1 марта
исполняется 80 лет одному из лидеров мировой астрофизики, академику Рашиду
Алиевичу Сюняеву.
Работы Р.А.
Сюняева охватывают широкий круг астрофизических проблем – от физики
элементарных процессов в космических объектах до физической космологии и
астрофизики высоких энергий. С его именем связан ряд фундаментальных
результатов, вошедших в учебники и университетские курсы по теоретической
астрофизике и космологии во всем мире. Среди них — тепловой и кинематический
эффекты Сюняева-Зельдовича, «акустические пики» в спектре мощности угловых
флуктуаций реликтового излучения и «барионные акустические осцилляции», формула
Сюняева-Титарчука комптонизационного спектра, стандартная теория дисковой
аккреции Шакуры-Сюняева.
С именем Р.А. Сюняева
связано становление рентгеновской астрономии в стране и успех советских и
российских орбитальных обсерваторий астрофизики высоких энергий с широким
международным участием — обсерватории РЕНТГЕН на модуле КВАНТ комплекса
космической станции МИР и на высокоапогейном спутнике ГРАНАТ. Р.А.Сюняев
осуществлял научное руководство отбором и разработкой аппаратуры для этих
обсерваторий, выбором параметров их орбит и определением их программ
наблюдений. Он является научным руководителем с Российской стороны ныне
действующих международной орбитальной обсерватории гамма-лучей ИНТЕГРАЛ и
рентгеновской орбитальной обсерватории СПЕКТР-РГ (СРГ). Все эти четыре
Орбитальных Обсерватории были запущены ракетами ПРОТОН с космодрома Байконур
(ныне Казахстан). В 1982 году Р.А. Сюняев создал Отдел Астрофизики Высоких
Энергий ИКИ РАН и много лет руководил им, а ныне является его научным
руководителем.
Рашид Алиевич Сюняев родился
1
марта 1943 года в г. Ташкенте, Узбекистан, в семье
уроженцев Пензенской губернии — инженера-строителя Али Сюняева и фармацевта
Саиды Кильдеевой. По рассказам Р.А. Сюняева его отец из-за происхождения и ссылки семьи не мог получить образование
по интересовавшим его специальностям, но всю жизнь занимался самообразованием и
был человеком с энциклопедическими знаниями. Тесное общение с отцом сильно
влиялo на сына-школьника и привило тягу к
книгам, а затем и к желанию заниматься наукой.
Весной 1960 года Рашид Сюняев занял
первое место на Математической Олимпиаде четырех республик Средней Азии (ныне
Узбекистан, Киргизстан, Таджикистан. Туркменистан) и Казахстана. В том же году
он окончил школу с медалью и выдержал вступительные экзамены в Московский
Физико-Технический Институт. С сентября 1963 года и до марта 1965 года Р.А. Сюняев
проходил практику и слушал лекции по физике элементарных частиц в ИТЭФ
(Институте Теоретической и Экспериментальной Физики). В 1966 году он окончил с
отличием МФТИ. Руководителем его преддипломной практики, дипломной работы, а
затем и в аспирантуре МФТИ был один из крупнейших советских физиков-теоретиков,
Трижды Герой Социалистического Труда академик Я.Б. Зельдович. Встреча с Я.Б.
Зельдовичем в марте 1965 года была громадным везением для студента Р.А. Сюняева,
Яков Борисович был прекрасным научным руководителем. Их тесное научное
сотрудничество продолжалось до кончины Я.Б. Зельдовича в 1987 году.
