В конце августа Иркутск посетил ученый из Института ядерной физики СО РАН Александр Касатов. В научной библиотеке ИГУ он представил доклад об эволюции звезд в рамках лектория от российского общества “Знание”, а после дал небольшое интервью редактору “Иркутск Сегодня”. Он рассказал о звездах, об их рождении, жизни и смерти, о том, что бывает после звезд, а также поделился с нами своими мыслями о нынешнем положении науки в России и в мире, надеждами на спасение науки, мечтами об открытиях и надеждами о полетах к других звездам и на другие планеты. Мы пойдем в том же порядке – от дальних звезд до наших мечт.
ЗВЕЗДНАЯ ЖИЗНЬ
Как формируются звезды? Они рождаются из облаков газа и пыли, и часто не по одной, а группами. Предпосылками для этого может послужить, например, столкновение двух облаков, прохождение облака через плотный рукав спиральной галактики, или близкая вспышка сверхновой звезды, создающая ударную волну. Из-за таких событий в молекулярном облаке появляются уплотнения-неоднородности и они начинают сжиматься под действием собственной гравитации, сгустки становятся непрозрачными для собственного излучения и превращаются в протозвезды. И если массы в звезде достаточно много, то в ней начинаются термоядерные реакции, и она переходит в самую долгую фазу своей жизни. С одной стороны гравитация пытается стянуть звезду, с другой – давление плазмы и фотонного газа не позволяет ей это сделать. Под действием этих сил звезда приобретает стабильные размеры, которые могут не меняться миллиарды лет, пока идет горение водорода. Кроме того, у протозвезды ещё может остаться протопланетный диск, состоящий из вещества, которое не аккрецировало на звезду; он впоследствии может эволюционировать в планетную систему.
Если массы протозвезды не хватило для начала устойчивой реакции слияния водорода, то она превращается в коричневого карлика.
Какими бывают звезды? Напомним, что во вселенной на данный момент известны звезды классов от А до М в зависимости от их температуры, где О – самые горячие и М – самые холодные — O, B, A, F, G, K, M, классы еще могут делиться на подклассы. На этом изображении Александр Касатов показывает, какие звезды мы можем наблюдать.
А это диаграмма Герцшпрунга – Рассела с двумя осями – температуры и светимости звезды. 
На изображении есть некая главная визуальная линия, на которой располагаются большинство звезд – от самых ярких до самых тусклых. Красные гиганты в верхней правой части диаграммы — звезды поздних спектральных классов с относительной высокой светимостью — то, во что превращаются звезды главной последовательности ближе к концу жизни. Белые карлики в нижней левой части — то, что остаётся от красных гигантов после окончания их жизни. Остальные звезды находятся на главной последовательности, в которой они и проводят большую часть своей жизни. Как видно, Солнце примерно в середине этой диаграммы, что говорит в том числе о том, что наша Звезда проходит основной цикл жизни, скажем – находится в самом рассвете своих сил.
Как и любое живое существо, звезда рождается, живет и умирает. А что в конце?
Смерть звезды может оказаться ярче ее жизни, однако этот свет может не продлиться миллиардов лет, и даже миллионов. Для начала отметим, что длительность жизни для звезды определяет ее масса, например, маленькие красные холодные звезды могут жить очень долго, медленно сжигая водород, а массивные сверхгиганты голубого цвета сходят с главной последовательности очень быстро.
В любом случае звезда живет, пока сжигает водород, когда он сгорел, звезда начинает сжиматься (напомним, сжатие остановилось во время формирования звезды за счет ядерных реакций). Под конец жизни снова начинается сжатие, и внутри звезды начинает гореть гелий, а внешние слои звезды наоборот расширяются, и звезда уходит с главной последовательности в фазу жизни, например, красного гиганта. Конечный этап звездной эволюции – горение железа. Опять же если звезда массивная, то может очень сильно сжаться, если нет, то сжатие остановится раньше.
“Если вы мало массивная звезда, то сильно не сожметесь, и от таких звезд остается компактный остаток – белый карлик, а внешние оболочки разлетаются, образуя планетарные туманности. Это ждет и нашу звезду по имени Солнце.
Если вы массивная звезда, и превышаете предел Чандрасекара, то вы станете нейтронной звездой (Верхний предел массы, при котором звезда может существовать как белый карлик, лежит в диапазоне 1,38 до 1,44 солнечных масс. Если масса звезды превышает этот предел, то она становится нейтронной звездой!).
Если вы очень массивная звезда, и превышаете предел Оппенгеймера – Волкова, то массивным остатком будет черная дыра (Предел Оппенгеймера – Волкова – верхний предел массы нейтронной звезды)”.
