черная дыра в центре M87 примерно в тысячу раз тяжелее, чем SgrA*, но и в тысячу раз дальше. Поскольку размер горизонта событий черной дыры прямо пропорционален ее массе, а угловой размер на небе обратно пропорционален расстоянию, изображения теней обеих черных дыр должны быть примерно одного размера. Но получить картинку с SgrA* оказалось гораздо сложнее.

• Во-первых, мы находимся в плоскости диска Млечного Пути и нам приходится смотреть в его центр через плотные облака газа и пыли, которые находятся на пути излучения. 

Проходя через эти облака, излучение ослабляется и изображение становится более размытым, возникают субструктуры пятна рассеяния, обнаруженные российским телескопом «Радиоастрон» (читайте об этом в материале «„Радиоастрону“ пять лет»). И поглощение, и искажение излучения приходится учитывать при построении финального изображения. Эти эффекты были теоретически предсказаны ранее, но для большинства других активных ядер галактик они малы, и на практике их почти никогда не учитывают. Поэтому в коллаборации EHT пришлось разрабатывать методы учета таких искажений, чтобы в итоге получить четкие изображения.

• Во-вторых, поскольку SgrA* меньше, чем M87*, все процессы в ней происходят быстрее.

«Для М87 размер горизонта событий — примерно полтора световых дня, и поэтому на этом масштабе картинка этого бублика меняется очень медленно. Если представить, что вы снимаете черную дыру в М87 обычным фотоаппаратом, то это означало бы, что вы можете держать затвор открытым восемь-девять часов. За это время картинка почти не изменится, и вы сможете спокойно все данные, собранные за этот период использовать для синтеза единого изображения, — объясняет в беседе с N + 1 Юрий Ковалев из АКЦ ФИАН. — Для черной дыры в центре нашей Галактики это совсем не так, там картина меняется намного быстрее, и это основная причина, по которой нашим коллегам потребовалось так много времени».

Размер тени SgrA* — около десяти световых минут, говорит он, то есть за несколько десятков минут движение плазмы и газа меняет картинку, а телескоп не успевает за такую короткую выдержку получить изображение.

Обычно сеанс наблюдений одного объекта с помощью EHT продолжаются 10–12 часов, но даже за один час структура кольца вокруг SgrA* может полностью измениться. Поэтому получилось так, что радиоастрономы получили множество кусочков мозаики, но все они относились к разным картинкам, потому что пока они получали эти фрагменты, изображение менялось.

Чтобы собрать из них единое изображение потребовалось пять лет.

«Участники коллаборации сгенерировали огромное количество моделей, и короткие кусочки наблюдательных данных сравнивали с результатами, которые давали разные модели и пытались выяснить, какой класс моделей лучше подходит к данным. Они нашли четыре кластера моделей, четыре типа изображений, которые согласовывались лучше всего», — говорит Ковалев.

Итоговое изображение и четыре усредненных изображения из четырех кластеров. Столбчатые диаграммы показывают вклад каждого из кластеров в конечную картину
ФОТО: ESA

Из этих четырех кластеров было построено финальное изображение.

Если бы EHT состоял из 100 телескопов, изменчивость SgrA* не была бы проблемой. Ученые могли бы получать качественные изображения каждые 10 минут и за одну наблюдательную сессию сделать целый фильм о том, как живет и меняется черная дыра.

Но в EHT в 2017 году было всего восемь телескопов, и для построения качественного изображения пришлось использовать вращение Земли. Благодаря ему проекция базы каждой пары телескопов меняется со временем, поэтому количество измеренных за одно наблюдение различных угловых масштабов достаточно для простого построения изображения при условии, что это изображение не меняется. Как мы знаем, для SgrA* это не так.

В будущих наблюдениях, увеличив число телескопов в составе EHT, можно будет действительно сделать видео поведения вещества вокруг черной дыры. Это позволит не только уточнить параметры самой черной дыры, но и лучше понять физику аккрецирующей плазмы.

В чем сюрприз

Как и в случае M87, изображение центра нашей Галактики выглядит как яркое кольцо с темной зоной в середине. Сами черные дыры не излучают, но вещество, которое падает на них, разогревается и ярко светится. При этом гравитация черной дыры, как линза, фокусирует излучение окружающего газа, только не за счет разницы в показателях преломления, а за счет гравитационного искривления траекторий фотонов.

«Бублики», которые мы видим в сердце М87 и Млечного Пути, создает радиоизлучение, которое испускают разогнанные до релятивистских скоростей заряженные частицы.

«Чтобы получить излучение в радиодиапазоне, надо ускорить заряженные частицы до скорости, близкой к скорости света, — объясняет Ковалев. — Мы видим фотоны от частиц, разогнанных в магнитном поле. Кроме того, мы видим фотоны, которые черная дыра не захватила, но на направление движения которых она повлияла — в большей или меньшей степени. Там есть фотоны, которые сделали оборот, два оборота вокруг черной дыры».

Фотоны, которые обернулись один или два раза вокруг черной дыры, выглядят для нас как тонкое светящееся фотонное кольцо. Его предсказывал Давид Гильберт еще в 1916 году, сразу после опубликования Общей теории относительности Эйнштейна.

«То что мы видим — это фотонное кольцо плюс другое излучение вещества, линзированное черной дырой. И все это размыто неидеальным угловым разрешением телескопа», — говорит Ковалев.

