Моя жизнь в астрономии - читать онлайн

Глава IV. Научный сотрудник ГАИШ

Сразу после зачисления меня младшим научным сотрудником я окунулся в замечательную творческую атмосферу ГАИШ – этого крупнейшего в нашей стране научно-образовательного центра. ГАИШ – старейшее астрономическое учреждение в стране (основан в 1931 году на базе Астрономической обсерватории Московского университета, созданной в 1831 году). Это научно-исследовательский институт в составе МГУ. Поэтому в ГАИШ, наряду с научной работой, ведется подготовка астрономических кадров. ГАИШ является базой для проведения учебного процесса на физическом факультете МГУ, где имеется Астрономическое отделение, состоящее из нескольких кафедр: астрофизики, звездной астрономии, астрометрии, небесной механики, гравиметрии, экспериментальной астрономии. Поскольку ГАИШ является не только научным, но и учебным институтом, в его научных отделах и лабораториях представлены практически все направления астрономических исследований. Поэтому работать в ГАИШ очень интересно. Здесь царит классическая творческая университетская атмосфера научного братства, атмосфера нетерпимости к любым проявлениям карьеризма и зазнайства. Работать здесь непросто, потому что планка научных исследований в ГАИШ очень высока. Она десятилетиями задавалась такими выдающимися и всемирно признанными учеными, как академик Я. Б. Зельдович, член-корреспондент АН СССР И. С. Шкловский, профессор С. Б. Пикельнер, профессор Г. Н. Дубошин, профессор М. У. Сагитов, член-корреспондент АН СССР П. П. Паренаго, профессор Б. В. Кукаркин, профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов, профессор Д. Я. Мартынов, и многими другими крупнейшими учеными страны.

Начало моей работы в ГАИШ совпало с периодом ренессанса в астрономии. Начиная с 1960‑х годов в течение почти двадцати лет в астрономии шла череда выдающихся открытий: были открыты квазары, пульсары, реликтовое трехградусное излучение, подтвердившее горячую модель формирования нашей Вселенной, источники мазерного излучения, связанные с областями звездообразования, компактные рентгеновские источники и т. п. Научная жизнь в ГАИШ была очень активной. Особенно следует отметить работу Объединенного астрофизического семинара (ОАС), организаторами и руководителями которого были три великих ученых: академик Я. Б. Зельдович, академик В. Л. Гинзбург, член-корреспондент АН СССР И. С. Шкловский. Впоследствии бессменным руководителем ОАС стал Я. Б. Зельдович. Длительное время, с момента начала работы семинара (28 апреля 1966 года) и до 15 ноября 1979 года (235‑е заседание семинара), обязанности ученого секретаря ОАС исполнял Б. В. Комберг. Затем обязанности ученого секретаря этого семинара исполнял Н. И. Шакура. Семинар заседал раз в две недели по четвергам с десяти утра. Он стал центром научной мысли всей Москвы. Конференц-зал ГАИШ в дни работы семинара был всегда переполнен. На этом семинаре докладывали свои работы всемирно известные зарубежные ученые: Фред Хойл, Чандрасекар, Хоукинг, Торн, Пачинский, Мартин Шмидт и др., а также практически все ведущие физики и астрофизики страны. В те годы особенно поразительными были успехи в области космических исследований. 12 апреля 1961 года мы, студенты МГУ, узнав о запуске на орбиту вокруг Земли советского космонавта Ю. А. Гагарина, побросали занятия и пешком прошли путь от здания МГУ на Ленинских горах до Красной площади, где состоялся стихийный митинг. Мы с гордостью за нашу Родину читали в прессе и слушали по радио и телевидению сообщения об успехах советской космонавтики, а в конце 1960‑х годов слушали по радио голоса американских космонавтов, высадившихся на поверхности Луны. Мы, студенты Астрономического отделения физического факультета МГУ, особенно гордились достижениями нашей страны в области космических исследований, поскольку осознавали свою косвенную причастность к этим исследованиям. Даже девушки-студентки физического факультета, которые раньше предпочитали общаться прежде всего со студентами физиками-ядерщиками или физиками-теоретиками, после начала космической эры в стране стали гораздо более внимательны к нам, студентам-астрономам. Вспоминаю, как еще до полета Юрия Гагарина одна моя знакомая студентка-красавица, во время свидания со мной, вдруг заявила: «Вчера в лаборатории радиопрактикума я спаяла блокинг-генератор. А что ты умеешь делать?» В ответ я начал рассказывать ей о бесконечности Вселенной, о звездах, но это ее мало удовлетворяло. Она требовала, чтобы я ей поведал о том, какое значение для народного хозяйства имеют мои занятия астрономией. После полета Юрия Гагарина отношение девушек-студенток физфака к нам, астрономам, радикально изменилось, и мы стали пользоваться гораздо большим уважением с их стороны.

Космические исследования превратили астрономию во всеволновую науку. Если ранее астрономы наблюдали небо с поверхности Земли лишь в узком окне оптического диапазона длин волн, на котором длина волны электромагнитного излучения меняется всего примерно в два раза (земная атмосфера непрозрачна для большинства электромагнитных излучений, идущих из космоса), то благодаря космическим исследованиям и выносу телескопов за пределы земной атмосферы появилась возможность наблюдать небо в гамма, рентгеновском, ультрафиолетовом, инфракрасном и длинноволновом радиодиапазонах. В данном случае длина волны принимаемого электромагнитного излучения меняется уже не в два раза, а в 10¹⁶ раз! Поэтому надежность астрономических результатов сравнялась с надежностью результатов лабораторных физических экспериментов. И это несмотря на то, что астрономические объекты удалены от нас на громадные расстояния в тысячи, миллионы и миллиарды световых лет. В ГАИШ всеволновая астрономия развивалась в отделе радиоастрономии под руководством И. С. Шкловского. Здесь были представлены: инфракрасная астрономия (В. И. Мороз), ультрафиолетовая и рентгеновская астрономия (В. Г. Курт, Е. К. Шеффер), радиоастрономия (Н. С. Кардашев, В. И. Слыш, Г. М. Шоломицкий), оптическая астрономия (П. В. Щеглов, В. Ф. Есипов, Т. А. Лозинская).

За работы по созданию «искусственной кометы», позволяющие определять расстояния до космических аппаратов, удаленных от Земли на сотни тысяч километров, профессор И. С. Шкловский был удостоен Ленинской премии. На кафедре астрофизики профессор С. Б. Пикельнер развивал новые идеи магнитной гидродинамики и выполнял свои замечательные и ныне всемирно признанные работы по физике межзвездной среды, звездообразованию, структуре Галактики, а также по теории активных областей на Солнце. В отделе исследований Луны и планет под руководством Ю. Н. Липского создавались полная карта и полный глобус Луны на основе снимков обратной стороны Луны, полученных советской межпланетной станцией. В отделе гравиметрии под руководством М. У. Сагитова разрабатывался лунный гравиметр для установки на советском луноходе, а также велись прецизионные измерения постоянной тяготения. Б. А. Воронцов-Вельяминов работал над созданием Каталога взаимодействующих галактик, Б. В. Кукаркин и П. Н. Холопов с сотрудниками ГАИШ и Астросовета АН СССР вели работу по систематизации переменных звезд, Д. Я. Мартынов со своими учениками занимался физикой тесных двойных звезд и абсолютной спектрофотометрией звезд. Г. Ф. Ситник построил модель абсолютно черного тела и прокалибровал спектр Солнца.

