«Мені важливо, що являє собою галактика»

Майже весь гелій утворився у перші кілька хвилин існування Всесвіту. Розмова з астрофізиком Юрієм Ізотовим тривала значно довше і могла продовжуватися ще багато часу, адже його дослідження, в усіх сенсах, — космічних масштабів.

Восени українці масово дивувалися новині, що у Сполучених Штатах учені знайшли унікальну галактику з надзвичайно низьким вмістом хімічних елементів. Очолював міжнародну групу науковців український астрофізик Юрій ІЗОТОВ — доктор фізико-математичних наук, академік НАН України, завідувач відділу фізики зір і галактик Головної астрономічної обсерваторії НАН України.

Зустрічі з ученим ми чекали майже два місяці. Через різні обставини вона відкладалась, а коли ми нарешті домовилися на конкретну дату, Київ замело, тож довелося почекати ще кілька днів. Зрештою, ми дісталися обсерваторії, що стоїть у Голосіївському лісі. Засніжені дерева, їм у тон стоять білі будиночки ГАО — краса. У будівлі теж гарно, кожен поверх прикрашений вітражами з космічними сюжетами, рибами та козаками. Але зимно, бо з опаленням великі проблеми. Всупереч цим невеселим обставинам у своєму кабінеті Юрій Ізотов проводить, наприклад, спостереження з телескопу в Нью-Мексико, США — сучасні технології дозволяють робити це віддалено, через інтернет.

Індекс цитованості робіт Юрія Івановича є одним з найкращих серед науковців України і відповідає високому міжнародному рівню. Сам учений не тільки проводить дивовижні дослідження, а й уміє пояснювати їх суть людям, як ми, далеким від астрофізики. Тож логічно, що редакція вирішила відзначити його Короною «Дня» — власне за відкриття нових світів. Це і стало основною темою нашої розмови. Також ми говорили з Юрієм Ізотовим про величезні відкриття, які дають дослідження карликових галактик, про те, чому в Україні немає сенсу будувати надпотужні телескопи, але збільшувати фінансування науки необхідно, і ще — про зорі без телескопа. 

НАЙКРАЩИЙ АНАЛОГ ПЕРВИННИХ ГАЛАКТИК

— Юрію Івановичу, найвідоміше ваше досягнення цього року — відкриття галактики J0811+4730 разом із Наталією Гусєвою, колегою з ГАО, і американськими вченими. Читала, що завдяки цьому можна досліджувати виникнення інших галактик. Як це відбувається?

— Ми займаємося карликовими галактиками із активним зореутворенням. Поясню, чому це важливо. Зараз вік Всесвіту — 13,7 мільярда років. Відомо, що галактики почали утворюватися у Всесвіті, коли його вік становив кілька сотень мільйонів років. Згідно з сучасними теоріями, ці галактики були маленькими, в них проходило бурхливе зореутворення з формуванням великої кількості масивних зір. Вони відігравали значну роль в еволюції Всесвіту. По-перше, це були перші об’єкти у Всесвіті, де почали утворюватися хімічні елементи важчі за гелій. От водень утворився у перші моменти існування Всесвіту. Коли вік Всесвіту становив три — п’ять хвилин, утворився майже весь гелій, який зараз нас оточує. Всі інші елементи сформувалися у зорях. А зорі могли утворюватися лише в галактиках. 

Зорі у первинних галактиках виробляли багато енергії, зокрема в ультрафіолетовому діапазоні. Але ці галактики знаходяться дуже далеко від нас, їх світність невелика. Навіть за допомогою найпотужніших телескопів спостерігати їх майже неможливо.

Ми пішли іншим шляхом — намагалися знайти подібні галактики, значно ближчі до нас. Скажімо, галактика J0811+4730 знаходиться на відстані 600 мільйонів світлових років. Тобто ми бачимо її такою, якою вона була 600 мільйонів років тому. Це вже, так би мовити, ближній Всесвіт. Не виключено, що ця галактика молода, але багато подібних утворилися після перших кількох сотень мільйонів років від появи Всесвіту. Оскільки ця галактика знаходиться значно ближче до нас, її можна вивчити детальніше: отримати її інтегральні характеристики, світність, масу, спектр, визначити хімічний склад речовини в ній тощо. І от вміст хімічних елементів виявився дуже низьким. Нижчим, ніж в усіх галактиках, відомих до цього часу. Це те, що очікується від первинних галактик.

