Теория аккреции — двигатель астрофизики


7 октября Н. И. Шакуре исполнилось 70 лет

Р. А. Сюняев

Р. А. Сюняев

Р. А. Сюняев, академик РАН, директор Института астрофизики Общества Макса Планка, гл. науч. сотр. ИКИ РАН

Не знаю почему, но, когда спрашивают о ком-нибудь из моих друзей или хороших знакомых, этот человек встает у меня перед глазами таким, каким я его встретил в первый раз или в момент, когда он произвел на меня самое большое впечатление. И Николая Ивановича (Колю) Шакуру я и сейчас вижу студентом, приехавшим из белорусской деревни, с горящими глазами, быстрым и в движениях, и в ответах на любой вопрос (ведь не зря в те времена он бегал стометровку, участвуя в первенстве МГУ). Помню его в общежитии МГУ со старшим сыном (который давно уже сам отец) на руках, помню наши споры в начале 1970-х, когда мы интенсивно работали вместе и писали статьи, которыми гордимся до сих пор, наши встречи в его первой своей комнате (выбитой Яковом Борисовичем Зельдовичем одновременно с пропиской в Москве) в коммунальной квартире в доме преподавателей МГУ напротив кинотеатра «Прогресс», которого давно нет. Чайники чая, выпитые попеременно у него и у меня сначала в комнатке на Профсоюзной, а потом уже в кооперативе на Юго-Западной, долгие ночные звонки. Помню Колю на вершине вулкана Этна и выступающим на знаменитом семинаре под руководством Зельдовича, В. Л. Гинзбурга и И. С. Шкловского в ГАИШ при МГУ. Помнится и то, как ЯБ (Зельдович) сказал мне, что у него в ГАИШ появился новый студент и что было бы неплохо, если бы мы поработали вместе. ЯБ очень интересовала теория аккреции на черные дыры и нейтронные звезды, и до конца его жизни лучшим собеседником по этой теме был для него дипломник, потом аспирант и сотрудник Н. И. Шакура. Замечательно, что Коля и сейчас руководит отделом релятивистской астрофизики ГАИШ, который основал и которым многие годы руководил ЯБ.

Мне нравится фото с Колей у доски в конференц-зале ГАИШ, сделанное почти 40 лет назад в 1970-е годы, когда мы много работали вместе. Этот снимок напоминает годы, когда у нас с Колей были интересные результаты, но не было ни времени, ни денег на регулярное посещение парикмахерской.

Работа в тандеме. Н. И. Шакура и Р. А. Сюняев, 1979 год.  Фото из архива фотолаборатории ГАИШ МГУ

Работа в тандеме. Н. И. Шакура и Р. А. Сюняев, 1979 год.
Фото из архива фотолаборатории ГАИШ МГУ


Студент Н. И. Шакура (1964). Из семейного архива

Студент Н. И. Шакура (1964). Из семейного архива

Коле, как и большинству учеников ЯБ в области космологии и релятивистской астрофизики, необычайно сильно повезло. Он встретился с ЯБ (бесспорно, одним из наиболее ярких физиков, решивших после успешной работы над оружием начать работать в астрофизике, далекой от каких-либо земных приложений) в эпоху «штурма и натиска» в этой науке, когда буквально каждый год приносил грандиозные по своим следствиям наблюдательные открытия. А Коле удалось то, что удается мало кому: он является автором «Стандартной теории дисковой аккреции на черные дыры и нейтронные звезды», самой цитируемой статьи [1] в мировой теоретической астрофизике (в последние годы более чем по ссылке в день), подробно изложенной в десятках обзоров, книг и учебников. Последние годы более трети ссылок на эту работу приходится на статьи по протопланетным дискам в молодых звездных системах. А за спиной у Коли первая в мире и широко цитируемая модель сферической аккреции газа на нейтронную звезду со слабым магнитным полем (написанная совместно с ЯБ [2]), статья о тепловой неустойчивости радиационно-доминированных аккреционных дисков [3]; публикация идей оттока вещества от аккреционных дисков со сверхэддингтоновской светимостью, наблюдаемой сейчас во многих квазарах, и прогрева внешних областей дисков жестким излучением его центральной зоны, столь ярко проявляющего себя в дисках вокруг молодых звезд; и многое, многое другое.

70 лет — это серьезный порог. Но мир науки знает немало людей, которые оставались продуктивными и после 70. Меня радует, что Коля в последние годы написал в соавторстве с К. А. Постновым, П. К. Аболмасовым и другими еще более молодыми коллегами ряд красивейших работ по теории аккреции и интерпретации наблюдательных данных. Эти работы уже признаны и широко цитируются. Мне хочется пожелать Коле продолжать активно работать, выступать на конференциях с новыми идеями и блестящими обзорами и продолжать приводить в изумление молодых студентов и студенток, считающих, что «динозавры» с таким гигантским вкладом в науку, как у Николая Ивановича, могли существовать только в далеком прошлом.