Наши небесные механики (Г. Н. Дубошин, Е. П. Аксенов, В. Г. Демин, Е. А. Гребеников) разрабатывали новые методы расчета траекторий искусственных спутников Земли (позднее они за эти работы были удостоены Государственной премии СССР). Астрометристы (К. А. Куликов, В. В. Подобед, В. В. Нестеров) занимались проблемами фундаментальной астрометрии и проблемой астрономических постоянных. Многие сотрудники ГАИШ, профессора и преподаватели Астрономического отделения физфака МГУ занимались написанием учебников и монографий по различным разделам астрономии. Свыше половины всех учебников по астрономии в нашей стране написано сотрудниками ГАИШ и Астрономического отделения МГУ. Достаточно вспомнить знаменитый школьный учебник по астрономии, написанный профессором Б. А. Воронцовым-Вельяминовым. А книга И. С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум» получила всемирную известность. Именно в ГАИШ, в отделе радиоастрономии, ученые начали всерьез обсуждать проблемы существования и поиска внеземных цивилизаций.

В такой активной, творческой атмосфере работать плохо просто неприлично. И я, молодой кандидат наук, старался быть достойным своих коллег по институту. В первые годы моей работы в ГАИШ я, естественно, старался продолжать и развивать тематику исследований, начатую в моей кандидатской диссертации. Старался усовершенствовать мою методику узкополосных фотометрических наблюдений и развивать алгоритмы решения некорректных задач в астрофизике. Очень полезным было сотрудничество с кафедрой оптики, а также с кафедрой математики физического факультета МГУ. Здесь проявилась уникальная особенность университетской науки – возможность работать на стыке разных научных направлений.

По просьбе заведующего кафедрой оптики профессора Федора Андреевича Королева я сделал доклад на заседании этой кафедры о достижениях в астрофизике и о возможностях применения узкополосных интерференционных клиновидных светофильтров в астрономии. На эту тему мы совместно с В. Ф. Есиповым и сотрудниками кафедры оптики написали статью в «Астрономический журнал». В итоге я получил от кафедры оптики несколько новых интерференционных фильтров – обычных и клиновидных. Особенно ценным для меня оказался интерференционный клиновидный фильтр, охватывающий красный диапазон спектра, в котором расположена наиболее важная для астрономов линия водорода H_α с длиной волны λ = 6563 Å. Мой первый клиновидный интерференционный фильтр, который я использовал для работ по кандидатской диссертации, охватывал синий диапазон спектра, и я его использовал для наблюдений в линиях гелия HeII 4686 Å и углерода CIII-IV 4653 Å.

Я приспособил этот «красный клин», как я его называю, к электрофотометру и на 48-сантиметровом рефлекторе АЗТ‑14 Крымской станции ГАИШ продолжил узкополосные наблюдения затменных двойных звезд с компонентами Вольфа–Райе в красной части континуума и в эмиссионных линиях. В этой связи вспоминаю такой забавный случай. Чтобы автоматизировать процесс перемещения клиновидного интерференционного фильтра поперек луча зрения (с целью регулировки рабочей длины волны), я заказал в отделе снабжения ГАИШ (тогда снабжение ученых приборами было плановым) специальный миниатюрный электродвигатель. В то время мое рабочее место было на втором этаже ГАИШ в комнате № 73. Кроме меня там размещались мои старшие товарищи, всеми глубокоуважаемые научные сотрудники Ира Глушнева, Ростик Ирошников, Аня Делоне, позднее к нам присоединилась Ира Волошина. И вот мы сидим на своих рабочих местах. Вдруг открывается дверь, и работница отдела снабжения ГАИШ спрашивает: «Ну, кто тут из вас Черепащук? Идите разгружайте свой электродвигатель». Я, слегка удивленный, спускаюсь на первый этаж и вижу, что у входа в здание ГАИШ стоит грузовик и несколько сотрудников ГАИШ сгружают с него тяжелые крупногабаритные приборы.

Среди них оказался и заказанный мной электродвигатель, только не миниатюрный, а большой и тяжелый, мощностью в несколько киловатт. Оказалось, что, оформляя заказ, я слегка перепутал код классификации электродвигателя и в итоге оконфузился. Этот тяжелый электродвигатель потом долго стоял в прихожей ГАИШ, и лишь спустя пару месяцев работники отдела снабжения отправили его назад, на городской склад. К этому времени у Д. Я. Мартынова появился новый аспирант, окончивший Казанский университет: Хабибрахман Файзрахманович Халиуллин, или, как мы его кратко, по-дружески называли, Рахман. Он оказался превосходным наблюдателем, и Д. Я. Мартынов поручил мне быть его «микрошефом». Я предложил Рахману поучаствовать в моей программе узкополосных наблюдений затменных звезд Вольфа–Райе. Он согласился и выполнил высококачественные наблюдения ряда звезд. В итоге нам удалось построить надежные узкополосные фотоэлектрические кривые блеска затменной системы V444 Cyg в разных областях спектра – от синей до красной. Интерпретация этих кривых блеска, выполненная по моей методике, позволила не только дать надежное определение радиуса «ядра» звезды Вольфа–Райе, но и оценить цветовую и яркостную температуру «ядра», а также протяженной атмосферы звезды Вольфа–Райе. Оказалось, что «ядро» звезды Вольфа–Райе горячее с температурой более 70 000 К, а излучение протяженной атмосферы – сравнительно холодное, соответствует ~ 20 000 К. Поскольку вклад излучения протяженной атмосферы преобладает (это рекомбинационное излучение, возбуждаемое ультрафиолетовыми квантами горячего «ядра»), средняя температура суммарного излучения всего диска звезды Вольфа–Райе получается низкой ~ 25 000 К. Это и объясняет главную особенность спектров звезд Вольфа–Райе: наличие линий излучения, соответствующих высоким температурам, при сравнительно низкотемпературном континууме.

