«Мне важно, что представляет собой галактика»

Почти весь гелий образовался в первые несколько минут существования Вселенной. Беседа с астрофизиком Юрием Изотовым продолжалась значительно дольше и могла продолжаться еще много времени, ведь его исследования, во всех смыслах, космических масштабов.

Осенью украинцы массово удивлялись новости, что в Соединенных Штатах ученые нашли уникальную галактику с чрезвычайно низким содержанием химических элементов. Возглавлял международную группу ученых украинский астрофизик Юрий Изотов — доктор физико-математических наук, академик НАН Украины, заведующий отделом физики звезд и галактик Главной астрономической обсерватории НАН Украины.

Встречи с ученым мы ждали почти два месяца. В силу разных обстоятельств она откладывалась, а когда мы наконец договорились на конкретную дату, Киев замело, поэтому пришлось подождать еще несколько дней. В конце концов, мы добрались до обсерватории, расположенной в Голосеевском лесу. Заснеженные деревья, им в тон белые домики ГАО — красота. В здании тоже красиво, каждый этаж украшен витражами с космическими сюжетами, рыбами и казаками. Но холодно, потому что с отоплением большие проблемы. Вопреки этим невеселым обстоятельствам в своем кабинете Юрий Изотов проводит, например, наблюдения с телескопа в Нью-Мексико, США — современные технологии позволяют делать это удаленно, через интернет.

Индекс цитируемости работ Юрия Ивановича является одним из лучших среди ученых Украины и соответствует высокому международному уровню. Сам ученый не только проводит удивительные исследования, но и умеет объяснять их суть людям, как мы, далеким от астрофизики. Поэтому логично, что редакция решила отметить его Короной «Дня» — собственно, за открытие новых миров. Это и стало основной темой нашего разговора. Также мы беседовали с Юрием Изотовым об огромных открытиях, которые дают исследования карликовых галактик, о том, почему в Украине нет смысла строить сверхмощные телескопы, но увеличивать финансирование науки необходимо, и еще — о звездах без телескопа.

ЛУЧШИЙ АНАЛОГ ПЕРВИЧНЫХ ГАЛАКТИК

— Юрий Иванович, самое известное ваше достижение в этом году — открытие галактики J0811+4730 вместе с Наталией Гусевой, коллегой из ГАО, и американскими учеными. Читала, что благодаря этому можно исследовать возникновение других галактик. Как это происходит?

— Мы занимаемся карликовыми галактиками с активным звездообразованием. Объясню, почему это важно. Сейчас возраст Вселенной — 13,7 миллиардов лет. Известно, что галактики начали образовываться во Вселенной, когда ее возраст составлял несколько сотен миллионов лет. Согласно современным теориям, эти галактики были маленькими, в них проходило бурное звездообразование с формированием большого количества массивных звезд. Они играли значительную роль в эволюции Вселенной. Во-первых, это были первые объекты во Вселенной, где начали образовываться химические элементы тяжелее гелия. Вот водород образовался в первые моменты существования Вселенной. Когда возраст Вселенной составлял три-пять минут, образовался почти весь гелий, который сейчас нас окружает. Все другие элементы образовались в звездах. А звезды могли образовываться только в галактиках.

Звезды в первичных галактиках вырабатывали много энергии, в частности в ультрафиолетовом диапазоне. Но эти галактики находятся очень далеко от нас, их светность невелика. Даже с помощью мощнейших телескопов наблюдать их почти невозможно.

Мы пошли другим путем, пытались найти подобные галактики значительно ближе к нам. Скажем, галактика J0811+4730 находится на расстоянии 600 миллионов световых лет. То есть мы видим ее такой, какой она была 600 миллионов лет назад. Это уже, так сказать, ближняя Вселенная. Не исключено, что эта галактика молодая, но много подобных галактик образовалось после первых нескольких сотен миллионов лет от появления Вселенной. Поскольку эта галактика находится значительно ближе к нам, ее можно изучить подробнее: получить ее интегральные характеристики, светность, массу, спектр, определить химический состав вещества в ней и т.п. И вот содержание химических элементов оказалось очень низким. Ниже, чем во всех галактиках, известных до этого времени. Это то, что ожидается от первичных галактик.

