Могучий источник энергии во Вселенной. Назар Ихсанов и Кирилл Масленников на QWERTY

То есть, там диск? Нет, там диска. Какой там диск? Сколько учёных, столько мнений, и таких учёных очень много, которые понимают всё то, что сейчас раскручено, что это полная фикция. Потому что люди наконец её поняли. Вот и когда говоришь, что из точки А в точку Б пришёл поезд, они поняли, они тебя цитируют на весь мир. И поэтому я тебе очень не рекомендую удалить! Ну, понятнее не стало, к сожалению. Наука заканчивается там, где мне тут не согласны. Этот момент я типа потом объясню, почему не надо так. Скажи, я не имею право говорить на каждое твоё слово, я могу возразить, заново записать начало, понимаете? Да.

Привет, Кирилл Масленников, Пулковский астроном, ведущий научного Полярного канала. Вот мы опять в этом замечательном кабинете. Мне показалось, после первого нашего ролика, во-первых, осталась какая-то недосказанность, мы как-то слишком быстро закончили научную часть и перешли к ненаучной. А кроме того, я подумал, что ну если есть такой случай поговорить с настоящим теоретиком, настоящий высококлассный может ярко и глубоко описать физическую суть явления. Явление, которое мы собираем, все эти разговоры — это действительно один из основных механизмов астрономических процессов, космических процессов. Я говорил об аккреции. Кто хоть чуть-чуть интересуется нашими делами, все это слово знают. А, между прочим, это слово не такое уж старое. Я вот скажу, я, конечно, древний очень человек, я помню, когда я начал учиться астрономии, это слово совсем ещё не было таким популярным, и вообще я его в университете, можно сказать, и не слышал. Потом уже в начале семидесятых это слово стало распространяться всё больше и больше, и сейчас без него вообще уже не обходится ни одна фраза.

Слово аккреция действительно стало популярно только не так давно. Почему? Потому что оно, кроме того, кроме всего прочего, сменило смысл. Если раньше под аккрецией чисто его английском варианте понимали, что увеличение какого-то тела за счёт падения другого вещества, то теперь это просто замена термина "падение вещества" на какой-нибудь "гравитирующее тело". То есть правильно говорить "газ падающий на какую-то звезду": там обычную звезду, белый карлик, нейтронную звезду, черную дыру, именно падение. А в принципе это процесс, в котором мы сталкиваемся постоянно. Если это падение — просто падение чашки на пол, она разбивается, выделяется энергия, разбивающая чашка. Падение метеора на землю — мы знаем, что это энергичное событие. Дальше, если этот же метеор падает на звезду, которая имеет больше массы, чем Земля, но имеет такой же радиус, то скорость движения этого камня намного больше. Получается, что выделяется намного больше энергии. Если это падает всё на нейтронную звезду, на чёрную дыру, то выделяется энергией уже практически половина от массы.

Спокойно, эффективность энерговыделения возрастает. Там 50 процентов. Ну, коэффициенты — это на самом деле сколько там 50, 40, 30 — это уже не так важно. Важно, что это намного больше, действительно, чем термоядерная энергия. Потому что если посмотреть внимательно те статьи, в которых это было написано, это 64 год, статья американского физика Салпитера об акупреции сверхмассивных черных дыр. А именно, успевают ли черные дыры путем падения на них газа увеличить свою массу настолько, чтобы стать сверхмассивной. Вот вопрос. И как бай-продукт при падении выяснилось, что они, кроме этого, светят. Но самое замечательное, что в тот же 1964 год появилась статья нашего ученого Якова Борисовича Зельдовича, трижды героя труда, академика, который рассказывал, я как-то полюбопытствовал, рассматривал падение газа на компактный объект: звездной массы, либо черные дыры, либо нейтронные звезды, и пришел к выводу, что это очень энергичный процесс.

Именно то, как мне в свое время стало интересно кто был первым — я залез в аналой посмотреть статью с Салпитера, найти нетрудно, она в интернете всюду есть. Статью якобы Бориса найти оказалось сложнее: она в докладах академии наук, опубликовано, этот журнал не переводился в то время. То есть, он переводился, но достать его в интернете было трудно. Пришлось идти в библиотеку смотреть. Я был очень польщен тем, что Яков парич на целых полгода опередил Питера. То есть, когда его статья уже была принята к печати и выходила у Салпитера, она еще только пошла в печать. На самом деле первым про вот эти проблемы, ещё до открытия квазаров, писал его Шкловский в шестидесятых году относительно радиогалактик. За счёт чего такая фантастическая эффективность перевода в энергию? За счёт чего вот эти 40 процентов? Почему? Как это объяснить? Давай, Кирилл, начнем с того, что какой самый энергичный объект, самое мощное по энергии объект вблизи Земли.