Сравнительно малый радиус «ядра» звезды Вольфа–Райе и его высокая температура свидетельствуют о том, что звезда Вольфа–Райе имеет избыток гелия, что согласуется и со спектроскопическими определениями химического состава ее атмосферы. Таким образом, анализ кривых блеска системы V444 Cyg в синем и красном континууме, выполненный моим методом, позволил отделить излучение горячего «ядра» звезды Вольфа–Райе от излучения ее холодной, рекомбинационно светящейся оболочки. На этом основании был сделан вывод о том, что звезды Вольфа–Райе – это гелиевые остатки первоначально массивных звезд, которые потеряли свои водородные оболочки, либо вследствие обмена масс в тесных двойных системах, либо под действием давления радиации (в случае звезд с массами более сорока солнечных). Этот вывод сейчас является общепризнанным. Эти принципиально важные результаты заинтересовали наших американских коллег, и в 1984 году в Astrophysical Journal вышла наша совместная статья с Рахманом и с Джойлом Итоном из США, в которой мы проанализировали моим методом кривые блеска системы V444 Cyg в очень широком диапазоне спектра – от 3,5 микрона (инфракрасный диапазон) до 2400 Å (ультрафиолетовый диапазон, наблюдения с борта американской орбитальной обсерватории ОАО-2). Новые результаты полностью подтвердили вывод о том, что звезда Вольфа–Райе в системе V444 Cyg является гелиевым остатком, образовавшимся в результате потери водородной оболочки первоначально массивной звездой. Эта работа получила широкую известность, на нее имеется много ссылок в научной литературе. Рахман успешно защитил кандидатскую диссертацию в 1975 году. Он сделал интересную работу. В частности, он открыл изменение орбитального периода системы V444 Cyg, вызванное радиальной потерей массы звездой Вольфа–Райе в виде звездного ветра. Это позволило ему дать наиболее надежную оценку темпа потери массы звездой Вольфа–Райе: 10^-5 солнечных масс в год.

Эта работа Рахмана получила мировую известность и широко цитируется. В дальнейшем наши творческие пути с Рахманом разошлись. Он стал заниматься изучением вращения линии апсид в затменных двойных системах с эллиптическими орбитами. Здесь им получен ряд важных результатов по оценке степени концентрации вещества в недрах звезд. Широкую известность получила работа Мартынова и Халиуллина по анализу вращения линии апсид в затменной системе DI Her, где авторами было найдено, что релятивистский член в апсидальном движении аномально мал. Изучение вращения линии апсид в затменных двойных системах – любимая тема Д. Я. Мартынова, и он увлек этой проблемой Рахмана. Я же продолжал заниматься тесными двойными звездными системами, содержащими пекулярные компоненты.

Мои коллеги по некорректным задачам А. В. Гончарский и А. Г. Ягола успешно окончили кафедру математики физического факультета МГУ и поступили в аспирантуру. Мы втроем продолжали заниматься поисками оптимальных методов решения обратных задач астрофизики. При решении обратных некорректных задач необходимо как можно больше использовать специфику задачи, то есть накладывать как можно больше априорных ограничений на искомое решение, следующих из физического смысла задачи. Еще в 1943 году А. Н. Тихонов доказал теорему о решении обратной задачи на компакте. Если априорных физических ограничений на искомое решение достаточно, чтобы выделить так называемое компактное множество функций, то обратная задача является корректной (точнее говоря, условно корректной, поскольку она решается на ограниченном множестве функций). В этом случае решение обратной задачи является устойчивым и любой алгоритм решения такой задачи является регуляризирующим по Тихонову. В данном случае можно также оценить ошибку решения. В отличие от произвольного множества компактное множество обладает некоторыми свойствами упорядоченности. Строгое определение понятия компактного множества формулируется так: это такое множество, в котором из каждой последовательности элементов этого множества можно выделить сходящуюся подпоследовательность. Например, множество функций, зависящих от конечного числа параметров, является компактным (а если компактному множеству принадлежат и границы этого множества, то это компакт).

Именно этим и объясняются большие успехи в решении обратных параметрических задач. Например, в случае звезд с тонкими атмосферами из физической теории тонких атмосфер получается аналитическое выражение для распределения яркости по диску звезды, зависящее от трех параметров: яркости в центре, радиуса звезды и так называемого коэффициента потемнения к краю x. Когда x = 0, диск звезды однородный, когда x = 1, яркость диска на краю равна нулю (полное потемнение к краю). Как я уже писал ранее, с использованием такого параметрического представления обратная задача интерпретации кривой блеска затменной системы сводится к нелинейной системе алгебраических уравнений, зависящей от небольшого числа искомых параметров. Эту систему можно решать любым методом, и получаемый набор искомых параметров будет устойчив по отношению к ошибкам наблюдений.

В случае затменных систем звезд с протяженными атмосферами, как уже отмечалось, не существует универсального параметрического представления для функции распределения яркости по диску звезды. Поэтому необходимо решать интегральное уравнение Фредгольма 1‑го рода для нахождения этой функции. Вначале мы с А. В. Гончарским и А. Г. Яголой решали это уравнение методом регуляризации Тихонова, который не требует выделения компакта и позволяет получить устойчивое приближение к точному решению при минимальной априорной информации о гладкости искомого решения (в этом состоит изумительная красота идеи тихоновского регуляризирующего алгоритма). В дальнейшем мы старались учесть специфику нашей обратной задачи и выделить компакт. После многомесячных изысканий я предложил использовать в качестве априорной информации в нашей модели информацию о монотонности и неотрицательности искомой функции распределения яркости по диску звезды с протяженной атмосферой.

Эта информация вытекает из общих соображений о структуре протяженной звездной атмосферы и не затрагивает деталей физической модели атмосферы. Поэтому она является универсальной для затменных систем. Какова же была моя радость, когда спустя пару недель мои коллеги и друзья, Саша Гончарский и Толя Ягола, объявили, что им удалось доказать теорему о том, что множество монотонных и неотрицательных функций является компактным! Высокий уровень математической подготовки моих друзей позволил им без труда написать алгоритм и программу для компьютера, реализующую решение нашей обратной задачи на компактном множестве монотонных (невозрастающих) неотрицательных функций. К счастью, возможности тогдашних компьютеров (ЭВМ БЭСМ-4 и БЭСМ-6) оказались достаточными для того, чтобы за несколько минут получить решение нашей задачи. Это и позволило нам получить полное решение обратной задачи: найти искомые функции, а также искомые параметры нашей модели. Конечный результат оказался очень красивым: мы свели нашу некорректную обратную задачу к условно корректной, в которой можно получить устойчивое решение и его погрешность. Соответствующая компьютерная программа решения нашей обратной задачи на множестве монотонных неотрицательных функций была опубликована на языке фортран в бюллетене «Переменные звезды». Эта программа в дальнейшем использовалась многими авторами, как в нашей стране, так и за рубежом, для решения обратных задач, связанных не только с анализом кривых блеска затменных систем, но и для решения других задач науки и техники.

Илл. 14. После получения премии Ленинского комсомола. 1975 г.

Раз в три года математики устраивали в разных городах так называемые тихоновские школы (конференции) по некорректным задачам. Я старался посещать каждую из этих школ и делал там доклады по применению методов регуляризации к обратным задачам астрофизики. На одной из таких школ мы с Гончарским и Яголой доложили наши новые результаты по решению некорректных задач астрофизики на компактном множестве монотонных неотрицательных функций. Наша работа всем понравилась, и было решено выдвинуть ее на соискание Ломоносовской премии МГУ. Но когда по этому поводу посоветовались с А. Н. Тихоновым, он сказал, что эта работа достойна выдвижения на премию Ленинского комсомола. Эта премия была очень престижная, она фактически приравнивалась к Государственным премиям для молодых ученых (в возрасте до тридцати трех лет). И вот в 1974 году мы с Сашей Гончарским и Толей Яголой стали лауреатами премии Ленинского комсомола за цикл работ по обратным задачам теории двойных затменных звезд.