Исследовать эту галактику можно только с помощью больших телескопов. Если определим свойства этой галактики, сможем сказать, какие приблизительно свойства имели первичные галактики, которые образовались очень давно. Но даже J0811+4730 все-таки очень слабая, хотя и значительно ярче первичных. Мы наблюдали ее с помощью американского телескопа, который называется Large Binocular Telescope, то есть «Большой бинокулярный телескоп». Он, как бинокль, состоит из двух зеркал. Диаметр каждого составляет 8,4 метра, это эквивалентно наблюдению на телескопе с диаметром зеркала 12 метров. В начале года мы выбрали эту галактику как хорошего кандидата для исследований и наблюдали за ней на телескопе LBT три часа. Чтобы определить содержание химических элементов, мы исследуем межзвездную среду. Это ионизированный газ, где светятся эмиссионные линии разных элементов.

Полученные результаты исследований J0811+4730 делают ее лучшим кандидатом в аналоги первичных галактик. В последующем нужно изучать ее более подробно, чтобы доказать, что она молодая.

«I ZWICKY 18» ИМЕЕТ ДО ДЕСЯТКА ИМЕН»    

— Как галактики получают свои названия?

— Например, одну из самых известных карликовых галактик  «I Zwicky 18» открыл выдающийся астрофизик Фриц Цвики. Он был швейцарцем по происхождению, почти все время работал в Соединенных Штатах Америки. Это были 1930-1960-е годы. Главной его задачей был поиск галактик, он составлял их каталоги. Среди многих других галактик он выделил эту. «І» — потому что это первый каталог, «Zwicky» — это его фамилия, и в этом каталоге она идет под номером 18. Описание этой галактики он сделал где-то в 1966 году. Тогда не было известно, что эта галактика выделяется чем-то особенным, астрономическая техника была не такой мощной. В 1970 году американские астрономы Серл и Сарджент определили приблизительный химический состав этой галактики, который мы и другие исследователи потом уточняли и в конечном итоге обнаружили, что эта галактика имеет очень низкое содержание химических элементов.

— Кстати, J0811+4730 — не первая галактика, уникальные свойства которой вы открыли. Как проходили такие исследования раньше?

— Когда я начал работать как астроном, в Специальной астрофизической обсерватории Академии наук СССР мы занялись исследованием галактик из так называемого Второго Бюраканского обзора.

Между прочим, «I Zwicky 18» входит в Первый Бюраканский обзор. Выдающийся армянский астроном Бениамин Маркарян тоже нашел и описал эту галактику, у него она имеет название «Маркарян 119». Поэтому у галактик может быть несколько имен. У «I Zwicky 18», по данным разных каталогов, их до десятка, а то и больше.

Так вот, мы занялись Вторым Бюраканским обзором и в середине 1980-х нашли один объект и провели его наблюдение на 6-метровом телескопе на Северном Кавказе. Обнаружили, что содержание химических элементов в этой галактике еще меньше, чем в «I Zwicky 18». Мы опубликовали это в 1990 году в журнале Nature, это была наша первая галактика с рекордно низким содержанием химических элементов.

Потом мы находили много других галактик, но ни одна из них не имела такого низкого содержания химических элементов, как эта. Название ее SBS 0335-052. Цифры — это координаты объекта, а SBS означает «Second Byurakan Survey», то есть «Второй Бюраканский обзор».

Мы постоянно искали такие галактики, но это редкие объекты. Скажем, с химическим составом, который приближается к «I Zwicky 18» и SBS 0335-052, мы нашли около 20 среди многих миллионов галактик, и это около двух третей того, что известно в мире.

Наконец, в этом году мы открыли J0811+4730, которая стала новым рекордсменом. Ее имя, вероятно, ни о чем не скажет. Цифры — это координаты, «J» указывает на эпоху, то, что это координаты для 2000 года. Потому что земная ось смещается, это называется прецессией, и система координат меняется. Поэтому, когда указываете координаты, нужно отмечать, для какой это эпохи. Сейчас имеет смысл использовать координаты для эпохи 2000 года. Думаю, в следующий раз их пересмотрят в 2050 году. Но телескоп сам вычисляет, какие координаты должны быть в настоящий момент.

КАК ЗВЕЗДЫ ИОНИЗИРУЮТ ВСЕЛЕННУЮ

— Вы руководили группой ученых, которая в прошлом году доказала причины реионизации Вселенной. Как понятно, это значит, что благодаря жесткому ультрафиолетовому излучению вещество Вселенной из нейтрального снова становится ионизированным, как в начале развития...

— Мы проводили наблюдения на космическом телескопе Хаббла в 2015 году, и они продолжаются. Даже сейчас на этом телескопе ведутся наблюдения по нашим программам, например, 19 и 22 декабря. Потом — еще. По этой программе в этом году мы уже проспостерігали четыре галактики, до конца года остались еще две. В настоящий момент мы получили более весомые результаты по сравнению с 2015 годом.