В апреле 1968
года Р.А. Сюняев защитил в Государственном Астрономическом Институте при МГУ
кандидатскую, а в 1973 году — докторскую диссертации. С 1968 года Р.А. Сюняев
работал в Институте Прикладной Математики АН СССР в отделе астрофизики, которым
руководил Я.Б. Зельдович. Весной 1974 года академик Р.З. Сагдеев (ставший директором
Института Космических Исследований АН СССР) пригласил Я.Б. Зельдовича создать в
ИКИ АН СССР отдел теоретической астрофизики. Р.А. Сюняев был приглашен
возглавить сектор в этом отделе. С июня 1974 года (больше 48 лет) он работает в
ИКИ. В 1982 году Р.А. Сюняев создал и возглавил в ИКИ отдел Астрофизики высоких
энергий, который был ведущим по всем успешным советским и российским проектам в
области рентгеновской астрономии. С сентября 1995 г по март 2018 года Р.А. Сюняев
одновременно был одним из директоров Института Астрофизики Общества имени Макса
Планка в Гархинге, пригороде Мюнхена в Германии. В 1975-2001 гг. он профессор
Московского физико-технического института.
В 1984 году Р.А.
Сюняев был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, в 1992 году —
действительным членом РАН, в 2003 году — членом Национальной Академии Наук
Германии «Леопольдина». Он иностранный член Национальных академий наук США
(1991), Индии (INSA, 2021), Лондонского Королевского общества (2009),
Королевской aкадемии наук и искусств Нидерландов (2004) и Европейской Академии
(Academia Europaea, 1990), почетный член Академий наук Республик Татарстан
(1995) и Башкортостан (1994) и ряда других академий, иностранный член
Американских Астрономического, Физического и Философского Обществ, Королевского
Астрономического Общества Великобритании, член Международного Aстрономического
Союза, вице-президент Европейского астрономического общества (1990-1993),
вице-президент КОСПАР — Комитета по космическим исследованиям Международного
Совета по Науке (1988-1994).
Р.А. Сюняев —
дважды лауреат Государственных Премий России, Премии РАН имени Александра
Фридмана, Золотых Медалей РАН имени Зельдовича и Академии Наук Татарстана; в
2011 году ему было присвоено почетное звание «Россиянин года».
Р.А. Сюняев —
лауреат Премии Грубера по космологии, премии Крафурда по Астрономии и медали
им. Клейна Королевской Академии Наук Швеции; премии Киото (Япония) по
астрономии, премий Дэнни Хайнемана и Бруно Росси Американского Астрономического
Общества, Короля Фейсала по Физике, медалей им. Карла Шварцшильда Германского
Астрономического Общества, имени Дирака Международного Центра Теорфизики в
Триесте, имени Бенджамина Франклина по физике, Золотой и Эддингтоновской
медалей Королевского Астрономического Общества Великобритании, Золотых Медалей
имени Макса Планка — высшей награды Физического Общества Германии в области
теоретической физики, имени Кэтрин Брюс Тихоокеанского Астрономического
Общества и имени сэра Месси Лондонского Королевского Общества и КОСПАР), Лекций
имени Генри Норриса Рассела (высшее отличие Американского Астрономического
Общества) и Карла Янского (Награда Национальной Радиоастрономической
Обсерватории США). В 2014 году он избран Эйнштейновским профессором Академии
Наук Китая. В честь Р.А. Сюняева назван астероид 11759 Sunyaev.
Согласно NASA
ADS на статьи Р.А. Сюняева сделано около 113 800 ссылок, индекс Хирша равен
129. В 2017 году он вошел в список двадцати двух наиболее цитируемых
исследователей, ежегодно составляемый компанией Clarivate Analytics (ранее
Thomson Reuters).
В руководимом
Р.А. Сюняевым отделе выросли и защитили диссертации 8 докторов наук, двое из
них (М.Р. Гильфанов и Е.М. Чуразов) стали академиками РАН, А.А. Лутовинов —
член-корреспондент РАН, М.Г. Ревнивцев был лауреатом премии Президента России
для молодых ученых. Р.А. Сюняев был руководителем нескольких десятков
аспирантов, защитивших диссертации на степень кандидатов наук в ИКИ РАН и
докторов философии в институте Астрофизики Общества имени Макса Планка (МПА).
Многие из них и из постдоков, работавших в группе Р.А. Сюняева в МПА, стали
профессорами университетов или занимают эквивалентные позиции в научных
лабораториях России, США, Англии, Испании, Китая, Индии и ряда других стран.