Досліджувати цю можна тільки за допомогою великих телескопів. Якщо визначимо властивості цієї галактики, зможемо сказати, які приблизно ознаки мали первинні галактики, що утворилися дуже давно. Але навіть J0811+4730 все-таки дуже слабка, хоч і значно яскравіша за первинні. Ми спостерігали її за допомогою американського телескопа, який називається Large Binocular Telescope, тобто «Великий бінокулярний телескоп». Він, наче бінокль, складається з двох дзеркал. Діаметр кожного становить 8,4 метра, це еквівалентно спостереженню на телескопі з діаметром дзеркала 12 метрів. На початку року ми обрали цю галактику як гарного кандидата для досліджень і спостерігали за нею на телескопі LBT три години. Щоб визначити вміст хімічних елементів, ми вивчаємо міжзоряне середовище. Це іонізований газ, де світяться емісійні лінії різних елементів.

Отримані результати досліджень J0811+4730 роблять її найкращим кандидатом в аналоги первинних галактик. У подальшому треба вивчати її більш детально, щоб довести, що вона молода.

«I ZWICKY 18» МАЄ ДО ДЕСЯТКА ІМЕН»

— Як галактики отримують свої назви?

— Наприклад, одну з найвідоміших карликових галактик —  «I Zwicky 18» — відкрив видатний астрофізик Фріц Цвікі. Він був швейцарцем за походженням, майже весь час працював у Сполучених Штатах Америки. Це були 1930 — 1960-ті роки. Головним завданням дослідника був пошук галактик, він складав їх каталоги. Серед багатьох інших галактик він виділив цю. «І» — тому що це перший каталог, «Zwicky» — це його прізвище, і в цьому каталозі вона йде під номером 18. Опис цієї галактики він зробив десь у 1966 році. Тоді не було відомо, що ця галактика виділяється чимось особливим, астрономічна техніка була не така потужна. У 1970 році американські астрономи Сьорл і Сарджент визначили приблизний хімічний склад цієї галактики, який ми та інші дослідники потім уточнювали і зрештою виявили, що ця галактика має дуже низький вміст хімічних елементів.

— До речі, J0811+4730 — не перша галактика, унікальні властивості якої ви відкрили. Як відбувалися такі дослідження раніше?

— Коли я почав працювати як астроном, у Спеціальній астрофізичній обсерваторії Академії наук СРСР ми розпочали дослідження галактик з так званого Другого Бюраканського огляду.

Між іншим, «I Zwicky 18» входить до Першого Бюраканського огляду. Видатний вірменський астроном Беніамін Маркарян теж знайшов і описав цю галактику, в нього вона має назву «Маркарян 119». Тож у галактик може бути кілька імен. У «I Zwicky 18», за даними різних каталогів, їх до десятка, а то й більше.

Так ось, ми почали працювати над Другим Бюраканським оглядом і в середині 1980-х знайшли один об’єкт і провели його спостереження на шестиметровому телескопі на Північному Кавказі. Виявили, що вміст хімічних елементів у цій галактиці ще менший, ніж у «I Zwicky 18». Ми опублікували це у 1990 році в журналі Nature, це була наша перша галактика з рекордно низьким вмістом хімічних елементів.

Потім ми знаходили чимало інших галактик, але жодна з них не мала такого низького вмісту хімічних елементів, як ця. Назва її — SBS 0335-052. Цифри — це координати об’єкта, а SBS означає — Second Byurakan Survey, тобто «Другий Бюраканський огляд».

Ми постійно шукали такі галактики, але це рідкіcні об’єкти. Скажімо, за хімічним складом, який наближається до «I Zwicky 18» і SBS 0335-052, ми знайшли близько 20 серед багатьох мільйонів галактик, і це близько двох третин від того, що відомо у світі.

Нарешті, цього року ми відкрили J0811+4730, яка стала новим рекордсменом. Її ім’я, певно, ні про що не скаже. Цифри — це координати, «J» вказує на епоху, те, що це координати для 2000 року. Бо земна вісь зміщується, це називається прецесією, і система координат змінюється. Тому коли вказуєте координати, треба зазначати, для якої це епохи. Зараз має сенс використовувати координати для епохи 2000 року. Думаю, наступного разу їх переглянуть 2050 року. Але телескоп сам вираховує, які координати мають бути зараз.

ЯК ЗОРІ ІОНІЗУЮТЬ ВСЕСВІТ

— Ви керували групою вчених, яка торік довела причини реіонізації Всесвіту. Як зрозуміла, це означає, що завдяки жорсткому ультрафіолетовому випромінюванню речовина Всесвіту з нейтральної знову стає іонізованою, як на початку розвитку...