По результатам этих исследований мы втроем опубликовали в 1978 году в издательстве «Наука» монографию «Численные методы решения обратных задач астрофизики», где изложили современные, научно обоснованные методы решения некорректных задач. Эта монография оказалась очень своевременной, поскольку, в связи со все возрастающей мощью компьютеров, появились широкие возможности для решения различных обратных задач в астрофизике (задачи обработки изображений астрономических объектов, задачи исправления спектральных наблюдений за сглаживающее действие инструментального контура спектрографа и т. п.). Выполняя решение таких задач, многие авторы пытались чисто математическими способами, без использования специфической априорной информации об искомом решении, получить устойчивый результат решения. Однако практика показала, что чем выше точность наблюдательных данных, тем хуже «работают» такие «стихийные» методы решения обратных задач. Даже в нашем институте в те годы находились приверженцы «стихийных» методов решения некорректных задач. Мне пришлось выдержать многочисленные дискуссии с нашим главным экспериментатором, профессором П. В. Щегловым, в которых я убеждал его, что без априорной информации решать некорректные задачи бессмысленно. Я думаю, что выход в свет нашей монографии в 1978 году способствовал устранению той путаницы в подходах к решению обратных задач астрофизики, который имел место в те годы. И думаю, что не зря профессор С. Б. Пикельнер похвалил меня на защите кандидатской диссертации за внедрение научно обоснованных методов решения некорректных задач в астрофизику.

По окончании аспирантуры мои друзья Саша Гончарский и Толя Ягола успешно защитили кандидатские диссертации, были оставлены на работу в МГУ и потом стали докторами наук, профессорами, всемирно известными учеными. Мы до сих пор дружим и сотрудничаем. Также у меня сохранились самые теплые воспоминания о совместной работе с кафедрой математики физического факультета МГУ. А заведующего этой кафедрой академика А. Н. Тихонова я позволяю себе считать своим учителем. Большую помощь и поддержку нам всегда оказывал профессор этой кафедры, лауреат Госпремии СССР Алексей Георгиевич Свешников, за что я ему очень благодарен.

После получения премии Ленинского комсомола в декабре 1974 года я был командирован Центральным комитетом комсомола на БАМ (Байкало-Амурскую магистраль), на борт агитпоезда «Комсомольская правда», для чтения научно-популярных лекций для строителей БАМа. Командировка длилась две недели. Мы курсировали в районе городов Тайшета и Братска. Стояли трескучие сибирские морозы. По ночам мы спали в вагонах и ехали, а рано утром нас развозили по окрестным селам и стройплощадкам. У меня остались очень хорошие впечатления от строителей БАМа. Тогда это была комсомольская ударная стройка, и рабочие приехали на нее в большинстве случаев действительно по зову сердца. Ведь тогда слова «Родина», «патриотизм», «романтика», «честь», «достоинство» были не пустым звуком.

Наряду с решением некорректных задач я продолжал мои узкополосные фотометрические наблюдения на Крымской станции ГАИШ. Наблюдал переменность звезд типа Т Тельца в частотах эмиссионных линий и континуума, а также переменность ядер сейфертовских галактик. Особенно интересными оказались узкополосные наблюдения ядер сейфертовских галактик в частотах эмиссионной линии H_α и соседнего континуума. Эту работу я выполнил совместно с моим однокурсником и другом Виктором Михайловичем Лютым. Он был крупным специалистом в области фотометрических исследований. Знаменитый фотометр Лютого, который Витя соорудил еще в 1960‑х годах, долго служил на Крымской станции ГАИШ как штатный прибор обсерватории. На нем выполняли исследования практически все наблюдатели из ГАИШ.

В студенческие годы с Витей Лютым мы были друзьями. Мы учились в одной группе на Астрономическом отделении физического факультета МГУ и на четвертом курсе жили вместе в одной комнате общежития МГУ на Ленинских горах. По вечерам мы занимались радиотехническим творчеством. Этому способствовали наши весьма напряженные занятия по спецподготовке (спецухе, как мы называли занятия на военной кафедре). Специализацией была противовоздушная оборона, и мы были первыми студентами в МГУ, кому выпал шанс изучать новейшую по тем временам технику: автоматизированные комплексы СНР‑75 с самонаводящимися зенитными ракетами. Эти комплексы напичканы сложными электронными системами, которые нам требовалось досконально изучить. Поэтому наша радиотехническая подготовка была на весьма приличном уровне. Витя собирал одноголосый электронный музыкальный клавишный инструмент – электрофон, а я мастерил электрогитару со звукоснимателем и мощным электронным усилителем. Работа шла успешно, и мы с Витей были ею очень увлечены. Поэтому мы часто, с паяльниками в руках, засиживались до поздней ночи.

Однажды из‑за этого мы очень поздно легли спать – где-то часа в четыре ночи. Дело было в декабре, когда дни были очень короткими. Поспав всласть, мы, проснувшись, увидели в окно, что уже светает, и, взглянув на часы, обнаружили, что уже девятый час и пора бежать на факультет слушать лекции. Мы быстро собрались, попили чаю и заторопились в здание физического факультета. К нашему удивлению, там оказалось очень мало народа – факультет был почти пустой. Мы долго стояли, соображая, в чем дело, и тут услышали голос вахтерши: «Ребята, чего это вы в такую позднятину заявились на факультет?» Оказалось, что сейчас уже около девяти часов вечера, а не утра, как мы были уверены. Таким образом, завалившись спать в четыре часа ночи, мы проспали остаток ночи, весь следующий день и проснулись не в девятом часу утра, а в девятом часу вечера. Вот до чего доводило нас увлечение радиотехникой.

Но это еще не все. Наша радиотехническая эпопея имела дальнейшее продолжение. Один из наших любимых преподавателей, милейший доцент Петр Григорьевич Куликовский, автор знаменитого «Справочника любителя астрономии» (которым я пользовался еще в школьные годы), узнав, что мы с Витей конструируем электронные музыкальные инструменты, пригласил нас на новогоднюю вечеринку профессоров, преподавателей и научных сотрудников ГАИШ. Мы согласились исполнить дуэтом несколько музыкальных пьес для наших старших товарищей. Сначала были посиделки с выпивкой и закуской в комнате № 26 ГАИШ. Нас посадили за стол рядом с директором ГАИШ профессором Д. Я. Мартыновым. Мы с Витей, естественно, чувствовали себя от такого соседства весьма неловко. Но Дмитрий Яковлевич сразу разрядил обстановку, посоветовав нам не есть маринованных огурчиков (а они стояли рядом и выглядели очень аппетитно). Он по секрету признался нам, что, когда он лакомится маринованными огурчиками, у него возникает сильное желание выпить водочки. «А ведь вам еще предстоит исполнять музыкальные пьесы на ваших электронных инструментах», – предостерег Дмитрий Яковлевич. После посиделок в комнате № 26 мы все перешли в конференц-зал ГАИШ на второй этаж.

