19 апреля скончался выдающийся астрофизик Богдан Пачинский. В Принстоне, где он жил и работал, были приспущены университетские флаги. В основанном им Астрономическом центре имени Коперника в Варшаве и в обсерватории Варшавского университета — объявлен траур.

Богдан Пачинский (Bohdan Paczyński) родился в 1940 году в Вильнюсе, учился в Варшаве, в 24 года защитил кандидатскую диссертацию по переменным звездам, еще через три года — докторскую. Этот стремительный взлет быстро сделал его астрофизиком мирового класса. Тем не менее, имя Пачинского не слишком известно широкой публике. Видимо, потому что не писал научно-популярных книг. Зато он писал программы и одним из первых стал активно применять численное моделирование в астрофизических исследованиях. С конца 1960-х он разрабатывал программы для моделирования внутреннего строения и эволюции звезд.

Компьютерные модели звездной эволюции

Звезда — это газовый шар, в котором силы гравитации уравновешиваются давлением. Строение звезды определяется тем, как в ее ядре вырабатывается ядерная энергия, и как она просачивается к поверхности. Эти процессы сильно зависят от химического состава, а он, в свою очередь меняется по мере того, как ядерные реакции превращают одни элементы в другие. Провести эти расчеты на медленных и громоздких ЭВМ 1960-х годов было нелегким делом. Но программы Пачинского оказались настолько удачными, что фактически используются до сих пор. Конечно, они неоднократно модифицировались с учетом новых данных по атомной физике, но все равно использование программного кода на протяжении более чем сорока лет — это своего рода рекорд.

Благодаря этим работам Пачинский в возрасте 36 лет становится самым молодым членом-корреспондентом в истории Польской академии наук, а в 1982 году он переезжает работать в Принстонский университет, где возглавляет кафедру астрофизики имени Лаймана Спитцера (Lyman Spitzer). Но, пожалуй, наибольшую известность принесли Пачинскому две статьи, опубликованные в 1986 году. В первой высказывалась гипотеза о внегалактической природе космических гамма-всплесков. А во второй предлагался метод поиска темной материи, которую в те годы называли скрытой массой.

Гамма-всплески

Гамма-всплески были тогда совершенно непонятным явлением. Их обнаружили спутники, предназначенные для контроля за ядерными испытаниями, но почти сразу стало ясно, что эти источники находятся в космосе. Вот только на каком расстоянии? Интенсивность гамма-излучения была столь велика, что большинство астрофизиков старались поместить их поближе к Земле — в нашей Галактике или даже в окрестностях Солнечной системы — в противном случае энергетика всплесков получалась уж слишком большой. Пачинский не побоялся предположить, что источники гамма-всплесков находятся очень далеко — на космологических расстояниях, а по выделению энергии превосходят даже взрывы сверхновых. Эта гипотеза подтвердилась лишь в XXI веке, когда удалось зарегистрировать свечение источников гамма-всплесков в оптическом диапазоне. Для этого понадобилось создать быстродействующие телескопы-роботы, которые меньше чем за минуту наводятся на то место, где спутники зафиксировали гамма-всплеск.

В поисках темной материи

Темная материя — еще более загадочная астрофизическая сущность, чем гамма-всплески.

Принцип микролинзирования. Наблюдатель на Земле (observer) видит звезду источник (source) в тот момент, когда звезда-линза (lens) пересекает луч света, идущий от источника к наблюдателю. В момент пересечения луча звездой-линзой наблюдатель видит резкое увеличение блеска звезды-источника (в центре верхней части рисунка изображен момент наблюдения резкого возрастания свечения). В тот момент, когда луч света пересекает планета (planet) блеск вторично возрастает, хотя менее ярко. По этой вспышке можно зарегистрировать планету. Анимированное изображение.

Изучение динамики галактик убедительно показывает, что в них должно быть в несколько раз больше вещества, чем мы видим. Что оно собой представляет? Пока на это вопрос нет ответа. Одна из гипотез состояла в том, что это могут быть отбившиеся от звезд темные планеты-шатуны. Увидеть из невозможно, поскольку планеты светят лишь отраженным светом. Пачинский предложил выявлять их по эффекту гравитационного линзирования.

Линзой служит поле тяготения подобных невидимых объектов, которое согласно общей теории относительности едва заметно преломляет свет звезд. Проходя в точности между Землей и далекой звездой, такая планета-шатун на несколько часов или дней фокусирует и усиливает свет звезды. Рассчитав частоту таких явлений, Пачинский предложил внимательно следить за тысячами звезд в надежде заметить, как некоторые из них иногда вспыхивают из-за пролетающих перед ними невидимых гравитационных линз.

Прошло почти 20 лет, и такие наблюдения стали проводиться. Гипотеза о планетах-шатунах не подтвердилась. По-видимому, темная материя имеет иную природу. Но планеты-линзы все же были обнаружены! Это оказались не планеты-шатуны, а нормальные планеты, вращающиеся вокруг звезд. На сегодня по предсказанному Пачинским эффекту гравитационного линзирования открыто уже несколько экзопланет. И таких открытий должно стать много больше, если внимательно следить за колебаниями блеска сотен тысяч звезд.

Реконструкция. Планета, обнаруженная методом микролинзирования на расстоянии 17 тысяч световых лет от Земли в созвездии Стрельца. Звезда-источник находится на расстоянии 24 тысячи световых лет.

«Астрономия с малыми телескопами»

Именно организации наблюдений за колебаниями блеска звезд была посвящена последняя статья Пачинского «Астрономия с малыми телескопами», опубликованная в конце прошлого года. В ней он настаивает на создании обширной сети крошечных телескопов-роботов.

В телескоп диаметром всего 10 сантиметров (это даже по любительским меркам совсем немного) видны миллионы звезд. Вопрос лишь в том, чтобы поставить достаточное число таких инструментов, для ежедневного отслеживания блеска всех этих звезд. Причем телескопы надо разбросать по всей Земле — тогда мониторинг можно будет вести в разные часы суток и независимо от превратностей погоды.

С учетом невысокой стоимости инструментов и огромной территории России — это, похоже, одно из немногих направлений наблюдательной астрономии, где у нашей страны есть шанс стать мировым лидером. Вот только никаких шагов в этом направлении пока не предпринимается.

Такая наблюдательная сеть сможет искать не только экзопланеты, но также опасно сближающиеся с Землей астероиды, открывать сверхновые и регистрировать оптическое свечение гамма-всплесков еще до того, как спутники заметят рост жесткого излучения. А еще можно будет собрать огромный массив информации по вариациям блеска переменных звезд.

Символично, что именно с изучения переменных звезд началась в Варшаве научная деятельность Богдана Пачинского. Этой же темой, но на совершенно другом уровне она и завершилась.

Выдающийся астрофизик — Богдан Пачинский

За свою карьеру Богдан Пачинский опубликовал более 700 статей, среди которых 12 публикаций в самом престижном научном журнале «Nature» (причем единоличных, без соавторов — подобным может похвастать не каждый нобелевский лауреат). Еще один интересный факт: статья Пачинского (с двумя американскими соавторами) стала в апреле 1992 года самой первой публикацией в знаменитом электронном архиве астрономических препринтов, которым сегодня пользуются все без исключения астрофизики.

Богдан Пачинский является обладателем пяти научных медалей, в его честь назван астероид 11755 Paczynski. В 1960-х годах, когда он начинал работать, физика звезд сводилась к нескольким десяткам довольно общих и часто приближенных уравнений. Теперь это один из самых точных и надежных разделов астрофизики, который лежит в основе многих других астрономических изысканий. И это во многом заслуга Богдана Пачинского.