— Ми проводили спостереження на космічному телескопі Габбла у 2015 році, й вони продовжуються. Навіть зараз на цьому телескопі ведуть спостереження за нашими програмами, наприклад, 19 і 22 грудня. Потім — ще. За цією програмою цього року ми вже спостерігали чотири галактики, до кінця року залишилося ще дві. Зараз ми отримали більш вагомі результати, порівняно з 2015 роком. 

Спробую схематично пояснити, як еволюціонував наш Всесвіт. Спочатку він був дуже компактним, там не було нічого, крім вакууму. З якихось причин Всесвіт почав розширюватись і в ньому утворювалися частинки речовини. Коли його вік становив близько 300 тисяч років, настала так звана стадія рекомбінації — при розширенні речовина стала не такою щільною, і випромінювання перестало взаємодіяти з нею. Це призвело до того, що вся речовина з іонізованого стану, зі стану плазми, перейшла до нейтрального. Тобто усі вільні електрони у просторі об’єдналися з ядрами атомів. Потім настала так звана епоха темних віків, яка тривала до часу, коли вік Всесвіту становив 300 мільйонів років. За цей час сформувались умови для утворення перших галактик. Епоха формування первинних галактик тривала приблизно до одного мільярда років. З утворенням перших галактик вся речовина у Всесвіті знову перейшла у стан плазми. За рахунок чого? Насамперед — через жорстке ультрафіолетове випромінювання масивних зір. Відомо, що вони там були. Але до цього часу ми не знали, чи виходить це випромінювання за межі галактик, щоб іонізувати Всесвіт. Бо галактика оточена щільною оболонкою з нейтрального газу. Виникає питання: чи може випромінювання зір пройти цю нейтральну оболонку та іонізувати розріджений газ між галактиками?

Ми знайшли ближчі галактики і почали спостерігати діапазон спектра, який відповідає за ультрафіолетове випромінювання, що може іонізувати нейтральний газ. Це випромінювання має довжину хвилі коротшу за 900 Ангстрем. Це дуже коротка довжина хвиль. Для порівняння: наша атмосфера не пропускає ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі меншою, ніж 3000 Ангстрем.

Задачу ми поставили дуже складну. По-перше, треба було знайти об’єкти для спостереження. Потім — обрати з них ті, які мають певну швидкість віддалення від нас. Адже всі галактики розбігаються внаслідок розширення Всесвіту, відстань між ними постійно збільшується. І якщо галактика від вас віддаляється, через ефект Допплера випромінювання, яке ви приймаєте від галактики, має більшу довжину хвилі, ніж ту, яку воно мало, коли вийшло з галактики. Тож треба було обрати такі галактики, де б з урахуванням цього зміщення ми могли спостерігати цей ультрафіолетовий діапазон, який іонізує Всесвіт, і в тій ділянці спектра, до якої чутливий телескоп Габбла. Ми вирахували, що це відповідає відстані до галактики у п’ять мільярдів світлових років.

Отже, нашою задачею було подивитися, чи виходить це ультрафіолетове випромінювання з галактики. До цього часу ми простежили дев’ять об’єктів, і у всіх випромінювання виходить за межі галактики. Тобто вперше шляхом спостереження було доведено, що жорстке ультрафіолетове випромінювання може виходити за межі галактик.

Але виникає питання: чи достатньо його, щоб іонізувати Всесвіт? Торік ми знайшли галактики, де виходить близько 10% випромінювання. Цього року знайшли галактику, де за її межі виходить понад 50% іонізуючого випромінювання. Зараз можна сказати майже точно, що цього було достатньо, щоб іонізувати Всесвіт, коли його вік був менший за один мільярд років.

Ці дослідження ми вже опублікували. Галактику, за межі якої виходить понад 50% іонізуючого випромінювання, ми спостерігали влітку. А у грудні відбулися спостереження ще чотирьох об’єктів, і у трьох із них кількість іонізуючого випромінювання, яке виходить з галактики, перевищує і цей показник. Це дає підстави вважати, що проблему, над якою багато років працювали науковці у світі, вирішено.

ПРО КЛІМАТ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕНЬ І ТЕЛЕСКОПІВ

— Українська наука хронічно не фінансується. У цьому контексті, яку роль відіграють проекти з іноземними вченими?

— Зараз астрономія — наука колективна. Дуже добре, якщо певні дослідження проводять у кооперації з іноземними астрономами. Ми багато співпрацюємо з США, з країнами Західної Європи. Скажімо, з програмою на космічному телескопі Габбла, де я є головним виконавцем, працюють Наталія Гусєва з ГАО і представники Швейцарії, Чехії, Німеччини, Сполучених Штатів Америки. А ми є авторами цього проекту.

