- А как можно исследовать свойства атмосферы, если нельзя увидеть даже саму планету?
- Здесь также работает спектральный анализ. Если речь идёт о затмевающей планете, то во время затмения, то есть в тот момент, когда планета проходит по диску звезды, газовая оболочка планеты поглощает часть звёздного света, и это добавочное поглощение можно зафиксировать в наблюдениях. В тех же (пока редких) случаях, когда удаётся увидеть саму планету, возможно получить и её спектр - непосредственно, а не в виде едва заметного изменения в спектре звезды.
- Чёрные дыры представляют собой особый класс объектов, так как сами ничего не излучают. Каким образом они были обнаружены, и как были измерены их массы?
- Измерение масс чёрных дыр - как раз тот случай, когда прекрасно работают законы четырёхсотлетней давности, законы Кеплера. Наблюдая движение вещества по кеплеровским орбитам, можно определить массу того тела, вокруг которого обращается вещество. В ряде случаев оказывается, что вещество вращается вокруг "пустого" места, то есть источник тяготения в фокусе орбиты есть, обладает весьма заметной массой и при этом невидим. Очень наглядный пример - объект в центре нашей Галактики. Вокруг него вращается несколько звёзд, орбиты которых измерены с очень высокой точностью. Из параметров этих орбит видно, что звёзды движутся в поле тяготения объекта массой в несколько миллионов солнечных масс. При этом объект невидим (видно лишь слабое рентгеновское излучение падающего на него газа) и обладает очень небольшими размерами. Всё это - характерные признаки чёрной дыры.
- А можно ли объяснить эти признаки, не привлекая теорию чёрных дыр? Есть ли другие гипотезы?
- Да, время от времени публикуются статьи, посвящённые попыткам объяснить поведение звёзд в центре Галактики другими объектами - нейтринными шарами, бозонными звёздами и прочее. Однако эти объекты более экзотичны, чем чёрные дыры, а в науке принято правило, согласно которому предпочтение отдаётся более простому объяснению.
- Большая часть массы Вселенной состоит из тёмной энергии и тёмной материи, природа которых неизвестна. Как астрофизика изучает их?
- Тёмная материя локальна, её признаки наблюдаются не только в масштабах Вселенной, но и в отдельных скоплениях галактик, и в самих галактиках. Поскольку тёмная материя является источником гравитационного притяжения, её распределение можно исследовать по наблюдениям явлений, связанных с гравитацией, например по наблюдениям гравитационного линзирования. Здесь в общем ситуация примерно та же, что и с чёрными дырами, - действие поля тяготения фиксируется совершенно уверенно, а его видимый источник отсутствует. Только речь идёт не об очень компактном массивном теле, а напротив, о распределении невидимого вещества в масштабах скопления галактик.
Тёмная энергия - вещь глобальная, и её признаки проявляются в космологических наблюдениях, то есть, по сути, в наблюдениях Вселенной как целого. Но методика и здесь остаётся той же: теоретики рассчитывают, как должна выглядеть Вселенная (крупномасштабное распределение вещества, свойства микроволнового фона) при том или ином соотношении обычного вещества, тёмного вещества и тёмной энергии, а наблюдатели проверяют, насколько эти предсказания оправдываются на практике, например в наблюдениях анизотропии микроволнового фонового излучения.
- Расскажите, пожалуйста, о связи астрофизики и физики элементарных частиц! Ждут ли астрофизики каких-то определенных результатов от LHC?
- На самом деле, астрофизика - это не какая-то отдельная отрасль физики, подобная физике элементарных частиц или, скажем, физике твёрдого тела. Это скорее система применения знаний из различных областей физики к космическим объектам. Поэтому астрофизика связана и с физикой элементарных частиц, и с кинематикой, и с гидродинамикой.
При этом есть, конечно, разделы астрофизики, которые к физике элементарных частиц особенно близки. Это, например, физика космических лучей и космология, исследования вспышек сверхновых и процессы в нейтронных звёздах. Результаты LHC имеют скорее общефизическое значение, чем конкретно астрофизическое. Поэтому рискну сказать, что астрофизикам в массе не так важно, какие конкретно результаты будут получены на LHC. Хотя, конечно, очень интересно будет узнать, какие результаты там будут получены.