И тут произошел досадный конфуз. В МГУ было два типа розеток: на 127 и на 220 вольт. Они отличались конфигурацией контактных щелей, поэтому, если использовать стандартные в МГУ электрические вилки, перепутать розетки невозможно. Но мы, как настоящие радиолюбители, естественно, не пользовались стандартными электрическими вилками, а включали наши электронные инструменты, напрямую втыкая концы силовых проводов в контактные щели розетки. И вот мы на сцене ГАИШ. Я – с электрогитарой, Витя – с электрофоном. Раздаются аплодисменты сидящих в зале наших учителей, которые с нетерпением ждут электронной музыки (это был 1961 год, и тогда электронная музыка была уникальным явлением в нашей жизни). Мы включаем нашу аппаратуру, которая рассчитана на питание напряжением в 127 вольт, в розетку, соответствующую 220 вольтам (от волнения мы перепутали розетки). Естественно, аппаратура перегорает и наше выступление позорным образом проваливается. В зале раздается гомерический смех и новые продолжительные аплодисменты наших учителей, которых все это сильно позабавило. Такого острого чувства стыда я, пожалуй, никогда в жизни не испытывал. Мы с Витей что-то пролепетали в порядке извинения и быстро ретировались. Потом наши учителя нас успокаивали – говорили, что они от того, что произошло, получили гораздо большее удовольствие, чем если бы мы выступили успешно. Но это нас мало утешало. Мы приняли решительные меры по усилению надежности нашей аппаратуры и весной на праздновании Первомая выступили весьма успешно. Таким образом, мы с Витей смогли реабилитироваться перед нашими дорогими учителями, которых мы очень уважали и любили.

Я предложил Вите, одному из ведущих исследователей ядер активных галактик, использовать мой «красный» клиновидный интерференционный фильтр для наблюдений ядер сейфертовских галактик в частотах континуума и эмиссионных линий. Мы начали эту программу наблюдений летом 1970 года на телескопе ЗТЭ (зеркальный телескоп имени Энгельгардта) с зеркалом диаметром 1,25 метра. Использовалась стандартная методика дифференциальных фотометрических наблюдений с привязкой к звездам сравнения. Это давало нам возможность выразить интенсивность эмиссии H_α в абсолютных энергетических единицах, причем с весьма высокой точностью, раз в десять лучшей, чем при обычных спектральных фотографических наблюдениях (в те годы еще не было ПЗС-матриц и спектры астрономических объектов получались в основном фотографическим методом). Принципиально важно то, что мы в наших наблюдениях могли независимо следить за изменениями интенсивности линии H_α и континуума. При классических спектральных наблюдениях обычно получают лишь эквивалентную ширину линии, то есть интенсивность линии, выраженную в долях интенсивности соседнего континуума, что не позволяет независимо изучать переменность линии и континуума.

Первые же ночи наблюдений показали, что интенсивность линии H_α переменна на временах в несколько суток для всех исследуемых ядер выбранных нами сейфертовских галактик NGC4151, 3516, 1068. Причем амплитуда этой переменности значительно превосходит ошибки наблюдений. Дальнейшие наблюдения обнаружили следующую закономерность: хотя и континуум, и линия H_α меняются хаотически, между этими изменениями существует корреляция. Изменения интенсивности линии повторяют изменения интенсивности континуума, но с запаздыванием на время, величина которого для разных галактик составляет от десяти до тридцати суток. Мы сразу сообразили, что это время запаздывания Δt представляет собой время пролета жестких ионизирующих квантов от центрального компактного объекта (по современным данным – это сверхмассивная черная дыра) до газовых облаков, излучающих в частотах линии H_α.

Все эти результаты, по мере накопления наблюдательных данных, мы с Витей Лютым опубликовали в 1970–1973 годах в двух изданиях: в советском «Астрономическом циркуляре» и в международном журнале Astrophysical Letters. В течение десяти лет не было никакой реакции международной астрономической общественности на эти наши статьи. Мы также доложили наши результаты на научном семинаре И. С. Шкловского. Иосиф Самуилович положительно оценил нашу работу. Однако большинство сотрудников ГАИШ отнеслись к нашим результатам с большим сомнением. Казалось невероятным, что объем газа в центре галактики размером в парсеки может менять интенсивность излучения на столь коротких временах, порядка нескольких суток. Ведь один парсек равен 3,26 светового года, и изменения в разных частях столь большого объема газа должны усредняться. Никакой быстрой переменности линий излучения быть не должно. Поэтому, хотя французские астрономы Андрийя и Суфрен в 1969 году обнаружили переменность линий в ядре галактики NGC3516 на временах в десятки лет, трудно было поверить в то, что линии в ядрах галактик могут меняться на временах порядка нескольких суток.

Но мы были уверены в наших результатах, поскольку точность наших наблюдений была высока. И, несмотря на этот «заговор молчания», мы продолжали накапливать наблюдательный материал по быстрой переменности линий в спектрах ядер сейфертовских галактик. И только когда в астрономии стали применяться панорамные, координатно-чувствительные фотоэлектрические приемники излучения, наши результаты по быстрой переменности линий в спектрах ядер сейфертовских галактик были подтверждены. И что нас особенно порадовало, был подтвержден открытый нами эффект запаздывания переменности линий относительно переменности континуума. Этот эффект лег в основу метода определения масс сверхмассивных черных дыр методом эхокартирования. Суть этого метода состоит в том, что, зная время пролета ионизующих квантов Δt от центрального компактного объекта до газовых облаков, окружающих его, мы, путем умножения Δt на скорость света, можем оценить расстояние от центральной черной дыры до газовых облаков – «пробных тел», двигающихся в гравитационном поле черной дыры: r ≈ c ∙ Δt. По ширине эмиссионных линий оцениваются характерные скорости v газовых облаков, поскольку линии уширены из‑за действия эффекта Доплера. Зная скорости газовых облаков v и их характерное расстояние r до центральной черной дыры, можно найти массу черной дыры:

где G – универсальная гравитационная постоянная. В настоящее время метод эхокартирования является одним из самых надежных методов определения масс сверхмассивных черных дыр в ядрах большинства удаленных галактик, для которых разрешающей способности телескопа недостаточно, чтобы непосредственно увидеть пробные тела (звезды, газовые диски, газовые облака), двигающиеся в гравитационном поле центральной черной дыры. Этим методом измерены массы более сотни сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Приятно сознавать, что в основе этих результатов лежит открытый нами с В. М. Лютым в 1970 году эффект запаздывания переменности линий относительно переменности континуума в спектрах активных ядер галактик. На эти наши работы имеется много ссылок в мировой научной литературе. Программа поиска эффекта запаздывания в ядрах галактик была включена в программу наблюдений космического телескопа «Хаббл». С помощью наземных оптических телескопов ведется многолетняя международная программа координированных спектральных и фотометрических наблюдений активных ядер галактик, нацеленная на поиск эффектов запаздывания. От ГАИШ в этой программе активно участвует профессор Н. Г. Бочкарев.

Илл. 15. Крымская станция ГАИШ, башня 125-сантиметрового рефлектора ЗТЭ

Как астроном-наблюдатель, хочу рассказать о той атмосфере творчества и вдохновенного труда, которая царила на Крымской станции ГАИШ МГУ – нашей главной наблюдательной базе.