Техніка, щоб досліджувати такі слабкі об’єкти, якими цікавлюсь я, настільки складна і дорога, що для України мати її неможливо. Взагалі. І ніколи не буде можливо. Принаймні таку, що працює в ультрафіолетовому діапазоні. Державного бюджету на це не вистачить. Телескоп Габбла коштує декілька мільярдів доларів. Головним чином, це гроші з США, причому з державного бюджету.

Щодо наземних телескопів. Є телескоп Кека на Гавайях, він стоїть на висоті чотирьох із гаком кілометрів. Цей телескоп побудований за приватні спонсорські кошти. Один багатий підприємець на прізвище Кек запропонував астрономам у Каліфорнії зробити подарунок. Він вклав 250 мільйонів доларів у те, щоб побудувати цей телескоп. Єдина умова — щоб телескоп назвали його іменем. От 250 мільйонів доларів — це можливо для України? Таке навіть окремі країни Європи не можуть собі дозволити. Європейські країни об’єдналися на державному рівні і створили чудову обсерваторію в південній півкулі — у Чилі. Вона називається Європейська південна обсерваторія, там багато телескопів. У фінансуванні цієї обсерваторії беруть участь 16 країн. України серед них немає.

Щоб бути учасником таких проектів, треба вкладати гроші. Скажімо, Польща це зробила. Вона вкладала гроші у будівництво іншого великого, 11-метрового, телескопа у Південно-Африканській Республіці. Це було років 15 тому, коли Польща ще не була в Євросоюзі. І тепер польські астрономи мають частку свого часу, щоб проводити там спостереження.

Ми собі таке дозволити не можемо, тому нам допомагає міжнародна кооперація. Ми пропонуємо об’єкти, ідеї, а за допомогою західних партнерів можемо проводити спостереження.

І ще, де б ви хотіли, щоб цей телескоп стояв? Навіть якщо в Україні знайдуться ці гроші. Є поняття астроклімату. Для телескопа потрібні такі місця на Землі, де найкращі зображення зір, найбільша кількість прозорих ночей. В Україні цього немає. У Чилі, Південній Африці, у західній частині Сполучених Штатів це є. У Радянському Союзі це була Середня Азія. Скажімо, шестиметровий телескоп на Північному Кавказі стоїть у місці з поганим астрокліматом. Радянському Союзу треба було показати, що він має найбільший телескоп у світі. При цьому не кажуть, що цей телескоп (йдеться про БТА, російською — «Большой телескоп азимутальный», найбільший у світі з 1975 по 1993 рік. — Авт.) за своїми характеристиками приблизно такий, як двометровий телескоп у гарних астрокліматичних умовах. Треба обирати місця в горах, потрібні будівлі, інфраструктура. У нас це неможливо.

Тому я не бачу іншого шляху для астрономів України, ніж міжнародне партнерство, принаймні, у галузі, в якій працюю я. Науковці, які входять до такої кооперації, працюють нормально. Єдине, чого нам бракує, — державне фінансування науки, а воно зараз вкрай погане. Більше того, таке враження, що влада просто не дуже розуміє, що таке фундаментальна наука, така, як астрономія. В управлінців одразу виникає питання: яка від цього користь для економіки? Або як швидко можна отримати з цього гроші. А фундаментальна наука — це довгостроково. Вона не виробляє товару. Наш товар — це знання. Про Всесвіт, про все загалом і окремі об’єкти. Якщо це не підтримувати, то все просто зникне.

«У КИЄВІ СПОСТЕРІГАТИ ВНОЧІ МАЙЖЕ НЕМОЖЛИВО»

— Які дослідження можна проводити в Україні?

— Астрономія має багато напрямів досліджень. Навіть на Північному Кавказі, де колись була наша обсерваторія з двометровим телескопом (ідеться про обсерваторію Пік Терскол. — Авт.), можна виконувати корисні завдання. Взагалі зараз усі телескопи, які мають діаметр менший, ніж чотири метри, вважаються малими. До того ж наш телескоп на Північному Кавказі стоїть на висоті три кілометри, там дуже важкі умови взимку — окрім як по пояс у снігу, до нього не дійдеш. Але там можна спостерігати відносно яскраві об’єкти та отримувати нову наукову інформацію.

У ГАО стоїть сонячний телескоп АЦУ-5, нещодавно його знову ввели в експлуатацію після реконструкції. Там проводять моніторинги. Кожного дня ведуть спостереження, а з часом аналізуватимуть, які відбуваються зміни на Сонці. Це довгострокове завдання.