Успешно защищают диссертации ученики его учеников.
Р.А. Сюняев —
главный научный сотрудник ИКИ РАН, директор-эмеритус Института Астрофизики
Общества им. Макса Планка, выдающийся приглашенный профессор Института Перспективных Исследований в
Принстоне, он почетный профессор Казанского Федерального Университета и
Университета Людвига-Максимиллиана в Мюнхене, почетный член ФТИ им. Иоффе, Р.А.
Сюняев — главный редактор журнала «Письма в Астрономический журнал» РАН.
Краткое
изложение научных результатов Р.А. Сюняева:
Теоретические
предсказания, сделанные Я.Б. Зельдовичем и Р.А. Сюняевым в 70-80х годах
прошлого века, заложили основы современной наблюдательной космологии
реликтового излучения и способствовали ее превращению в точную науку. Для
измерения спектра мощности угловых флуктуаций яркости микроволнового космического
фона с целью поиска «акустических пиков» и поиска скоплений галактик по эффекту
Сюняева-Зельдовича (СЗ-эффект) были запущены космологические спутники WMAP и
Planck, построены уникальные субмиллиметровые телескопы на Южном Полюсе Земли и
в высокогорной пустыне Атакама в Чили. Диапазоны чувствительности
высокочастотного инструмента HFI на спутнике Planck были выбраны так, чтобы
оптимизировать поиск скоплений галактик по СЗ-эффекту. Барионные акустические
осцилляции детектируются в пространственном распределении галактик в
широкоугольных — площадью тысячи квадратных градусов, обзорах неба в оптическом
диапазоне, таких как Слоановский 0бзор неба.
Эффект
Сюняева-Зельдовича из красивой теоретической идеи, находившейся далеко за
порогом чувствительности радиотелекопов в конце XX века, превратился в один из
наиболее продуктивных методов наблюдательной космологии XXI века, открывающий
возможность определения основных космологических параметров, в том числе
определения роли «темной энергии» во Вселенной и прямого измерения постоянной
Хаббла. Томсоновские рассеяния фотонов микроволнового фона на горячих
электронах межгалактического газа в скоплениях галактик приводят к
специфическим искажениям спектра реликтового излучения — для наблюдателя в
сантиметровом и миллиметровом диапазонах спектра скопления являются
«отрицательными источниками», оставляющими свои «тени» на карте реликтового
фона. Более семи тысяч скоплений галактик открыты при помощи СЗ-эффекта
спутником Планк, Телескопом на Южном Полюсe и Атакамским космологическим
телескопом, наиболее далекое из которых расположено на красном смещении z=1.75.
Благодаря тому, что яркость и спектр СЗ-эффекта не зависят от красного
смещения, наблюдения в микроволновом диапазоне эффективны при поиске наиболее
далеких скоплений галактик — их уже открыто более тысячи на красных смещениях
z>0.5. Это открывает уникальную возможность исследовать рост
крупномасштабной структуры Вселенной в эпоху доминирования темной энергии.
Ожидается, что в ближайшие десятилетия новые субмиллиметровые телескопы
обнаружат практически все массивные скопления галактик с горячим газом в
наблюдаемой части Вселенной, составив конкуренцию рентгеновской астрономии.
Наблюдения
реликтового излучения в направлении скоплений галактик позволяют также измерять
и их пекулярные скорости движения относительно фонового излучения по
кинематическому СЗ-эффекту. В то время как тепловой эффект обусловлен тепловым
движением электронов межгалактического газа, кинематический эффект
Сюняева-Зельдовича описывает искажение яркости реликтового излучения, вызванное
эффектом Доплера за счет пекулярного движения скопления галактик как целого. Он
позволяет измерить пекулярную скорость скопления галактик относительно
локальной по отношению к скоплению системы координат, где реликтовое излучение
изотропно. В течение предыдущего десятилетия кинематический СЗ-эффект был
открыт как в суммарном сигнале от сотен тысяч галактик Атакамским
космологическим телескопом, спутником Planck и Телескопом на Южном Полюсе так и
в индивидуальных скоплениях галактик инструментами BOLOCAM и NIKA2. Низкие
измеренные пекулярные скорости скоплений галактик (или полученные с помощью kSZ
верхние пределы) по сравнению со скоростями хаббловского потока для тех же
объектов являются прямым экспериментальным подтверждением справедливости
принципа Коперника для нашей Вселенной вплоть до красных смещений z ~ 1.5.