Потому что казалось бы, надо ответить, но тут же мы вспоминаем, что, допустим, если посчитать энергию на килограмм массы, то мы примерно в 10 тысяч раз больше выделяем энергии на килограмм массы, чем солнце. Так что вот, где самые высокие объекты? Мы с тобой правильно не... Мы вообще уникумы. В лондонском зоопарке существует вольер с самым опасным животным на Земле. Ты заходишь в этот вольер и видишь себя в зеркале. Мы про так сказать неодушевленные предметы — так, это всё-таки солнце, но это термоядерный котел. Значит, что делает этот термоядерный котёл? Откуда там берётся энергия? Чего они вдруг слипаются, откуда оно взялось? Гравитация. Вот тут мы пришли. Гравитация. В основе всех явлений лежит гравитация. Гравитация давит, и что происходит? Материя начинает структурироваться. Из-за этого происходит учение квантов света. Кстати, очень интересная аналогия с обществом. Когда у нас большое скопление свободных людей, они все бегают и не структурированы. Энергия выше, чем когда образуется государство, у которого есть структура. Концлагерь — самые хорошо структурированные общественные вещи, замечу, что не я это сказал. Конечно, суть состоит в том, что у нас гравитация создает работает со структурой. Вот тут ты получается термоядерный котёл, тут-то получается выход энергии.

А дальше происходит. Мы смотрим на звезды. Все звезды — это ядерные котлы, термоядерные котлы. Но мы находим вдали объект, который называется квази-звездный объект. Квази-звездные — что он точечный объект. Поэтому звёздный, но он не может быть звездным, он очень далеко находится, он слишком яркий. Выясняется, что не может звезда давать такую светимость. Получается, что значит, другого источника энергии? Нет. Есть гравитация, выясняется, что падение элементарное, падение на достаточно компактный объект приводит к тому, что выделяется энергия намного больше, чем при структурировании. Вот, собственно, это и есть вот эта необыкновенная светимость квазаров, которая позволяет нам наблюдать их как звездные объекты на расстоянии порядка 10 миллиардов световых лет, вызывается тем, что на квазары падают какие-то массивные тяжелые окружающие объекты. Верно, но объектом может быть не обязательно какой-нибудь метеор, камень там и прочее, обычный газ, который падает на какую-то компактную звезду. В конечном итоге выделяет столько же энергии, сколько так сказать той же массы тела, падающего на эту же звезду.

Поэтому на самом деле не важно, что упадет. Важно, сколько масса упадет. А что там падает в глазах? Как раз я хочу сказать, что мы не знаем, падает или не падает, мы думаем, что падает, нам хочется. Нам хочется думать, что падает, а в отношении того, что действительно падает, это падение на белые карлики, нейтронные звезды. Здесь точно знаем, что падает! А там падает газ, как правило, это двойные системы, есть звезда-донор, которая даёт этот газ, который он срывается, и есть звезда, на которую она падает масса. И белого карлика чуть больше массы Солнца, скорость свободного падения, а в случае белого карлика это очень большие скорости, несопоставимые с тем, что у нас там, Солнечной системе — несколько тысяч километров в секунду.

Вот, хотелось бы всё-таки объяснить. Наверняка все видели множество картинок, может быть, это все, конечно, картинки такие существуют. Конструкция тесной двойной системы: звезда-донор, хвост вещества к белому карлику. На всех картинках образуется диск, который светится и тоже много чего даёт. Это значит, еще один компонент, кроме падения на поверхность, это промежуточный компонент. Его вклад в общее излучение системы намного меньше вклада того вещества, которое достигает поверхности звезды. Это очень просто. Энергия, выделяемая, — это масса умножить на квадрат скорости. Понятно, что квадрат скорости достигает своей максимальной величины на поверхности звезды, там, где поближе. Поэтому всё, что выделяется в структуре промежуточной, там выделяется энергия намного меньше. Почему об этом много говорят? Ну, просто потому что, когда энергия является меньше в большом объёме, то у нас нагрев, для этого, как известно, той же функции Планка получается меньше, и получается, что это можно наблюдать в оптическом диапазоне спектра.