До 13 часов дня на территории станции запрещено шуметь и громко разговаривать, поскольку астрономы-наблюдатели до этого времени отдыхают. Между 13 и 14 часами мы обычно шли завтракать (обедать) в столовую Крымской астрофизической обсерватории АН СССР, расположенной по соседству с нашей станцией. При этом в столовой можно было услышать такой странный, на первый взгляд, разговор между наблюдателями: «Ты повесился?» «Нет еще, я буду вешаться ближе к вечеру». В переводе на нормальный язык этот сленг означает: «Ты прикрепил (повесил) свой прибор к телескопу?» «Нет еще, я это сделаю ближе к вечеру». Или вот еще один забавный диалог: «Ну, как вчера небцо?» «Безнадега. Только под утро удалось порубиться». Это означает: «Было ли вчера ночью ясное небо?» «Нет. Почти всю ночь небо было затянуто облаками. Только под утро облака разошлись, и мне удалось интенсивно понаблюдать перед самым рассветом». После посещения столовой мы, по пути на станцию ГАИШ, обычно заходили в главное здание КрАО, встречались и общались с нашими друзьями и коллегами из КрАО, а также посещали библиотеку КрАО, в которой часто выставлялись новейшие публикации по астрономии. Мы также посещали научные семинары КрАО, например семинар по физике звезд, руководимый выдающимся астрономом и прекрасным человеком Роальдом Евгеньевичем Гершбергом. Когда в КрАО организовывались всесоюзные или международные научные конференции, мы также старались их посещать. Все это помогало нам быть в курсе новейших достижений в области астрономии.

К наблюдениям мы начинали готовиться примерно за час до наступления темноты, а перед этим иногда нам удавалось часок поспать, чтобы бодрее себя чувствовать во время ночных наблюдений. На каждом телескопе существует расписание для наблюдателей, которое неукоснительно выполняется: каждому наблюдателю выделяются определенные ночи для наблюдений на данном телескопе. Наблюдатель должен установить (повесить) свой прибор на телескоп и каждую ясную ночь проводить наблюдения своих объектов. При этом необходимо использовать каждую ясную ночь. Пропустить ясную ночь без уважительной причины считается верхом позора. При наблюдениях время бежит незаметно, поскольку внимание наблюдателя сосредоточено на выполнении ответственных операций: наведении телескопа на исследуемый объект и звезды сравнения, переключении светофильтров, регулировке рабочей длины волны клиновидного интерференционного фильтра (в моей наблюдательной программе), регистрации показаний измерительных приборов и фиксации моментов времени наблюдений. Только к концу наблюдательной ночи, когда начинает значительно возрастать отсчет сигнала от фона неба, чувствуется некоторая усталость. Обычно в этот момент, несмотря на то что рассвет еще не наступил, наблюдения прекращаются, наблюдатель выключает часовое ведение телескопа, отключает свой прибор от сети, закрывает купол и отправляется спать. Однако часто мы не ложились спать до восхода Солнца. Уж очень красиво и величественно выглядит появление этого дневного светила из-под горизонта! Возможность любоваться восходом Солнца была для нас наградой за труд во время наблюдательной ночи. Впрочем, не всем молодым астрономам нравились ночные наблюдения. Одна студентка-практикантка из Казанского университета по имени Альфия после нескольких ночей наблюдений заявила, что она будет заниматься исследованием Солнца, а не звезд, чтобы иметь возможность проводить свои наблюдения днем, а ночью спокойно отдыхать. Когда через несколько лет я снова встретил ее в КрАО и спросил, довольна ли она своей работой в области солнечных исследований, она ответила, что нет, не довольна. Оказывается, чтобы наблюдать Солнце, нужно очень рано вставать, чтобы проводить наблюдения в ранние утренние часы, когда земная атмосфера еще не успела прогреться солнечными лучами и потому в ней нет значительных турбулентных движений, приводящих к искажению изображения Солнца. Но в ранние утренние часы так сладко спится! Поэтому вставать очень рано утром гораздо мучительнее, чем наблюдать целую ночь. Такова специфика нашего астрономического труда.

Илл. 16. На Крымской станции ГАИШ. 1980 г. Слева направо: В. А. Липовецкий, В. Л. Афанасьев, М. А. Аракелян, А. М. Черепащук, А. К. Кривошеин

Сейчас в связи с возможностью применения ПЗС-приемников излучения, компьютеров и систем дистанционного управления телескопами процесс астрономических наблюдений значительно облегчился. Но при этом астроному при исследовании звезд и галактик все равно приходится не спать по ночам.

Как уже было сказано выше, главный принцип астронома-наблюдателя – это использовать каждую ясную ночь. Особенно важно соблюдать этот принцип нам – исследователям затменных переменных звезд. Затменные минимумы на кривой блеска сравнительно узкие, а орбитальный период затменной двойной системы в подавляющем большинстве случаев не кратен суткам. Поэтому моменты затменных минимумов (наблюдения которых наиболее интересны) приходятся то на ночное время, то на дневное. И если вам не повезло с погодой при попытке наблюдать затменный минимум в данную ночь, то следующую ночь, когда реализуется затменный минимум, приходится ждать довольно долго. Однажды мне повезло: была ясная погода, и затменный минимум моей тесной двойной системы приходился как раз на середину ночи. И надо же было случиться тому, что как раз в начале этой наблюдательной ночи на моем телескопе АЗТ-14 вышел из строя кварцевый генератор, который синхронизирует электродвигатель часового ведения телескопа. В результате синхронный электродвигатель стал сильно греться и появилась угроза его выхода из строя. А терять эту наблюдательную ночь мне было никак нельзя. И я придумал простое решение возникшей проблемы: налил воды в ведро и мокрую тряпку положил на горячий электродвигатель. Через некоторое время тряпка высыхала, я ее снова смачивал в воде и снова клал на электродвигатель.

В итоге мне удалось успешно провести наблюдения в эту ночь, и я, уставший, но довольный, отправился отдыхать. Утром меня разбудил разгневанный главный механик станции Михаил Константинович Коленцев и объявил, что я испортил электродвигатель часового ведения телескопа: вода от влажной тряпки попала на обмотку статора двигателя, изоляция испортилась и электродвигатель перестал функционировать. Я пришел в ужас: завтра на Крымскую станцию ГАИШ должен приехать мой шеф, профессор Д. Я. Мартынов, и он планировал проводить свои наблюдения как раз на телескопе АЗТ-14, часовой механизм которого был испорчен по моей вине! Но Михаил Константинович, после того как он меня обматерил, сразу же помог исправить мою ошибку. Он посоветовал мне пойти в КрАО к Павлу Федоровичу Чугайнову, у которого было несколько старых электронных самописцев, вышедших из строя. В каждом из них имеется синхронный электродвигатель. И если Павел Федорович извлечет из самописца такой двигатель для меня, то Михаил Константинович готов быстро приспособить двигатель к моему телескопу. Так и произошло: Павел Федорович снабдил меня синхронным электродвигателем, а Михаил Константинович установил его на телескопе, и к вечеру телескоп был готов для наблюдений. На следующий день на личном автомобиле приехал Дмитрий Яковлевич со своей супругой Таисией Диомидовной. Он был в радостном и приподнятом настроении от сознания того, что ему удалось на своем автомобиле, а не на поезде добраться из Москвы до Крымской станции ГАИШ. И как я был рад от сознания того, что благодаря помощи М. К. Коленцева и П. Ф. Чугайнова я своей оплошностью не испортил настроения моему дорогому шефу!