Попробую схематически объяснить, как эволюционировала наша Вселенная. Сначала она была очень компактной, там не было ничего, кроме вакуума. По каким-то причинам Вселенная начала расширяться и в ней начали образовываться частицы вещества. Когда ее возраст составлял около 300 тысяч лет, наступила так называемая стадия рекомбинации — при расширении вещество стало не таким плотным и излучение перестало взаимодействовать с ним. Это привело к тому, что все вещество из ионизированного состояния, из состояния плазмы, перешло в нейтральное состояние. То есть все свободные электроны в пространстве объединились с ядрами атомов. Потом наступила так называемая эпоха темных веков, которая длилась до периода, когда возраст Вселенной составлял 300 миллионов лет. За это время сформировались условия для образования первых галактик. Эпоха формирования первичных галактик длилась приблизительно до одного миллиарда лет. С образованием первых галактик все вещество во Вселенной снова перешло в состояние плазмы. За счет чего? В первую очередь — из-за жесткого ультрафиолетового излучения массивных звезд. Известно, что там были массивные звезды. Но до этого времени мы не знали, выходит ли это излучение за пределы галактик, чтобы ионизировать Вселенную. Потому что галактика окружена плотной оболочкой из нейтрального газа. Возникает вопрос, может ли излучение звезд пройти эту нейтральную оболочку и ионизировать разреженный газ между галактиками?

Мы нашли более близкие галактики и начали наблюдать диапазон спектра, который отвечает за ультрафиолетовое излучение, которое может ионизировать нейтральный газ. Это излучение имеет длину волны короче 900 Ангстрем. Это очень короткие длины волн. Для сравнения наша атмосфера не пропускает ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 3000 Ангстрем.

Задачу мы поставили очень сложную. Во-первых, нужно было найти объекты для наблюдения. Потом нужно было выбрать из них те, которые имеют определенную скорость отдаления от нас. Ведь все галактики разбегаются в результате расширения Вселенной, расстояние между ними постоянно увеличивается. И если галактика от вас отдаляется, из-за эффекта Допплера излучение, которое вы принимаете от галактики, имеет большую длину волны, чем та, которую оно имело, когда вышло из галактики. Поэтому нужно было выбрать такие галактики, где бы, с учетом этого смещения, мы могли наблюдать этот ультрафиолетовый диапазон, который ионизирует Вселенную, и в том участке спектра, к которому чувствителен телескоп Хаббла.  Мы высчитали, что это соответствует расстоянию до галактики в пять миллиардов световых лет.

Следовательно, нашей задачей было посмотреть, выходит ли это ультрафиолетовое излучение из галактики. До этого времени мы пронаблюдали девять объектов, и во всех излучение выходит за пределы галактики.  То есть впервые наблюдательным путем было доказано, что жесткое ультрафиолетовое излучение может выходить за пределы галактик.

Но возникает вопрос, достаточно ли его, чтобы ионизировать Вселенную. В прошлом году мы нашли галактики, где выходит около 10% излучения. В этом году нашли галактику, где за ее пределы выходит свыше 50% ионизирующего излучения. В настоящий момент можно сказать почти точно, что этого было достаточно, чтобы ионизировать Вселенную, когда ее возраст был менее одного миллиарда лет.

Эти исследования мы уже опубликовали. Галактику, за пределы которой выходит свыше 50% ионизирующего излучения, мы наблюдали летом. А в декабре прошли наблюдения еще четырех объектов, и в трех из них количество ионизирующего излучения, которое выходит из галактики, превышает и этот показатель. Это дает основание считать, что эта проблема, над которой много лет работали ученые в мире, решена.

О КЛИМАТЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕЛЕСКОПОВ

— Украинская наука хронически не финансируется. В этом контексте, какую роль играют проекты с зарубежными учеными?

— Сейчас астрономия — наука коллективная. Очень хорошо, если определенные исследования проводятся в кооперации с зарубежными астрономами. Мы много сотрудничаем с США, со странами Западной Европы. Скажем, с программой на космическом телескопе Хаббла, где я являюсь главным исполнителем, работают Наталия Гусева из ГАО и представители Швейцарии, Чехии, Германии, Соединенных Штатов Америки. А мы являемся авторами этого проекта.