Найбільший наш телескоп у Києві має діаметр 70 сантиметрів. Він побудований десь у 1960 — 1970-х роках. Ще у нас стоїть німецький телескоп, який вже не працює, — він призначений для астрометричних досліджень, тобто для вимірювання координат. У Німеччині його побудували ще до Другої світової війни. В Україні він опинився за репарацією. Взагалі в Києві спостерігати вночі вже майже неможливо — велике місто, яке світить, і телескопів мало. І фінансування на обладнання відсутнє. Навіть на опалення грошей немає.

— До речі, відсутність опалення, такі умови загалом не впливають на роботу техніки?

— Колись я з американським колегою проводив спостереження на двометровому телескопі в обсерваторії Кіт-Пік в Аризоні. Це було років 15 тому. Вже у той час цей телескоп вважався не дуже перспективним, і в обсерваторії зняли з нього оператора. Ми — спостерігачі, а це — людина, яка керує телескопом. Нам сказали, що якщо хочемо проводити спостереження, треба вчитися на оператора. Мій колега виконував роль астронома, а я навчився бути оператором. Тож знаю, що техніці навіть краще, коли прохолодно. Приймачі телескопа містяться у рідкому азоті (його точка кипіння становить 195,8 °C. — Авт.). Я як оператор не тільки керував телескопом, а заливав туди з посудини Дьюара рідкий азот.

Тож приймачі працюють при низьких температурах, для них температура у нашій обсерваторії — це нормально. От людям гірше.

«ПРОФЕСІЙНІ АСТРОНОМИ НЕ ЗАВЖДИ ЗНАЮТЬ СУЗІР’Я»

— Щодо спостережень за науковцями. Наскільки серйозний «відтік мізків» в українській науці?

— Звичайно, ми потерпаємо від цього. Серед старшого покоління є доволі непогані фахівці, але всі ми старіємо. Наша обсерваторія вважається однією з кращих в Україні. У нас працюють декілька астрономів з дуже високою цитованістю, але вони вже пенсійного віку.

Проблема у тому, що грошей не вистачає навіть на заробітну плату. Ми працюємо неповні робочі дні. Зараз наше фінансування на зарплату — на рівні 60 — 70%. Звичайно, молодим людям у цих умовах дуже непросто, особливо якщо у них сім’ї й вони не мають житла.

Найбільш талановита молодь намагається знайти якесь місце за кордоном і, як правило, вже не повертається. Або люди йдуть у бізнес, промисловість, банки — куди завгодно. Вони і там знайдуть роботу, бо можуть багато чого.

Треба, щоб у науку йшла молодь. Інакше через п’ять — десять років наука зникне. Старше покоління з часом відійде, а молодь треба виховувати, піднімати її рівень. Без старшого покоління цього не зробиш. Тож змінювати ситуацію треба зараз, негайно. А для цього потрібні відповідні умови. Попри всі труднощі необхідно забезпечити науковців, молодь зокрема, гідною зарплатою.

До речі, я входжу до Наукового комітету Національної ради України з питань розвитку науки і технологій. Головна мета цього комітету — піднімати рівень науки у країні. Зробити це дуже важко. Треба починати з чогось, можливо, виділяти напрями досліджень, де можна отримати наукові результати високого рівня та які треба просувати у першу чергу. Не тільки, скажімо, оборону чи ядерну енергетику. Все це прикладні науки, а треба звертати увагу і на фундаментальну. Без неї з часом не буде і прикладної.

— Повернімося до зір. Олександр Довженко казав, що коли двоє дивляться вниз, один бачить калюжу, другий — зорі. Юрію Івановичу, коли ви дивитеся на небо, що бачите?

— Коли я був хлопчиком, дуже цікавився небом, знав його дуже гарно. Мене цікавило, яка будова зір, як вони еволюціонують, що таке галактики. Читав багато книжок і сам спостерігав зорі у невеличкий телескоп, який мені купили батьки. Але коли я став професійним астрономом, то перестав милуватися небом — немає часу. Я на нього майже не дивлюся. Хіба іноді, коли воно особливо гарне, коли видно Чумацький Шлях.

Сучасна астрономічна техніка така, що ви задаєте координати, і телескоп сам наводиться на об’єкт. Ви навіть не усвідомлюєте, в якому сузір’ї спостерігаєте. Професійному астроному не важливо знати небо у традиційному розумінні — назви сузір’їв, зір тощо. Я знав про галактику «I Zwicky 18» раніше, і лише через декілька років поцікавився, де вона знаходиться, — виявилось, у сузір’ї Великої Ведмедиці. А галактики SBS 0335-052 і J0811+4730 відповідно у маловідомих сузір’ях — Ерідана і Рисі. Але я особливо цим не цікавився, бо мені більш важливо знати, що являє собою галактика як об’єкт дослідження.