Р.А. Сюняев и
Я.Б. Зельдович в 1970 году предсказали существование акустических пиков в
спектре мощности угловых флуктуаций яркости реликтового излучения. Наряду с
СЗ-эффектом, это открытие оказало огромное влияние на развитие современной
наблюдательной космологии. Положение и относительная интенсивность первых
доплеровских пиков определяется значениями ключевых параметров Вселенной:
постоянной Хаббла, барионной плотности и плотности темной материи и энергии во
Вселенной. В 2000 году первые акустические пики были обнаружены в баллонных
экспериментах, а спутники WMAP и PLANCK детально их исследовали.
Много внимания
уделял Р.А. Сюняев физическим процессам в ранней Вселенной — кинетике
рекомбинации водорода, проблеме термализации реликтового излучения и процессам,
приводящим к отклонениям его спектра от планковского. Вместе с Я.Б. Зельдовичем
они определили положение «чернотельной фотосферы» нашей Вселенной и
«поверхности последнего рассеяния» реликтовых фотонов, а совместно с Я.Б. Зельдовичем
и В.Г. Куртом рассчитали кинетику рекомбинации водорода в ранней Вселенной,
показав, что данный процесс контролируется двухфотонным распадом уровня 2s. В
2000-х эти исследования были продолжены совместно с Й. Хлубой, Р. Кхатри и др.
с использованием вычислительных возможностей, предоставляемых современными
компьютерами. В 2006 году Йенс Хлуба и Р.А. Сюняев рассчитали спектр излучения,
приходящего к нам от эпохи рекомбинации — это сдвинутые в тысячи раз (в радиодиапазон)
УФ и оптические линии атомов и ионов водорода и гелия.
Н.И. Шакура и
Р.А. Сюняев создали «стандартную» теорию дисковой аккреции на черные дыры и
нейтронные звезды (1973 г., 1976 г.). Теория аккреционных дисков Шакуры-Сюняева
давно стала общепринятой при описании переноса вещества и энерговыделения в
тесных двойных системах, при аккреции на сверхмассивные черные дыры и в
протопланетных дисках. В этом году исполняется 50 лет статье Н.И. Шакуры и Р.А.
Сюняева «Черные дыры в двойных системах. Наблюдательные проявления» — самой
цитируемой работе мировой теоретической астрофизики, набравшей 11.200 ссылок. Д.ф.-м.н.
Борис Штерн писал в «Троицким варианте» в номере вышедшем 20.06.2017 года, об
этой статье как о «самой цитируемой публикации российских авторов за всё время
существования российской науки». В это очень трудно поверить, но ссылок на нее
действительно много.
Аккрецирующие
нейтронные звезды и черные дыры наблюдаются как мощные рентгеновские источники.
Основным механизмом формирования спектров их жесткого излучения является
комптонизация низкочастотных фотонов при их многократных томсоновских
рассеяниях на высокотемпературных электронах. Формула Сюняева-Титарчука стала
ключевой при описании результатов наблюдений этих объектов. Точность формулы была
подтверждена детальными расчетами, выполненными методом Монте-Карло (Поздняков,
Соболь, Сюняев, 1983 г.).
В 1999 и 2010
годах Н.А. Иногамов и Р.А. Сюняев предложили неожиданную модель пограничного
слоя на границе поверхности нейтронной звезды со слабым магнитным полем и
аккреционного диска в ярких маломассивных рентгеновских двойных системах.