Михаил Константинович Коленцев был великолепным механиком, который в любое время дня и ночи был готов исправить возникшую поломку на телескопе. Все его очень любили и ценили. Хотя иногда и ему доставались упреки от активных наблюдателей. Например, в книге записей наблюдателей на 1,25‑метровом телескопе 3ТЭ до сих пор хранится гневная запись профессора В. И. Мороза: «Шарахнуло клавишей по голове. Жаль, что на моем месте не было Коленцева». Поясняю: на верхней части трубы закрепляются клавиши (переносные пульты) с кнопками управления телескопа. Когда телескоп находился в вертикальном положении, одна из клавиш, ввиду неполного закрепления, упала на голову уважаемого профессора… Но Михаил Константинович на критику не обижался. Как для любого классного специалиста, главным для него было дело. При этом он имел всего девять классов образования. Это был настоящий талант-самородок.

Про него я услышал такую историю. Успехи Михаила Константиновича как механика по обслуживанию телескопов стали известны в КрАО, и местная партийная организация предложила ему вступить в члены КПСС. Но Михаил Константинович отказался, заявив, что он еще не дорос до такой чести. Через некоторое время начальник Крымской станции ГАИШ Э. А. Дибай издал приказ о переводе механика М. К. Коленцева на должность инженера. Михаил Константинович очень гордился назначением его на должность инженера: он всем показывал приказ об этом назначении и подчеркивал, что он достиг должности инженера, имея образование всего девять классов. После назначения инженером Михаил Константинович, почувствовав, что он достиг соответствующего уровня (перешел из рабочих в инженеры), пошел в парторганизацию и попросился вступить в ряды КПСС. Но там ему сказали: «Э, нет, теперь ты не рабочий, а инженер, а для инженеров у нас очередь. Мы можем лишь поставить тебя на очередь, и ждать придется несколько лет». Михаил Константинович плюнул с досады и отказался подавать заявление на очередь. Так он и остался беспартийным. Таковы были парадоксы того времени (1960–1970).

Мы на Крымской станции ГАИШ не только напряженно работали, но и отдыхали. В свободное от наблюдательных программ время мы ходили в походы по различным местам Крыма, посещали студентов и сотрудников расположенной по соседству базы практики геологического факультета МГУ, ездили на крымское побережье и купались в Черном море.

Однажды мы с Борей Артамоновым, который тогда был наблюдателем Крымской станции ГАИШ, а сейчас он – кандидат наук, заведующий лабораторией ГАИШ, поехали в Ялту к друзьям и хорошо там повеселились. Вернувшись домой, мы обнаружили, что у нас осталось всего десять рублей на двоих, на которые нам нужно было прожить три недели. Что делать? И Боря предложил гениальное решение нашей проблемы. Мы накупили макарон и заплатили вперед за молоко, которое по низким ценам нам поставляли местные владельцы коров. И так в течение трех недель мы питались вареными макаронами с молоком. Хотя я потом долго смотреть не мог на эти паршивые макароны, можно сказать, что мы успешно вышли из нашего затруднительного материального положения. Еще одна забавная история также связана с Борей Артамоновым. Нам часто приходилось сидеть по ночам в башне телескопа и ожидать, когда разойдутся облака (даже часть ночи мы старались использовать для наших наблюдений). Чтобы не скучать, мы пили чай или кофе, а также слушали радио и играли на гитаре. Однажды мы попробовали с помощью нашего телескопа АЗТ-14 навестись на туристическую базу, расположенную неподалеку от нашей станции. На этой турбазе часто останавливались на ночной отдых группы туристов, следующих из Симферополя на крымское побережье в город Алушту. Наведясь на эту турбазу, мы увидели, что вокруг костра отдыхают парни и девушки, причем в наш телескоп мы смогли отчетливо видеть все детали их поведения: кто-то пьет чай, кто-то закусывает, кто-то причесывается, кто-то открывает банку со сгущенкой и т. п. Мы, конечно, отдавали себе отчет в том, что подсматривать нехорошо. Но, по молодости, наше любопытство взяло верх, и мы в деталях изучили поведение наших соседей. А затем, взяв гитару, мы заявились в ним в гости и стали поражать их нашей осведомленностью об их быте. Ошеломленные туристы спрашивали: «Откуда вы все о нас знаете?» А мы, загадочно улыбаясь, отвечали: «Мы – астрономы, мы общаемся с космосом, поэтому должны все знать». Надо ли говорить о том, что нам был обеспечен полный успех у наших новых друзей. Тем более что Боря Артамонов, как перворазрядник по спортивной гимнастике, был божественно красив. Кроме того, он мог долго стоять на руках вниз головой, а я играл на гитаре.

Крымский воздух не только благотворно влиял на научную деятельность астрономов, но и способствовал формированию счастливых семейных пар. Вспоминаю такую историю. Мы, молодые аспиранты и сотрудники ГАИШ и КрАО, сидим вечером на ступеньках у входа в башню 1,25‑метрового телескопа ЗТЭ ГАИШ. И видим, как по дорожке, ведущей к этому телескопу, поднимается группа загорелых, красивых девчат, одетых в шорты и легкие кофточки. Мы, конечно, насторожились и приободрились, заглядевшись на эту красоту. Девчата оказались студентками геологического факультета МГУ, приехавшими для прохождения производственной практики на расположенной неподалеку от Крымской станции ГАИШ базе практики геологического факультета МГУ. И вот от этой группы девчат отделяется одна (самая красивая) и спрашивает: «Мы хотим видеть Эдика Витриченко». А Эдик, сотрудник КрАО, как раз сидел в нашей компании. Он, конечно, с радостью представился девочкам (Эдик к тому времени только что развелся со своей первой женой – капризной красавицей одесситкой). Эта самая красивая девочка (по имени Оля) протягивает Эдику конверт с письмом и говорит: «Это письмо от вашего друга Бори Артамонова из Москвы. Он просит вас, Эдик, как сотрудника КрАО, показать нам небо в телескоп». Эдик вскрывает конверт, достает оттуда письмо, разворачивает и видит на чистом листе бумаги всего три слова: «Эдик! Выбирай любую!» Он с умным видом говорит: «Тут Боря пишет, что вы, девочки, интересуетесь такой замечательной наукой, как астрономия. Это очень похвально. Ну что же, я готов показать вам в телескоп самые интересные объекты Вселенной». И Эдик уводит всех девчат сначала на башню одного из телескопов КрАО, долго и вдохновенно рассказывает им об астрономии, показывает в телескоп звезды, Луну и планеты, а затем ведет всех к себе домой на чай. После чая девушки уходят, а одна (самая красивая, по имени Оля) остается с Эдиком. Как оказалось, Оля тоже недавно развелась со своим первым мужем. В итоге Эдик и Оля поженились, у них родилось двое детей. Так под небом Крыма зародилась еще одна счастливая семья.