Дальше все ищут то, что под фонарём. В оптическом диапазоне легче наблюдать, чем в рентгене. Такие структуры в оптике обнаруживаются. Но на самом деле по общей энергетике, которая во многих случаях, конечно, основная энергия идёт с поверхности, в зависимости от того, как далеко он расположен от соответствующей звезды. Если магнитное поле звезды слабое, то диск может прям до поверхности звезды доходить, но будет там какой-то ультрафиолетовый мощный источник для белых карликов. Расчет очень хороший, по-моему, впервые сделан коллегами из Кембриджа. Вот, а если магнитное поле сильное, то оно уже остановит диск и его разобьет на кусочки. Эти кусочки потекут до силовых линий поля, очень далеко, где-то, ну, в случае нейтронных звёзд это в 100 или даже в тысячу раз больше, чем размер самой звезды. Ну и, соответственно, получается, что эффективность всего этого будет соответственно вот 100 или в тысячу раз меньше, оно не даёт падать. Да, в большинстве, практически во всех случаях, оно противодействует. Да, ничем. Чем сильнее магнитное поле, тем аккреция слабее. Нет, аккреция слабее или сильнее, как бы принято говорить. Количество массы, падающей в единицу времени, это не зависит от того, какой магнитное поле. Поле мешает под среде в виде структуры типа диска, либо сферического колокола, такого. Оно останавливает вещество, после этого вещество проникает в магнитное поле и, как по рельсам вдоль силовых линий поля, достигает поверхности звезды. От этого, как раз, мы видим рентгеновские пульсары, потому что прогреваются в этом случае в основном магнитные плюсы. Вот это совершенно верно! Да, но в результате всё-таки именно падение количества массы, которое достигнет поверхности звезды, будет тоже... только будут промежуточные этапы, когда одна структура акреционная — вот это вот диск, там колокол. Если кто-то перейдёт в другую, в каналированную акрецию внутри унитасферу — вот это, пожалуйста, но общий темп не влияет.

А вот все эти разговоры про диски вокруг всех массивных чёрных и развязкость, которая вызывает как раз рентгеновское излучение, гамма-излучение не в районе горизонта событий, а в дисках — это всё фантазия. Но почему фантазия? Это одна из возможных и очень хороших интерпретаций, которые мы сегодня имеем. В принципе, то, что наблюдается по ряду косвенных признаков, можно сказать, что вокруг сверхмассивных черных дыр в центре Галактики образуется некая некоторая структура, напоминающая диск, и по-видимому, вещество в этом диске вращается с кемперскими скоростями. Аргументы очень сильные, и в принципе, как бы да. Вот такая модель очень популярна, и она может исчезнуть. Ключевая. С другой стороны, в принципе, у нас существуют очень интересные звезды, так называемые B-звезды, горячие звезды, у которых тоже есть диск, но диск истекающий с их поверхности. То есть, это вещество не падает, оно наоборот истекает. Истекающее вещество создаёт диск, кеплеровский диск, очень похожий на тот диск, который в других случаях является аккреционным. То есть, что может двигаться и в одну сторону, и в другую, в зависимости от работы механизмов и структуры, там, двойной системы или одной звезды.

Правильно понимаю, что это получается из-за очень сильного ветра со стороны звезды, когда давление излучения превосходит гравитационную революционную силу? Значит, такой случай был, когда принимали экзамен у аспиранта, и один из экзаменаторов сказал: "Ну вот у вас вопрос: расскажите, как вспыхивает плоские великие". Астрофизик наш бывший в комиссии на это заметил, что если он сейчас ответит, надо Нобелевскую премию давать. На самом деле мы не знаем, конечно, как она вспыхивает, но существуют определенные уже сценарии, которые не с потолка взяты, а из конкретных наблюдательных данных. И по этим наблюдательным данным мы можем построить несколько различных сценариев, несколько различных может быть сказок или, так сказать, подобных объяснений в случае боя звёзд, сказать, что кто-то на сегодняшний день знает, почему образуются диски. Будет при увеличении, это вот парадокс, но да, действительно, на сегодняшний день никто толком не знает, почему образуются эти диски. С другой стороны, мы знаем, что ветра плотные, ветра, где мы дисков не видим. Правильно, но то, что ветер, очень похожий на этот диск, почему-то плотный, есть и у других звёзд такого же типа. Чем они отличаются, это вот процесс долгого терпеливого изучения. Но отличить акреционный диск от истекающего диска вообще-то говоря не просто. И там, и там кеплеровское движение, и там, и там вязкости, там выделение энергии. Они разные энергии, другая энергия притяжения. Но когда-то энергия вращения тоже из гравитации.