Техника, чтобы исследовать такие слабые объекты, которыми интересуюсь я, настолько сложная и дорогая, что для Украины иметь ее невозможно. Вообще. И никогда не будет возможно. По крайней мере, ту, которая работает в ультрафиолетовом диапазоне. Государственного бюджета на это не хватит. Телескоп Хаббла стоит несколько миллиардов долларов. Главным образом это деньги из США, причем из государственного бюджета.

Что касается наземных телескопов. Есть телескоп Кека на Гавайях, он стоит на высоте четыре с лишним километра. Этот телескоп построен на частные спонсорские средства. Один богатый предприниматель по фамилии Кек предложил астрономам в Калифорнии сделать подарок. Он вложил 250 миллионов долларов в то, чтобы построить этот телескоп. Единственное условие — чтобы телескоп был назван его именем. Вот 250 миллионов долларов — это возможно для Украины? Такое даже отдельные страны Европы не могут себе позволить. Европейские страны объединились на государственном уровне и создали замечательную обсерваторию в Южном полушарии, в Чили. Она называется Европейская южная обсерватория, там стоит много телескопов. В финансировании этой обсерватории принимают участие 16 стран. Украины среди них нет.

Чтобы быть участником таких проектов, нужно вкладывать деньги. Скажем, Польша это сделала. Она вкладывала деньги в строительство другого большого, 11-метрового, телескопа в Южноафриканской Республике. Это было лет 15 назад, когда Польша еще не была в Евросоюзе. И теперь польские астрономы имеют часть своего времени, чтобы проводить там наблюдения.

Мы себе такое позволить не можем, поэтому нам помогает международная кооперация. Мы предлагаем объекты, идеи, а с помощью западных партнеров можем проводить наблюдения.

И еще, где бы вы хотели, чтобы этот телескоп стоял? Даже если в Украине найдутся эти деньги. Есть понятие астроклимата. Для телескопа нужны такие места на Земле, где наилучшие изображения звезд, наибольшее количество прозрачных ночей. В Украине этого нет. В Чили, Южной Африке, в западной части Соединенных Штатов это есть. В Советском Союзе это была Средняя Азия. Скажем, 6-метровый телескоп на Северном Кавказе стоит в месте с плохим астроклиматом. Советскому Союзу нужно было показать, что он имеет самый большой телескоп в мире и т.п. При этом не говорят, что этот телескоп (речь идет о БТА — Большом телескопе азимутальном, самом большом в мире с 1975 по 1993 год. — Авт.) по своим характеристикам приблизительно такой, как двухметровый телескоп в хороших астроклиматических условиях. Нужно выбирать места в горах, нужны здания, инфраструктура. У нас это невозможно.

Поэтому я не вижу иного пути для астрономов Украины, помимо международного партнерства, по крайней мере, в области, в которой работаю я. Ученые, которые входят в такую кооперацию, работают нормально. Единственное, чего нам не хватает, — государство финансирует науку очень плохо. Более того, такое впечатление, что власть просто не очень понимает, что такое фундаментальная наука, такая, как астрономия. У управленцев сразу возникает вопрос, какая от этого польза для экономики. Или как быстро можно получить из этого деньги. А фундаментальная наука — это долгосрочно. Она не производит товар. Наш товар — это знания. О Вселенной, о всей в целом и об отдельных объектах. Если это не будет поддерживаться, то просто исчезнет.

«В КИЕВЕ НАБЛЮДАТЬ НОЧЬЮ ПОЧТИ НЕВОЗМОЖНО»

— Какие исследования можно проводить в Украине?

— Астрономия имеет много направлений исследований. Даже на Северном Кавказе, где когда-то была наша обсерватория с двухметровым телескопом (речь идет об обсерватории Пик Терскол.      — Авт.), можно выполнять полезные задачи. Вообще, сейчас все телескопы, которые имеют диаметр менее четырех метров, считаются малыми. К тому же, наш телескоп на Северном Кавказе стоит на высоте трех километров, там очень тяжелые условия зимой — кроме как по пояс в снегу к нему не дойдешь. Но там можно наблюдать относительно яркие объекты и получать новую научную информацию.

В ГАО стоит солнечный телескоп АЦУ-5, недавно его снова ввели в эксплуатацию после реконструкции. Там проводят мониторинги. Каждый день проводятся наблюдения, а со временем будут анализировать, какие происходят изменения на Солнце. Это долгосрочная задача.