А вот темное пятно в центре — это как то, что мы не видим. Все фотоны из этой области так и не смогли избежать свидания с чёрной дырой и провалились под горизонт событий.

Сходство изображений из М87 и из центра нашей Галактики, вообще, — большой сюрприз. Почему-то ось вращения обеих черных дыр оказалась ориентирована почти одинаково — примерно в сторону нашей планеты.

«Удивительно, что обе эти картинки выглядит как колечки, на которые мы смотрим сверху. Почему оно не выглядит как сосиска, почему оно не выглядит как эллипс, почему оно почти круглое? Почему мы не видим это кольцо с ребра, под углом? — рассуждает Ковалёв. — Вероятность того, что это изображение будет таким, была не очень-то высокой. А так все выглядит, как будто бы SgrA* и материя вокруг него знают, откуда мы на них смотрим и повернулись так, чтобы выглядеть для нас красивее всего».

Он объясняет, что в случае с М87 это было ожидаемо: ученые знали, куда смотрит джет ее черной дыры.

«Ее так и подбирали, по джету, мы знали, что ее ось вращения смотрит на нас под углом 16–18 градусов. Там все было подобрано заранее. А тут нам повезло», — продолжает ученый.

Что мы узнали?

В 2002 году группа Райнарда Генцеля и группа Андреа Гез по результатам 10 лет наблюдения движения звезд в окрестностях центра нашей Галактики выяснили, что там находится объект массой около четырех миллионов масс Солнца, в области размером около 10 миллиардов километров. Это стало почти неопровержимым доказательством присутствия там сверхмассивной черной дыры: астрофизики не знают другого способа уместить такую массу в такой маленький объем, да еще и так, чтобы этот объект ничего не излучал.

Благодаря EHT астрономы смогли уточнить размеры этой области. Теперь мы понимаем, что тень черной дыры имеет примерно 60 миллионов километров в поперечнике, — это сравнимо с размерами орбиты Меркурия. Если заменить Солнце на черную дыру SgrA*, то Земля двигалась бы по орбите в 2000 раз быстрее, а год длился бы 4,5 часа.

Кроме того, оба измерения дали согласованные значения массы, которые в свою очередь согласуются с предсказаниями теории относительности. Это позволяет опровергнуть многие (но не все) альтернативные гипотезы о природе компактного объекта в центре Галактики, например, голую сингулярность, некоторые модели бозонных звезд. Все эти гипотезы не вписываются в наблюдаемую картину.

Но нельзя сказать, что наблюдения EHT позволили существенно уточнить наши представления о сверхмассивной черной дыре в центре Млечного пути. Пока речь идет только о подтверждении наших гипотез.

«Мы только в начале пути. С момента открытия реликтового излучения до времени, когда измерения реликтового фона позволили существенно уточнить наши космологические представления, прошло почти 40 лет», — напоминает Ковалев.

Сотрудник Астрокосмического центра ФИАН Павел Иванов отмечает, что EHT подтвердил, что масса черной дыры близка к четырем миллионам масс Солнца.

«Но говорить об улучшении точности ее определения по сравнению с результатами, полученными из наблюдений движения ярких звезд, находящихся достаточно близко к черной дыре, не приходится», — сказал он в переписке с N + 1.

«Наблюдения на Телескопе горизонта событий этих двух черных дыр близки к пределу разрешающей способности системы. А из-за несовершенства современных теоретических моделей, с которыми сравниваются наблюдения, пока мы можем говорить только о качественном соответствии наблюдений нашим представлениям», — считает Иванов.

Что дальше?

В апреле 2017 года, когда EHT получил данные, по которым были собраны изображения теней черных дыр в Млечном Пути и М87, ученые с его помощью наблюдали еще и много других объектов: галактику Центавр А, блазары 3C 279, OJ 287. Некоторые другие активные галактики наблюдались также в 2021 и 2022 годах. Поэтому можно ожидать, что результаты этих наблюдений также скоро будут представлены.

Кроме того, сам Телескоп горизонта событий постепенно растет. С 2017 года в состав EHT вошли три новых телескопа — в Гренландии, Аризоне и Франции, — а чувствительность всех телескопов стала лучше на 40 процентов. Ученые уже провели первые наблюдения на частоте 345 гигагерц.

По сравнению с 2017 годом Телескоп теперь может наблюдать объекты в два раза меньшие и в 2,5 раза более тусклые. Кроме того, излучение на новой частоте 345 гигагерц менее подвержено рассеянию, чем на прошлых 230 гигагерц, поэтому следующие изображения будут четче.

Например, ожидается, что наблюдения 2021–2022 годов позволят ученым детально разглядеть область, откуда исходит релятивистский джет черной дыры в центре галактики M87.

В планах коллаборации, очевидно, — построить изображение SgrA* в линейно поляризованном свете, а также детектировать круговую поляризацию черной дыры в M87. Это можно сделать по уже имеющимся данным, так что ученые из EHT займутся этим в ближайшее время. Черные дыры не могут иметь собственного магнитного поля, зато мы сможем увидеть его формирование в аккреционном диске и то, как оно участвует в запуске и ускорении релятивистского выброса. Наблюдение поляризованного излучения — это тот ключик, который откроет дверь к измерению магнитных полей в ближайших окрестностях черных дыр. Измерив их, мы сможем окончательно опровергнуть все модели, альтернативные черным дырам, и, наконец, понять, как они запускают релятивистские джеты.

Михаил Лисаков

https://nplus1.ru/material/2022/05/13/blackholeshadow