Мы можем сейчас сказать нашим зрителям: "По авторитетному мнению, специалисты по теоретической астрофизике мы не можем точно утверждать, что светимость квазаров объясняется процессами акреционных дисков вокруг чёрных". Я бы так сказал, что они объясняются процессами излучения вблизи горизонта событий. Слово "диск" не надо произносить. Диск очень вероятен, под диском можно понимать очень разные вещи. Потому что существуют разные диски, существуют диски, которые за счёт углового момента образованы. Но очень красивое название на английском — net Disk, magnetically arrested Disk — это когда усиление магнитного поля за счёт сохранения магнитного потока происходит, и диск может вообще не вращаться. И само магнитное поле его будет удерживать. Такая модель тоже существует, и самый смешной, что её исходно предложили тоже наши соотечественники. Бесноватый Коган, Кеннадий Семёнович и Александрович Рузмайкин в 704 году.

Что происходит на чёрных дырах реальных, там, квазарах и прочее — это вопрос сложный, и вообще бы его не касался. Потому что есть там диск? Нет, там диска. Какой там диск? На самом деле, сколько учёных, столько мнений, и поэтому эти очень не рекомендую туда лезть. Я наоборот хочу поговорить. Мы говорили о том, что вот этим занимались у нас, так сказать, люди, которые бомбу делали. Это бомба фактически солнце. Это бомба, которая перманентно — водородная бомба, перманентно работает. Некоторые, так сказать, типа игры Васильевича Курчатова, пошли делать мирный атом. А другие, вот такие, как я говорю, Зельдович и Талаш Гинзбург, они пошли больше в астрофизику и стали интересоваться, что то же самое может в космосе. И они нашли очень интересную вещь. Они нашли такую вещь, что существует еще более энергичный процесс и как бы он на поверхности лежит. Ну, просто падение элементарное падение. Ты просто увеличиваешь массу и уменьшаешь радиус тела, на которое это падает. С какого-то момента это становится эффективным, поскольку радиус как квадратный. Да, есть такая, такая масса и такой радиус, которого это становится эффективнее термоядерных энергий. И вот оказалось, что такой источник есть, как раз квазар. Для него нашлось это объяснение. И вот с этого момента пошла аскреция, это кинетическое выделение кинетической энергии. И тут же гамма-всплески как первые попытки объяснения на нейтронные звезды. Кометы падают тоже в отделение кинетической энергии. И то же самое, что вот к нашему прошлому разговору, когда у нас падают всякие метеоры, астероиды на Землю — тоже выделение кинетической энергии.

И парадокс состоит в том, что люди, сначала сделавшие термоядерную бомбу, перешли в астрофизику и открыли новое, так сказать, направление, нового, можно сказать, оружие — это вот падение астероидов на Землю, как мы теперь знаем, кометы, на астероидная опасность. И мы знаем последствия. Мы наблюдаем падение этих тел на луну, на Юпитер, вы все это видите. Мы меряем, мы действительно понимаем, что это будет что-то такое, что... и в прошлый раз мы ещё сказали, что, ну, если кому-то не терпится, он захочет помочь упасть. Является ли это фантастика сегодня или нет? И вот здесь мы начинаем вспоминать, а что нужно траектории тел? Вот сколько астероидов сейчас, в принципе, известно? Я уже слышал, что больше миллиона — это все летают тела, которые друг с другом связаны. Если изменить траекторию одного тела, траектория другого тела тоже изменится. Существует возможность изменить траекторию какого-то тела таким образом, чтобы через несколько оборотов траектория других тел радикально изменилась. Чисто математическая задача очень сложная, и по-видимому она как раз является из тех задач, которые должен решать искусственный интеллект.

Вот, ну, в принципе, вот такие варианты есть — это исследование лабораторные. Но, к сожалению, они опять слишком оказываются опасные, и многие просто боятся это делать. Наверное, напрасно, всё-таки рано или поздно это дело придётся всем, все хотят вот на будущее поколение всё это скинуть. А пока мы поживём, а вот они пускай страдают. Основная беда состоит в том, что всё боятся, просто что это приведёт к слишком бурному развитию науки. Они станут слишком умные и опасные. Оптимистической ноте мы можем сегодня закончить. Наш оптимизм в лабораторных экспериментах астрофически. [музыка]