Наибольший наш телескоп в Киеве имеет диаметр 70 сантиметров. Он построен где-то в 1960—1970-х годах. Еще у нас стоит немецкий телескоп, который уже не работает, — он предназначен для астрометрических исследований, то есть для измерения координат. В Германии его построили еще до Второй мировой войны. В Украине он оказался по репарации. Вообще, в Киеве наблюдать ночью уже почти невозможно — большой город, который светит, и телескопов мало. И финансирования  нет на оборудование. Даже на отопление денег нет.

— Кстати, отсутствие отопления, такие условия в целом не влияют на работу техники?

— Когда-то я с американским коллегой проводил наблюдения на двухметровом телескопе в обсерватории Кит-Пик в Аризоне. Это было лет 15 назад. Уже в то время этот телескоп считался не очень перспективным, и в обсерватории сняли с него оператора. Мы — наблюдатели, а это — человек, который управляет телескопом. Нам сказали, что если хотим проводить наблюдения, нужно учиться на оператора. Мой коллега исполнял роль астронома, а я научился быть оператором. Поэтому знаю, что технике даже лучше, когда прохладно. Приемники телескопа находятся в жидком азоте (его точка кипения составляет –195,8 °C. — Авт.). Я как оператор не только руководил телескопом, а заливал туда из сосуда Дьюара жидкий азот.

Поэтому приемники работают при низких температурах, для них температура в нашей обсерватории — это ничего. Вот людям хуже.

«ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ АСТРОНОМЫ НЕ ВСЕГДА ЗНАЮТ СОЗВЕЗДИЯ»

— Что касается наблюдений за учеными, насколько серьезный «отток мозгов» наблюдается в украинской науке?

— Конечно, мы страдаем от этого. Среди старшего поколения есть довольно неплохие специалисты, но все мы стареем. Наша обсерватория считается одной из лучших в Украине. У нас работает несколько астрономов с очень высокой цитируемостью, но они уже пенсионного возраста.

Проблема в том, что денег не хватает даже на заработную плату. Мы работаем неполные рабочие дни. Сейчас наше финансирование на зарплату на уровне 60—70%. Конечно, молодым людям в этих условиях очень непросто, особенно если они имеют семьи и не имеют жилья.

Наиболее талантливая молодежь пытается найти какое-то место за рубежом и, как правило, уже не возвращается. Или люди идут в бизнес, промышленность, банки — куда угодно. Они и там найдут работу, потому что могут много чего.

Нужно, чтобы в науку шла молодежь. Иначе через пять-десять лет наука исчезнет. Старшее поколение со временем отойдет, а молодежь нужно воспитывать, поднимать ее уровень. Без старшего поколения этого не сделаешь. Поэтому менять ситуацию нужно сегодня, немедленно. А для этого нужны соответствующие условия. Несмотря на все трудности, необходимо обеспечить ученых, молодежь в частности, достойной зарплатой.

Кстати, я вхожу в Научный комитет Национального совета Украины по вопросам развития науки и технологий. Главная цель этого комитета — поднимать уровень науки в стране. Сделать это очень трудно. Нужно начинать с чего-то, возможно, выделять направления исследований, где можно получить научные результаты высокого уровня и которые нужно продвигать в первую очередь. Не только, скажем, оборону или ядерную энергетику. Все это прикладные науки, а нужно обращать внимание и на фундаментальную. Без нее со временем не будет и прикладной.

— Вернемся к звездам. Александр Довженко говорил, что когда двое смотрят вниз, один видит лужу, второй — звезды. Юрий Иванович, когда вы смотрите на небо, что видите?

— Когда я был мальчиком, очень интересовался небом, знал его очень хорошо. Меня интересовало строение звезд, как они эволюционируют, что такое галактики. Читал много книг и сам наблюдал звезды в небольшой телескоп, который мне купили родители. Но когда я стал профессиональным астрономом, то перестал любоваться небом — нет времени. Я на него почти не смотрю. Разве что иногда, когда оно особенно красиво, когда виден Млечный Путь.

Современная астрономическая техника такова, что вы задаете координаты, и телескоп сам наводится на объект. Вы даже не осознаете, в каком созвездии наблюдаете. Профессиональному астроному не важно знать небо в традиционном понимании — названия созвездий, звезд и т.п. Я знал о галактике «I Zwicky 18» раньше, и только через несколько лет поинтересовался, где она находится, — оказалось, в созвездии Большой Медведицы. А галактики SBS 0335-052 и J0811+4730 соответственно в малоизвестных созвездиях — Эридана и Рыси. Но я особо этим не интересовался, потому что мне важнее знать, что являет собой галактика как объект исследования.