Г. С. Бисноватый-Коган

Г. С. Бисноватый-Коган

Г. С. Бисноватый-Коган,
докт. физ. -мат. наук, гл. науч. сотр. ИКИ РАН

Вскоре после поступления в аспирантуру мой шеф, Я. Б. Зельдович, велел прийти на его лекцию по астрофизике, курс которой он читал на физфаке МГУ. После лекции слушались отчеты студентов о проделанной работе, слушать которые ЯБ тоже меня оставил. Там я впервые увидел Колю Шакуру, который толково что-то рассказывал, в то время как остальные студенты мямлили довольно невразумительно.

В 1967 году на съезде Международного астрономического союза в Праге ЯБ рассказывал об исследовании про аккрецию на нейтронную звезду, которую они делали вместе с Колей, о падении вещества на нейтронную звезду без магнитного поля. По возвращении домой я предложил Алику Фридману рассмотреть аналогичную задачу при наличии сильного магнитного поля нейтронной звезды. Там нужно было учитывать различные плазменные эффекты, которыми занимался Алик. К концу 1967 года работа вчерне была закончена, я рассказал про нее ЯБ, который воспринял это без энтузиазма. Он велел нам обосновать некоторые утверждения, кроме того, холодно отнесся к идее сильного магнитного поля нейтронной звезды. Всё это остудило наш пыл, и работа была отставлена. Весной 1968 года было объявлено об открытии пульсаров, и ЯБ сразу велел работу публиковать в первоначальном виде. Интересно, что наша статья [4] поступила в редакцию «Астрономического журнала» 19 августа 1968 года, одновременно со статьей ЯБ и Коли об аккреции на звезду без магнитного поля [2]. После блестящей защиты диплома Коля поступил в аспирантуру, где под руководством ЯБ занялся теорией дисковой аккреции вещества с большим угловым моментом на черные дыры. Дисковая аккреция рассматривалась раньше в связи с образованием планет, а в работе Д. Линден-Белла в 1969 году [5] была предложена модель квазара, или ядра активной галактики, в виде сверхмассивной черной дыры с аккреционным диском. Тогда эта модель была пионерской, а сейчас стала общепринятой, подтвержденной наблюдениями.

Основная трудность модели заключалась в необходимости учета турбулентной вязкости, которая нужна для создания потока вещества в черную дыру для поддержки наблюдаемой светимости. В работе Коли, опубликованной в «Астрономическом журнале» в 1972 году [6] и посланной в печать годом раньше, впервые была предложена простая феноменологическая формула для главной компоненты вязких натяжений, которая определяет поток массы из аккреционного диска в черную дыру:

t = α P,   (1)

где Р — давление, а α — численный коэффициент меньше единицы, оцениваемый из наблюдений. Простота и наглядность этой формулы сделали ее очень популярной во всех областях астрофизики, где встречаются аккреционные диски, в протопланетных и двойных системах, в ядрах галактик.

Однако огромное число ссылок на эту формулу приходится не на оригинальную работу в «Астрономическом журнале», а на последующую статью Шакуры совместно с Р. А. Сюняевым, опубликованную в 1973 году в европейском журнале Astronomy and Astrophysics [1]. Помимо очевидно большей популярности этого журнала по сравнению с «Астрономическим журналом», в этой статье теория аккреции изложена гораздо подробнее и доступнее. Кроме того, в ней содержится больше астрофизических приложений. Работа над статьей 1973 года потребовала от Коли огромного напряжения сил. Я помню, как он совершенно измотанный приходил к нам в комнату в Институте прикладной математики и сидел с отрешенным взглядом без слов и движений. Такое поведение было для меня довольно загадочным, так как работа над этой статьей проводилась без обсуждений на семинарах. Видимо, ЯБ был одним из немногих, а может быть, единственным человеком, который был в курсе этой работы, и, как всегда, давал ценные советы, замечания и указания.

Следует отметить, что уже в статье Линден-Белла 1969 года [5] можно найти неявные следы этой формулы (1). Линден-Белл предполагал, что вязкость определяется хаотическим магнитным полем, которое в условиях используемого им равнораспределения тепловой и магнитной энергии как раз сводится к формуле (1). В работе Прингла и Риса 1972 года [7] рассматривалось несколько другое феноменологическое описание турбулентной вязкости, которое не обладало простотой и наглядностью формулы (1) и потому не получило распространения.

У меня с Колей вышло несколько работ, которые сами по себе, может, и неплохие, но не идут ни в какое сравнение с формулой (1), которую по праву можно считать основной феноменологической формулой в теории дисковой аккреции.