Замедление вращения аккреционного потока от кеплеровской скорости в половину
скорости света в диске до скорости вращения поверхности звезды приводит к
мощному энерговыделению в узком слое и к силе давления света сравнимой с
гравитацией. Погранслой представляет собой слой медленного меридионального
растекания вещества по поверхности звезды, сопровождающегося образованием двух
ярких колец, равноудаленных от плоскости диска.
Совместно с М.М.
Баско, Ю.Н. Гнединым, А.Ф. Илларионовым, Ю.Э. Любарским, В.М. Лютым, Н.Р.
Сибгатуллиным, А.М. Черепащуком и др. в 70-е и 80-е годы были сформулированы и
решены ряд задач физики рентгеновских двойных — о поляризации рентгеновского
излучения аккрецирующих нейтронных звезд, формировании гиролиний в их спектрах,
возникновении аккреционной колонки и возможности сверхэддингтоновской
светимости у аккрецирующих нейтронных звезд с сильными магнитными полями, об
«эффекте пропеллера», о важности отраженного излучения в рентгеновских двойных,
об индуцированном звездном ветре, возникающем при прогреве поверхности звезды
рентгеновским излучением. Эти работы широко известны в мире астрофизики и не
потеряли свою актуальность и сегодня.
Р.А. Сюняев с
М.Л. Маркевичем и М.Н. Павлинским (1993 г.) предсказали наблюдаемое ныне мощное
излучение в рентгеновской линии K-альфа железа от молекулярных облаков вблизи
сверхмассивной черной дыры в ядре нашей Галактики. Яркие вспышки рентгеновского
излучения ядра нашей Галактики, происходившие сотни лет назад, облучают
молекулярные облака, рассеиваются на электронах в молекулах, ионизуя их. Фронт
рассеянного излучения и излучения в линии K-альфа железа распространяется со
сверхсветовой скоростью. Движение этого фронта наблюдалось спутником ИНТЕГРАЛ в
течение 20 лет. Спутник IXPE наблюдает сейчас степень поляризации рассеянного
излучения, чтобы восстановить трехмерное распределение молекулярных облаков, на
которых рассеивается рентгеновское излучение от центра Галактики. Это — свежие
статьи Е.М. Чуразова, И.И. Хабибуллина и Р.А. Сюняева.
Открытия,
сделанные обсерваториями РЕНТГЕН И ГРАНАТ в конце 80-х — начале 90-х , стали
несомненным успехом экспериментальной астрофизики страны. Самым ярким
результатом обсерватории РЕНТГЕН стало открытие жесткого рентгеновского
излучения от Сверхновой 1987А в Большом Магеллановом Облаке, связанного с
радиоактивным распадом нестабильного изотопа 56Co, синтезированного при гибели
и взрыве звезды и последующей комптонизацией гамма-линий радиоактивного распада
из-за эффекта отдачи в холодной разлетающейся оболочке. Среди наиболее важных
результатов обсерватории ГРАНАТ — детальные рентгеновские карты центральной
области Галактики, широкополосные спектры аккрецирующих черных дыр и нейтронных
звезд, и многое другое. Десятки рентгеновских источников носят теперь имена
этих обсерваторий, и среди них есть такие уникальные объекты, как GRS1915+105 —
яркий микроквазар в нашей Галактике, и KS1731–260 — рентгеновский барстер,
который оказался нейтронной звездой с периодом вращения около 2 миллисекунд.
Продолжает
успешную работу обсерватория гамма-лучей ИНТЕГРАЛ Европейского Космического
Агентства. За вывод ИНТЕГРАЛа на высокоапогейную орбиту Роскосмосом в 2002 году
российские ученые получили 25% наблюдательного времени этой Обсерватории. Среди
ее результатов — измерение спектра и карты аннигиляционного излучения орто и
пара позитрония в большой области вокруг Центра нашей Галактики, где
аннигилирует более 10^43 позитронов в секунду. ИНТЕГРАЛ обнаружил гамма-линии
радиоактивного распада кобальта-56 от сверхновой SN2014J, ярчайшей и самой
близкой к Земле сверхновой типа типа Ia за последние 42 года. Это было первое
экспериментальное обнаружение синтеза железа (0.6 массы Солнца) при
термоядерном взрыве аккрецирующего белого карлика или двух сливающихся белых
карликов. Эта сверхновая вспыхнула в галактике М82 на расстоянии в одиннадцать
с половиной миллионов световых лет от Земли.
