Проблемы современной астрофизики

Основные проблемы современной астрофизики связаны с исследованием свойств материи (вещества и излучения) в экстремальных условиях, не достижимых в земных лабораториях: при высоких плотностях и температурах, в сильных магнитных и гравитационных полях. В качестве примеров кратко описаны космологическая проблема, проблема космических гамма-всплесков.

Введение

Предметом астрофизики является исследование физических процессов во Вселенной. При этом, за редким исключением Луны, планет и некоторых малых тел Солнечной системы, доступных прямым исследованиям средствами современной космонавтики, основным источником информации об удаленных космических объектах по-прежнему служит приходящее от них электромагнитное излучение. Поэтому задачей астрофизики является построение моделей, которые могут объяснить появление излучения различных космических объектов с наблюдаемым характеристиками: интенсивностью, спектром, поляризацией, временным профилем и т.д. Естественно, при решении этой задачи ученые-астрофизики исходят из известной картины физических процессов и законов, которые могут реализоваться или проявиться в тех или иных условиях, которые определяются, в основном, величиной температуры и плотности вещества, наличием магнитного поля и его величиной, возможным влиянием сил тяготения.

Современная астрофизика сформировалась после второй мировой войны. С точки зрения наблюдений, ее основная черта - расширение спектрального диапазона исследуемого излучения. Довоенная астрофизика использовала лишь результаты астрономических наблюдений в видимом свете - сравнительно узкой полосе спектра электромагнитных волн. Ясно, что при этом в центре внимания оказывались прежде всего те объекты во Вселенной, которые излучают в основном видимый свет - ,туманности, галактики. Теория их излучения была построена на основании знаний, полученных в земных лабораториях. В настоящее время в астрономии используются практически все диапазоны, от радиоволн до гамма-излучения. Превращение астрономии во всеволновую обогатило знания об известных объектах и, что гораздо важнее, привело к открытию новых объектов, позволило зарегистрировать излучение из таких областей, где материя (то есть вещество и излучение) находятся в так называемых экстремальных (предельных) условиях. Этот термин обычно используется, чтобы подчеркнуть, что те или иные условия практически невозможно реализовать в лабораториях на Земле. В этих условиях материя нередко приобретает новые физические свойства. В качестве примеров экстремальных астрофизических условий можно указать высокие плотности вещества, реализующиеся на первых этапах развития Вселенной, в недрах нейтронных звезд и в ближайших окрестностях черных дыр; сильные гравитационные поля в окрестностях черных дыр; сильные магнитные поля белых карликов и нейтронных звезд. Именно в области исследования объектов, в которых реализуются те или иные экстремальные условия, по нашему мнению, сосредоточены основные проблемы современной астрофизики.

Подчеркнем, что при нынешнем уровне развития земной техники макроскопические свойства материи в экстремальных условиях можно исследовать, только наблюдая астрофизические объекты, в которых эти условия реализуются. В этом смысле можно смело утверждать: современная астрофизика - это передний край науки, и она исследует наиболее фундаментальные явления и процессы, не доступные пока "земной" физике. Например, даже рекордные для современной науки и техники магнитные поля, полученные в лабораториях, в десятки раз меньше, чем поля магнитных белых карликов (10⁷ - 10⁹ Э), и в сотни тысяч раз меньше магнитных полей нейтронных звезд (до 10¹² Э и более). Пример "экзотических" эффектов в экстремальных астрофизических условиях - намагничивание вакуума сверхсильным магнитным полем. В полях, близких к критическому B_сr = 4 10¹³ Э, вакуум становится похожим на анизотропный кристалл. Показатель преломления такой "среды" зависит не только от направления распространения излучения, но и от его поляризации (эффект двулучепреломления).

Ниже мы кратко рассмотрим лишь три примера объектов, где реализуются экстремальные астрофизические условия: Вселенную на начальных стадиях ее развития, космические гамма-всплески, а также недавно открытые "микроквазары" в нашей Галактике.

Подробнее - постоянная Хаббла