И ЖИЗНЬ ЗЕМНАЯ
А пока на земле ученые ждут строительства термоядерного реактора для получения энергии и запуска новых телескопов, с помощью которых смогут заглянуть вглубь вселенной. В частности, Александр Касатов рассказал, что очень надеется на открытие жизни на других планетах.
“Вообще человечество просто обязано выбираться в космос, найти другие планеты, подходящие для жизни, узнать, а насколько вообще уникальна наша жизнь. А пока делать лучше нашу жизнь здесь, на Земле. И поможет тут наука”.
Он надеется, что в ближайшие десятилетия ученые построят работающий термоядерный реактор, что трансформирует всю мировую энергетику.
ИТЭР
“Мы сможем получать энергию из дейтерия, которого очень много в морской воде. Ученые уже представляют, как создать реактор, но сдерживают процесс инженерные проблемы. Однако я уже могу предположить, что первой страной, которая построит такой реактор, станет Китай. У них уже сейчас работает полностью сверхпроводящий токамак EAST и ведется разработка CFETR. А мир пока работает над проектом “ITER”. Международная коллаборация ученых строит International Thermonuclear Experimental Reactor”.
Его строят в исследовательском центре Кадараш на юге Франции. И летом прошлого года на объекте уже начали сборку непосредственно реактора из компонентов. В этом проекте участвуют Россия, в том числе ИЯФ СО РАН, где работает Александр Касатов, а также Китай, Индия, США, Япония, Казахстан, Республика Корея и страны Европейского союза. К слову, инициатором проекта был СССР.
Полученные экспериментальным путем данные будут доступны всему миру. Сам Итэр производить электричество пока не будет. Его важнейшая цель – показать возможность генерации энергии термоядерным реактором, обеспечить управляемое производство “горящей плазмы”. Это только начальная версия реактора. И если эксперименты на нем пройдут успешно, то следующим этапом станет демо-версия термоядерного реактора, а потом и сами реакторы. По словам Александра Касатова, они могут появиться в течение ближайших 50 лет. Они будут более безопасными, чем ядерные. Топливом для токамака ITER служит смесь изотопов водорода — дейтерия и трития. В камерах токамака топливо должно нагреваться и превращаться в плазму, а плазма уже будет отдавать энергию.
В ОЖИДАНИИ НОВЫХ ОТКРЫТИЙ
В ближайшее время также ожидается запуск современного космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Это будет орбитальная инфракрасная обсерватория, которая предположительно заменит космический телескоп «Хаббл». Как рассказал известный ученый Сергей Язев, планируется, что он полетит в космос уже этой осенью. Диаметр зеркала этого телескопа составляет 6,5 метров. Для сравнения – в России 6 метров – это диаметр самого большого наземного телескопа. Телескоп будет размещён на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля. Если запуск состоится этой осенью, то научные исследования с помощью телескопа начнутся в 2022 году.
Александр Касатов отметил, что это самое ожидаемое событие этого года.
“Это самое волнующее событие. Мы сможет увидеть свет самых первых звезд, вероятно, узнать, как формировались и развивались галактики. Так что это будет не просто телескоп, а машина времени”.
Возможно, вскоре нам приоткроются такие тайны вселенной, которых мы и представить не могли. Ученые отмечают, что это не исключено, ведь еще 30 лет назад, до вывода на орбиту телескопа “Хаббл” мы не знали о наличии в мире огромного количества экзопланет.
“Возможно, мы лучше узнаем, что такое такое темная материя и темная энергия. И может быть, даже получим информацию о кривизне нашего пространства. Сможем открыть состояние вещества в момент последнего рассеяния, прояснить возникновение крупномасштабной структуры Вселенной”.
Что касается науки в России, то ее, по мнению Александра Касатова, нужно спасать. Одна из основных проблем – “утечка мозгов”. Нет специалистов, нет хороших управленцев, которые могли бы вывести нашу науку на новый уровень. И вторая проблема – недофинансирование. Ученый отмечает, что по многим вопросам наша страна отстает. Подтверждает это и Сергей Язев. По миру строятся такие объекты, о которых мы можем только мечтать – тот же Джеймс Уэбб или, к примеру LSST в Чили. Это будет широкоугольный обзорный телескоп-рефлектор, предназначенный для съёмки доступной области неба по ночам. Планируется, что он начнет работать в октябре 2022 года. Или ELT – еще один строящийся телескоп в Чили. Он сможет заглянуть в прошлое вселенной, увидеть ранние галактики, образовавшиеся после Большого взрыва.
“Иркутск Сегодня”
Сообщение Ученый из Сибири: от дальних звезд до наших мечт появились сначала на Иркутск Сегодня.
