Российско-германский проект


    Я набираю группу толковых студентов 2-го курса физфака для подготовки к работе над двумя совместными российско-германскими проектами "Магнито-гидродинамика крупномасштабных течений в галактиках" и "Лабораторное моделирование астрофизических процессов". Оба проекта выполняется нашей группой совместно с группой астрофизиков, физиков-теоретиков и физиков-экспериментаторов Рурского университета в Бохуме (РУБ, Германия), а также группы физиков-теоретиков Начионального Немецкого ядерного центра в Юлихе (Юлих, Германия) в рамках программы Sonderforschungsbereich 191 . Наиболее результативные участники проекта будут включены германской стороной в свою группу. После успешного окончания университета вы можете продолжить обучение в аспирантуре у нас, в Рурском университете или в Юлихе по одному из этих направлений.

    Найти меня можно в комнате 309: вторник с 12 до 14-15, остальные дни по расписанию.

    Первый проект направлен в основном (хотя не только) на численное моделирование крупномасштабных магнито-гидродинамических истечений вещества из галактик. Под крупномасштабными понимаются течения, в которые вовлечена межзвездная среда на масштабах, сравнимых или превышающих толщину газовых дисков галактик. В настоящее время все знают, что они существуют, но никто не знает, почему. Один из источников энергии, который мог бы в принципе поддерживать такие течения -- это вспышки сверхновых. Однако сверхновые -- это локализованные события с пространственными и временными масштабами существенно более короткими, чем размеры галактических газовых дисков и корон. Далеко не ясно, как энергия, выделяемая сверхновыми в малых масштабах, вызывает затем движение вещества на масштабах в десятки раз больших. Поэтому в настоящее время совсем неочевидно, что именно сверхновые ответственны за крупномасштабные истечения газа из галактик. Задача участников проекта будет понять и объяснить другим, каковы источники энергии истечений, любые ли типы галактик обладают ими в достаточном количестве, в каких условиях такие течения развиваются, какова роль галактического магнитного поля.

    Долгосрочной целью проекта является физически обоснованное моделирование химической эволюции Вселенной, начиная с тех стадий, когда в ней рождаются первые звезды и галактики и заканчивая современностью. В последние всего несколько лет получены наблюдательные данные, свидетельствующие о том, что звездная стадия эволюции Вселенной началась значительно раньше, и протекала она значительно "энергичнее", чем думалось недавно. В удаленных галактиках, младших нашей в 10 раз, обнаруживается практически тот же самый химический состав, что и в Солнечной системе. Часто тяжелые элементы, такие как углерод или кислород, которые производятся только звездами, видны на таких больших расстояниях от галактик, что кажется невозможным связать их присутствие там с разумными динамическими процессами. Загадка. Никто не дает пока на нее ответа. Ответит тот, кто будет знать, как, в каких количествах, на какие расстояния межзвездный газ галактик, прошедший переработку в звездах и поэтому содержащий тяжелые элементы, выбрасывается из них в межгалактическую среду.

    В рамках этого же направления планируются наблюдения удаленных галактик для исследования их химического состава и возможной его неоднородности в галактике. С этой целью в настоящее время отобран специальный класс галактик -- так называемых галактик с низкой поверхностной яркостью, -- общепринятое обозначение для которых LSB (low surface brightness) галактики. Один из выдающихся физиков и астрофизиков 20-го столетия Эдд Солпетер назвал их галактиками Чеширского кота, имея в виду их свойство то появляться, то исчезать в изображениях в силу низкой поверхностной яркости. Их особенность в том, что их поверхностная яркость существенно меньше поверхностной яркости нормальных галактик и поэтому выделить их на небе очень трудно. Однако интересны они тем, что вспышки сверхновых звезд в них очень редки и поэтому перемешивание вещества в них с обычной точки зрения должно быть неэффективным, т.е. всякая химическая неоднородность должна оставаться таковой на протяжении большого промежутка времени (который для таких галактик может составлять миллиарды лет). Ситуация во в многом напоминает ситуацию в межгалактической среде. Поэтому мы их выбрали в качестве "лаборатории" для изучения механизмов перемешивания во Вселенной. Наблюдения будут проводиться на крупнейших телескопах мира, включая Хаббловский телескоп, а также 8-метровые телескопы в La Silla (Чили). В программе будут участвовать первоклассные наблюдатели из Астрономического института Рурского университета -- ваши результаты здесь будут гарантией вашего будущего участие в этой группе.

    Цель второго проекта -- лабораторное воспроизведение физических условий в космических объектах. В настоящее время в Институте экспериментальной физики II РУБ проводятся активные эксперименты по выращиванию микрочастиц (размеры около микрона) и сравнению их оптических характеристик с микрочастицами, которые повсеместно видны в космических объектах: звездах, оболочках сверхновых, квазарах, протопланетных дисках. Высказываются соображения о том, что на поверхности таких микрочастиц в космосе могут зарождаться примитивные биологические соединения. В лаборатории такие частицы успешно воспроизведены, их спектры во многом подобны спектрам, наблюдаемым в углеродных и кислородных звездах и в межзвездных молекулярных облаках, но пока это не помогает понять, что же происходит в звездах или молекулярных облаках, какие процессы ответственны там за формирование таких микрочастиц. Проблема здесь в том, что условия в лабораторных установках на первый взгляд принципиально отличаются от условий в звездах и молекулярных облаках, и это различие заведомо не позволяет перенести один к одному особенности формирования микрочастиц в лаборатории и в космосе. Помочь здесь может метод, основанный на подобии физических явлений в разных масштабах. Этот метод известен давно (одним из основателей его является академик Л. И. Седов), и в настоящее время он используется в некоторых лабораториях мира для воспроизведения взрывов сверхновых. Сложность здесь однако в том, что перенесение явления с одних масштабов на другие требует строгой математической формулировки наиболее существенных процессов, определяющих это явление. В данном случае это включает в себя математическое описание процессов физической и химической кинетики, определяющих возникновение и рост микрочастиц, гидродинамических и электродинамических процессов, определяющих влияние электромагнитного поля на динамику формирующихся микрочастиц и окружающей их плазмы и т.д. Для того, чтобы это реализовать, нужны хорошие головы. Если вам интересны высокотехнологичные эксперименты, если вы хотите принимать в них активное участие в качестве главного лица -- теоретика, то вам нужно идти сюда.

    Направление, связанное с деятельностью Национального ядерного центра в Юлихе -- это исследование как теоретическое, так и экспериментальное определенного класса неустойчивостей в оптически тонкой плазме, которая приводит к образованию в первоначально однородном газе структуры. В последние два десятка лет это направление привлекает внимание всего физического сообщества в мире, потому что здесь лежит разгадка того, каким образом из первоначального максимального хаоса, т.е. термодинамического равновесия может возникать организации, структурность, какие механизмы могут привести к уменьшению энтропии, и уменьшается ли при этом энтропия? С более конкретной астрофизической точки зрения это направления нацелено на выявление механизмов, которые могут быть ответственны за образование звезд во Вселенной. Объединение усилий ядерного центра, который занимается задачами управляемого термоядерного синтеза на Земле и астрономического института, который занимается далекими галактиками и ранними стадиями эволюции Вселенной, связано с тем, что в термоядерных установках наблюдают образование структуры из первоначальнеого казалось бы бесструктурного однородного вещества. Может быть мы сможем увидеть в лаборатории, как образуются звезды во Вселенной?