А. М. Черепащук

А. М. Черепащук

А. М. Черепащук, академик РАН, директор ГАИШ МГУ

С Колей Шакурой мы учились вместе на астрономическом отделении физфака МГУ. Когда я был уже аспирантом, Коля (под руководством академика Я. Б. Зельдовича) завершал свою дипломную работу, посвященную расчету рентгеновского спектра при сферической аккреции вещества на одиночную нейтронную звезду без магнитного поля. Эта работа была опубликована им совместно с Я. Б. Зельдовичем в «Астрономическом журнале» в 1969 году [2].

Фото О. С. Бартунова

Фото О. С. Бартунова

Позднее, уже будучи аспирантом, Коля опубликовал, также в «Астрономическом журнале», свою первую работу по дисковой аккреции вещества на релятивистский объект в тесной двойной системе [6]. Я был свидетелем того, как Коля просиживал многие дни и недели в библиотеке ГАИШ, испытывая «муки творчества» при выполнении этой замечательной работы и написании соответствующей статьи. Затем последовала публикация ныне знаменитой статьи Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева по дисковой аккреции на черные дыры, где были учтены эффекты комптонизации спектра рентгеновского излучения и построена модель сверхкритической аккреции [1]. Выход этой работы совпал по времени с началом систематических рентгеновских наблюдений неба с борта американской орбитальной специализированной рентгеновской обсерватории UHURU. Благодаря работе Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева природу открытых этой обсерваторией многочисленных компактных рентгеновских источников удалось быстро понять. Был сделан вывод об открытии рентгеновских двойных систем, состоящих из нормальной оптической звезды и аккрецирующего релятивистского объекта. В 1972 году в международном экспресс-издании IBVS была опубликована статья группы авторов (А. М. Че-репащук, Ю.Н. Ефремов, Н. Е. Курочкин, Н. И. Шакура, Р. А. Сюняев) [8], посвященная интерпретации оптической переменности одной из первых открытых затменных рентгеновских двойных систем — системы HZ Геркулеса. Опираясь на выводы теории дисковой аккреции, авторы показали, что главная причина оптической переменности этой системы — эффект отражения, точнее, эффект прогрева поверхности оптической звезды мощным рентгеновским излучением аккрецирующей нейтронной звезды. Сейчас исследование оптических проявлений рентгеновских двойных систем выросло в отдельное направление астрофизики, где получен ряд важных результатов. В частности, измерены массы около трех десятков звездных черных дыр.

В настоящее время Н. И. Шакура возглавляет созданный в ГАИШ по инициативе Я. Б. Зельдовича отдел релятивистской астрофизики. Институт гордится наличием в своем составе такого блестящего ученого. Я очень дорожу многолетней дружбой с Колей и сердечно поздравляю его с 70-летием.

1. Шакура Н. И., Сюняев Р. А. Black holes in binary systems. Observational appearance // Astronomy and Astrophysics, 1973. V. 24. P. 337–355.

2. Зельдович Я. Б., Шакура Н. И. Рентгеновское излучение при аккреции газа на нейтронную звезду // Астрономический журнал, 1969. Т. 46. С.  225–236.

3. Шакура Н. И., Сюняев Р. А. A theory of the instability of disk accretion on to black holes and the variability of binary X-ray sources, galactic nuclei and quasars // MNRAS, 1976. V. 175. P. 613–632.

4. Бисноватый-Коган Г. С., Фридман А. М. О механизме рентгеновского излучения нейтронной звезды // Астрономический журнал, 1969. Т. 46. С. 721–724.

5. Lynden-Bell D. Galactic Nuclei as Collapsed Old Quasars // Nature, 1969. V. 223. P. 690–694.

6. Шакура Н. И. Дисковая модель аккреции газа релятивистской звездой в тесной двойной системе, Астрономический журнал, 1972. Т. 49. С. 921–929.

7. Pringle J. E., Rees M. J. Accretion Disc Models for Compact X-Ray Sources, Astronomy and Astrophysics, 1972. V. 21. P. 1–9.

8. Cherepashchuk A. M., Efremov Yu. N., Kurochkin N. E., Shakura N. I., Sunyaev R. A. On the Nature of the Optical Variations of HZ Her = Her X1 // Information Bulletin on Variable Stars, 1972. V. 720. P. 1.

За работу над фотографиями выражаем благодарность
Т. А. Бируле и О. С. Бартунову

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

2 комментария

  • Юрий Кирпичев:

    С днем рождения, Николай Иванович!

    Полезно? Dobre 0 Słabe 0

  • Елена:

    С днем рождения, Николай Иванович!

    Вы еще раз подтвердили высокий уровень образования при Советской власти в деревенской школе (Паричи)! Ваша земляка из Беларуси

    Полезно? Dobre 0 Słabe 0

Добавить комментарий

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com