60 лет академику Евгению Михайловичу Чуразову!

Студентом четвертого курса он пришел на практику в Институт космических исследований АН СССР в отдел 52 теоретической астрофизики, созданный Яковом Борисовичем Зельдовичем и возглавляемый Рашидом Алиевичем Сюняевым. Вскоре 52 отдел, переименованный в отдел астрофизики высоких энергий, стал активно заниматься рентгеновской астрономией, и студенты и аспиранты-теоретики на практике узнали все трудности и проблемы работы с орбитальными обсерваториями. Теоретическое образование МФТИ и знание физических процессов, происходящих в источниках рентгеновского излучения, были незаменимым подспорьем в этой новой области. А работа с обсерваторией «Рентген» (на модуле КВАНТ станции МИР), открывшей, в частности, жесткое излучение от сверхновой 1987А в Большом Магеллановом Облаке и спутником ГРАНАТ, построившем карты рентгеновского излучения центральной зоны Галактики, были отличной школой, пригодившейся в дальнейшем и позволившей концентрироваться на физике изучаемых объектов, а не на проблемах анализа данных.

Следующим экспериментальным проектом стала обсерватория ИНТЕГРАЛ — проект Европейского космического агентства, выведенный на орбиту российской ракетой «Протон» в 2002 году и продолжающий работать до сего дня. Российские ученые получили право на 25% наблюдательного времени. Е.М. Чуразов сыграл ключевую роль в нескольких важнейших программах обсерватории ИНТЕГРАЛ. В частности, был измерен полный спектр жесткого рентгеновского фона, создаваемого многочисленными аккрецирующими сверхмассивными черными дырами, находящимися на космологических расстояниях. Замечательно, что для этого измерения телескопы обсерватории были направлены в сторону Земли, которая работала как экран, блокирующий фоновое излучение. Именно по понижению яркости в направлении диска Земли и удалось определить совокупный вклад всех далеких источников.

Возможность построения спектров в гамма-диапазоне обсерваторией ИНТЕГРАЛ оказалась незаменимой для исследования аннигиляции электрон-позитронных пар в нашей Галактике. Несмотря на то, что все основные механизмы рождения позитронов (а их множество) предсказывают, что начальная энергия позитронов сравнима или намного больше, чем их энергия покоя — 511 кэВ, центральная зона Галактики излучает в узкой линии точно c такой энергией. Более того, в спектре наблюдается крыло на энергиях ниже 511 кэВ. Все это говорит о том, что позитроны успевают охладиться до аннигиляции. Холодные позитроны захватывают электроны, образуя «атом» позитрония в синглетном или триплетном состоянии. Позитроний живет ничтожные доли секунды и аннигилирует, порождая два кванта с энергией 511 кэВ (синглетное состояние) или трехфотонный континуум (триплетное состояние). Позитронная спектроскопия активно используется в лабораториях на Земле для исследования структуры материалов.

Замечательно, что можно использовать аналогичный подход и в астрофизике. В частности, Е.М. Чуразову с коллегами удалось измерить температуру (около 10 тысяч градусов) и степень ионизации (порядка 10%) среды, в которой происходит аннигиляция, расположенной от нас на расстоянии в 26 тысяч световых лет. Интересно, что время охлаждения горячей межзвездной среды за счет радиационных потерь оказывается короче, чем время остывания и аннигиляции позитронов. Поэтому даже если позитроны рождаются в горячей среде, заполняющей основной объем Галактики, их аннигиляция может происходить именно в тот момент, когда эта среда остывает до низких температур.

Другим важнейшим результатом обсерватории ИНТЕГРАЛ стало открытие гамма-линий радиоактивного кобальта ⁵⁶Co от сверхновой SN2014J в близкой звездообразующей галактике M82. SN2014J классифицируется как сверхновая типа Ia. Именно исследования таких сверхновых дали первые убедительные свидетельства ускоряющегося расширения Вселенной и темной энергии. Теория, разработанная более 70 лет назад, связывает сверхновые типа Ia с термоядерными взрывами белых карликов в двойных системах. Их оптическое излучение объясняется переработкой энергии, выделяемой при распаде радиоактивных изотопов, таких, как, например, ⁵⁶Ni.

Однако только в 2014 году Е.М. Чуразов с коллегами получили прямые и бесспорные доказательства природы этих объектов. Удалось измерить не только массу радиоактивного ⁵⁶Ni (распадающегося в ⁵⁶Co, а затем в обычное железо ⁵⁶Fe), синтезированного в процессе взрыва, но и скорость разлета оболочки по уширению линий и массу самой оболочки, сравнивая расчеты переноса гамма-излучения и наблюдения. Все параметры указывают на термоядерный взрыв белого карлика с массой, близкой к чандрасекаровскому пределу.

Одним из важнейших теоретических результатов Е.М. Чуразова стала концепция нагрева газа в центрах скоплений галактик механической энергией потоков релятивистской плазмы от сверхмассивных черных дыр. В течение десятков лет во внегалактической астрофизике шло активное обсуждение следующего парадокса: время охлаждения горячего газа с температурой десятки и сотни миллионов градусов в глубоких гравитационных потенциальных ямах скоплений галактик гораздо короче возраста Вселенной, и, следовательно, газ должен охлаждаться. Но, тем не менее, наблюдения рентгеновского излучения показывают, что газ остается при высокой температуре! Решение этого парадокса было предложено в серии работ Е.М. Чуразова, показавших, что источником энергии, компенсирующим тормозное излучение газа, является аккреция вещества на сверхмассивные черные дыры. Причем нагрев газа происходит за счет механического взаимодействия с пузырями релятивистской плазмы, оттекающей от черной дыры. Сегодня мы наблюдаем все новые примеры того, как эта теория, уже ставшая общепринятой, работает в скоплениях галактик и индивидуальных галактиках.

Этим не исчерпывается список важных результатов Е.М. Чуразова. Стоит также отметить измерения плотности космических лучей и других нетепловых компонент в газе эллиптических галактик; пределы на скорость распада стерильных нейтрино, надежды на детектирование которого связывали с рентгеновской линией на энергии ~3.5 кэВ; прогресс в теоретическом описании электронной теплопроводности в горячем газе, исследование молекулярного газа и энерговыделения сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики, предсказания поляризации рассеянного рентгеновского излучения в этой области и многое другое.

В настоящее время его главные научные интересы связаны с физикой горячего газа в скоплениях галактик, 80% массы которых составляет «темное вещество», диффузными источниками рентгеновского излучения в нашей Галактике и космологией. Он уже внес и продолжает вносить важнейший вклад в успехи орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ».

По данным NASA/AstrophysicsDataSystem (ADS) на 2021 год работы Е.М. Чуразова собрали более 20000 цитирований, индекс Хирша 74.

Е.М.Чуразов— заместитель председателя Научного совета Отделения физических наук РАН по астрономии, член ученого совета ИКИ РАН, член Международного Астрономического Союза, заместитель научного руководителя орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ».

Удостоен премии имени А.А. Белопольского РАН за цикл работ «Рентгеновская диагностика аккреционных потоков вблизи черных дыр и нейтронных звезд в Млечном Пути и других галактиках».

Е.М. Чуразов — лауреат медали им. Я.Б. Зельдовича для молодых ученых (РАН и Комитет по космическим исследованиям Международного Совета по Науке — КОСПАР), 1994; лауреат золотой медали КОСПАР имени сэра Гарри Мэсси, 2014.