Новая эра космических открытий

Астрофизика позволяет нам приблизиться к ответам на вопросы о происхождении и эволюции Вселенной. О современных ее исследованиях, последних открытиях и перспективах – наша беседа с замдиректора Шамахинской астрофизической обсерватории имени Н.Туси профессором Нариманом Исмаиловым.

– Современная астрофизика стремительно меняется вместе с технологиями. Как сегодня устроена работа исследователя?

– Астрофизика развивается по двум направлениям – наблюдательному и теоретическому. Астрономы по-прежнему работают с телескопами и специальными приемниками излучения, однако во многих обсерваториях наблюдения уже автоматизированы, управлять ими можно дистанционно. Полученные данные сохраняются в цифровом формате, очищаются от приборного шума, калибруются и анализируются с помощью специальных программ. Исследования, требующие многолетних наблюдений, могут занимать от трех до десяти лет.

Изменился и образ профессии. Современный астрофизик во многом еще и data scientist, работающий с базами данных, нейросетями и огромными массивами информации. Технологии позволяют обнаруживать закономерности, которые раньше могли восприниматься просто как некий шум.

– На чем сегодня сосредоточена работа Шамахинской астрофизической обсерватории?

– Наша обсерватория была создана в 1959 году. Ее расположение позволяет телескопам охватывать значительную часть объектов небесной сферы. Мы выполняем пятилетние научные программы, утвержденные Министерством науки и образования, и участвуем в международных проектах. Исследуются практически все типы космических объектов – от звезд и планет до галактик и квазаров. Одно из приоритетных направлений – ранние стадии формирования звезд и происходящие в них нестационарные явления.

– Какие результаты последних лет вы считаете наиболее значимыми?

– Получены важные результаты в области физики солнечной плазмы, исследования галактик с активными ядрами и химического состава звезд-гигантов. Особый интерес представляют исследования молодых звезд промежуточной массы – типа АеВе Хербига, сформировавшихся менее миллиона лет назад.

Мы получили доказательства того, что такие звезды обладают компактными магнитосферами, где происходит аккреция вещества из диска на звезду. Результаты опубликованы в признанных мировых астрономических журналах и важны для теории эволюции звезд.

– Насколько активно Шамахинская обсерватория интегрирована в международную науку?

– Мы завершили трехлетнюю работу по европейскому гранту HORIZON, совместно с зарубежными коллегами исследуя массивные звезды. Обсерватория также участвует в проектах GRANDMA, Gaia, COST и других международных программах. Такое сотрудничество позволяет молодым ученым участвовать в конференциях, проходить стажировку и получать международный опыт.

– Какие открытия последнего десятилетия более всего изменили наши представления о Вселенной?

– Одно из главных – регистрация гравитационных волн обсерваторией LIGO, подтвердившая предсказание общей теории относительности Эйнштейна и открывшая новое направление исследований Вселенной. Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил галактики, существовавшие уже спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Некоторые оказались крупнее и ярче ожидаемого, что заставляет пересматривать представления о формировании ранних галактик.

В 2019 году проект Event Horizon Telescope представил первое изображение области вокруг сверхмассивной черной дыры в галактике Мессье 87, а в 2022-м – Стрельца A* в центре Млечного Пути.

В 2017 году столкновение двух нейтронных звезд впервые удалось наблюдать одновременно по гравитационным волнам, световому и гамма-излучению. Это подтвердило, что при таких столкновениях могут образовываться тяжелые элементы, включая золото, платину и уран. Данным направлением занимается и проект GRANDMA, в котором под моим руководством участвует группа астрономов нашей обсерватории.

– Как искусственный интеллект и Big Data меняют астрофизику?

– За последние 10-15 лет главным вызовом для астрофизики стал избыток данных: современные телескопы генерируют объемы информации, которые человек физически не способен обработать самостоятельно. Нейросети помогают искать экзопланеты, классифицировать сотни миллионов галактик и обнаруживать объекты, которые можно пропустить из-за шума. Современные алгоритмы также очищают космические изображения от помех.

Первое изображение черной дыры стало возможным благодаря программному обеспечению, объединившему терабайты данных от телескопов по всей планете, фактически превратив Землю в гигантский виртуальный интерферометр.

Алгоритмы используются и при регистрации гравитационных волн: детекторы LIGO реагируют даже на сейсмические колебания, транспорт и океанские волны, поэтому необходимо отделять космические сигналы от земного шума.

С помощью суперкомпьютеров ученые моделируют своего рода «виртуальный Большой взрыв», а затем сравнивают полученную модель с реальным распределением галактик.

– Какие направления будут определять астрофизику ближайшего десятилетия?

– Одними из главных останутся темная материя и темная энергия: современная физика пока не может объяснить около 95% массы-энергии Вселенной. Другое перспективное направление – поиск возможных признаков жизни в атмосферах экзопланет. Продолжится изучение ранней Вселенной, первых звезд и сверхмассивных черных дыр.

Обсерватория имени Веры Рубин в Чили оснащена цифровой камерой разрешением 3,2 гигапикселя. Она будет регулярно фотографировать практически все доступное Южное небо, создавая своеобразный «космический таймлапс» и фиксируя вспышки, астероиды и другие быстро меняющиеся объекты.

Другой масштабный проект – радиообсерватория SKAO в Австралии и ЮАР. Ее чувствительность должна быть настолько высокой, что массив потенциально сможет обнаружить обычный земной авиационный радар на расстоянии десятков световых лет. Это открывает новые возможности для поиска технологических следов внеземных цивилизаций.

Грань между астрономом и IT-специалистом все больше будет сглаживаться. Одна только обсерватория Рубин в Чили будет генерировать около 20 терабайт данных за ночь, поэтому без искусственного интеллекта обработать такой поток практически невозможно.

– Почему сегодня особенно важно сохранить и развивать Шамахинскую астрофизическую обсерваторию?

– Далеко не все страны, даже крупные, располагают профессиональными астрономическими обсерваториями. Наша Шамахинская – признанное научное учреждение с ценными оптическими телескопами и приемниками излучения. Это научный потенциал и престиж Азербайджана, которым необходимо дорожить.

Астрономия имеет не только фундаментальное, но и технологическое и стратегическое значение. Это космический мониторинг, наблюдение за спутниками и космическим мусором, обнаружение потенциально опасных астероидов и изучение солнечной активности.

Создаваемые для астрономии сенсоры, оптические системы и программное обеспечение находят применение и в других областях. Обсерватория – это еще и научная школа, международные связи и подготовка будущих физиков, астрономов и инженеров. Поэтому сохранение и развитие ее потенциала важно для науки, образования и технологического будущего Азербайджана.