ИНТЕГРАЛ также
внес большой вклад в исследование космических гамма-всплесков, открыв всплеск
GRB 031203 с аномально низкой светимостью, а недавно — всплески GRB 170817A и
GRB 190425A, сопровождавшие первые два зарегистрированных
гравитационно-волновыми антеннами LIGO/Virgo события слияния нейтронных звезд.
ИНТЕГРАЛ открыл множество новых жестких рентгеновских объектов (источников
ИНТЕГРАЛа), более чем удвоив число известных галактических рентгеновских
систем. В частности, были открыты две новые популяции массивных рентгеновских
двойных — сильнопоглощенные источники и так называемые «быстрые рентгеновские
транзиенты» в системах со сверхгигантами, большую часть времени проводящие в
выключенном состоянии из-за «эффекта пропеллера», предсказанного A.Ф.
Илларионовым и Р.А. Сюняевым еще в 1975 году. Отметим, что недавно ИНТЕГРАЛ
отметил 20-ю годовщину запуска в космос.
Проект СРГ имеет
долгую и турбулентную историю. В своей первоначальной версии проект
международной орбитальной рентгеновской обсерватории был утвержден в 1987 году.
В проекте, работы по которому координировал отдел Астрофизики высоких энергий
ИКИ АН СССР, участвовали Дания, Великобритания, Италия, Германия, НАСА (США),
Швейцария, Финляндия, Израиль, Турция. Из-за громадных изменений в стране,
работы над космическим аппаратом и приборами в середине 90х годов сильно
замедлились, после чего проект был закрыт. Благодаря научному авторитету
бессменного научного руководителя СРГ Р.А. Сюняева и поддержке ведущих
российских физиков, в 2007 году проект был возрожден с обновленным составом
научной аппаратуры и с новыми научными задачами, которые учитывали изменения,
произошедшие в астрофизике за 20 лет с момента создания первоначальной
концепции обсерватории.
13 июля 2019
года обсерватория СРГ была выведена на орбиту вокруг точки Лагранжа L2 системы
Солнце-Земля, находящейся на расстоянии в полтора миллиона км от Земли.
Обсерватория оснащена двумя рентгеновскими телескопами: российским АРТ-ХС им. М.
Павлинского, чувствительным к рентгеновским лучам в диапазоне от 4 до 30 кэВ, и
немецким еРозита (диапазон чувствительности от 300 эВ до 8 кэВ). За создание
Обсерватории и работу с ней на орбите отвечало и отвечает НПО имени С.А.
Лавочкина. Оба телескопа оснащены рентгеновскими зеркалами с оптикой косого
падения и замечательными позиционно чувствительными детекторами рентгеновского
излучения. На сегодняшний день, после более чем 2 лет сканирования неба,
телескоп СРГ/еРОЗИТА построил лучшую в мире карту всего неба в рентгеновских
лучах; обнаружил на всем небе более 2 млн активных ядер галактик и квазаров (а
это аккрецирующие сверхмассивные черные дыры массой от миллиона до миллиардов
масс Солнца), полмиллиона звезд с активными коронами и около 50 тысяч скоплений
галактик. Команды ученых-астрофизиков в России и Германии работают с этими
данными, ими уже сделано немало интересных открытий. Телескоп АРТ-ХС сейчас
ведет сканирование плоскости нашей Галактики в рентгеновских лучах. Данные, уже
полученные обсерваторией СРГ вошли в «золотой фонд» рентгеновской астрономии и
будут предметом исследований ученых и источником открытий на протяжении
ближайших 10-15 лет.