Мы, аспиранты и молодые научные сотрудники ГАИШ, бывая в Крыму, часто любовались красивой супружеской парой Боярчуков. Директором КрАО в те годы был академик Андрей Борисович Северный, который весьма благожелательно относился к нашей Крымской станции ГАИШ, за что мы ему очень благодарны. Александр Алексеевич Боярчук был одним из заместителей директора КрАО. В то время о его демократичности и открытости ходили легенды. Говорили, что мало кто из сотрудников КрАО звал его по имени и отчеству – для всех он был просто Саша Боярчук. Однажды один из научных сотрудников, командированный в КрАО, решив получить подпись заместителя директора на своем командировочном удостоверении, долго не мог узнать отчество А. А. Боярчука у сотрудников КрАО. Для Маргариты Евгеньевны Боярчук характерны жизнерадостность и оптимизм. Она очень любит Крым. Однажды на вечеринке, произнося тост, она подчеркнула, что крымским воздухом нужно не просто дышать, его надо пить!

В аспирантские годы пришлось мне поработать и учителем физики в средней школе поселка Научного, соседствующего с КрАО. Местный учитель физики был направлен на двухмесячные курсы повышения квалификации, и руководство школы предложило мне поработать вместо него в сентябре–октябре. Поскольку для меня дополнительный заработок был нелишним, я согласился. Преподавать физику мне пришлось в шестом и седьмом классах (младших), а также в восьмом–десятом классах (старших). В старших классах я быстро наладил дисциплину, вызвав к доске наиболее разболтанных учеников и дав им трудные задачи. Подержав их перед всем классом и продемонстрировав их беспомощность в решении трудных физических задач, я легко добился порядка в классе и уважения к себе со стороны учеников. Но я сделал большую ошибку, применив этот метод в младших классах. Оказывается, у учеников шестых–седьмых классов еще не развито чувство собственного достоинства и демонстрация их беспомощности в решении трудных задач не позволяет их укротить. Упоминание о том, что они – нерадивые ученики и плохо соображают, младшеклассников нисколько не огорчает, а, наоборот, веселит их и привлекает внимание всего класса. Поскольку учитель, как минер, ошибается один раз, сделав в начале своей педагогической карьеры эту ошибку, я так и не смог наладить дисциплину в младших классах. Ученики здесь меня не принимали всерьез на протяжении всего времени моей педагогической работы.

В начале 1970‑х годов Крымскую станцию ГАИШ посещал Рашид Сюняев, который, будучи теоретиком, старался ознакомиться с методами фотометрических наблюдений рентгеновских двойных систем. Сидя по ночам вместе с Витей Лютым около счетчика фотонов, он не переставал восхищаться тем, как это астрономам-наблюдателям удается регистрировать практически каждый фотон, приходящий из глубин космоса. Рашид тогда еще не осознавал того, что он обессмертил свое имя в науке, опубликовав в 1970–1972 годах совместно со своим учителем Я. Б. Зельдовичем две основополагающие статьи с описанием нового космологического эффекта, ныне именуемого как эффект Сюняева–Зельдовича. Рашид быстро завоевал доверие и уважение среди астрономов-наблюдателей и принимал участие во всех общественных мероприятиях на Крымской станции ГАИШ (поездки на море, вечеринки с игрой на гитарах, прогулки по различным местам Крыма и т. п.).

В 1971 году наступила эра рентгеновской астрономии – начал работать на орбите вокруг Земли специализированный американский рентгеновский спутник Uhuru. С его помощью было открыто около трех сотен компактных рентгеновских источников, большинство из которых представляют собой рентгеновские двойные системы. Рентгеновская двойная система состоит из нормальной оптической звезды, типа нашего Солнца, и релятивистского объекта – нейтронной звезды или черной дыры, находящегося в режиме аккреции вещества, поставляемого спутником – нормальной звездой. Вокруг релятивистского объекта образуется аккреционный диск (аккреция – это падение вещества в гравитационном поле релятивистского объекта). Из-за огромного гравитационного потенциала вблизи релятивистского объекта скорости движения вещества во внутренних частях аккреционного диска достигают гигантских значений, порядка скорости света. Взаимное трение газовых потоков и их столкновения приводят к разогреву плазмы до температур в десятки миллионов градусов и огромному выделению энергии в виде квантов рентгеновского излучения. Поэтому рентгеновская двойная система видна как мощный источник рентгеновского излучения. Если релятивистский объект – быстро вращающаяся нейтронная звезда с сильным магнитным полем, в рентгеновской двойной системе может наблюдаться феномен рентгеновского пульсара.

На это впервые обратили внимание азербайджанские астрономы П. Амнуэль и О. Гусейнов. В этом случае мощное рентгеновское излучение строго промодулировано периодом вращения нейтронной звезды. Если же в рентгеновской двойной системе имеется черная дыра, феномена рентгеновского пульсара не должно наблюдаться ввиду того, что черная дыра обладает лишь горизонтом событий и не имеет твердой наблюдаемой поверхности с «привязанным» к ней магнитным полем. От аккрецирующей черной дыры могут наблюдаться лишь хаотические изменения рентгеновского излучения на временах вплоть до 10^-3 секунды. Кроме того, от аккрецирующей черной дыры могут наблюдаться квазипериодические (но не строго периодические) осцилляции рентгеновского излучения. Большинство описанных особенностей аккрецирующих нейтронных звезд и черных дыр были предсказаны и описаны в знаменитых работах академика Я. Б. Зельдовича и его учеников в конце 1960‑х и начале 1970‑х годов, до начала эры систематических рентгеновских наблюдений неба. И все эти теоретические предсказания блестяще подтвердились наблюдениями. Благодаря этим теоретическим предсказаниям природа компактных рентгеновских источников была быстро понята, и был сделан вывод об открытии рентгеновских двойных систем. За эти открытия руководитель рентгеновского космического эксперимента Uhuru профессор Риккардо Джиаккони в 2002 году был удостоен Нобелевской премии. Тематика, посвященная черным дырам, нейтронным звездам, аккреции, рентгеновским двойным системам, активно обсуждалась на Объединенном астрофизическом семинаре. Мы, молодые сотрудники ГАИШ, регулярно посещали этот знаменитый семинар, что позволяло нам быть в курсе всех новейших данных.

На меня особое впечатление произвела работа Я. Б. Зельдовича, опубликованная в 1964 году в Докладах АН СССР, об аккреции вещества на черную дыру. Здесь было показано, что несферическая аккреция вещества на черную дыру может приводить к гигантскому выделению энергии. В работе И. Д. Новикова и Я. Б. Зельдовича, вышедшей в 1966 году, было предсказано мощное выделение энергии в виде рентгеновского излучения при несферической аккреции вещества на релятивистские объекты. В 1966 году Я. Б. Зельдович и О. Х. Гусейнов опубликовали список тесных двойных систем, которые, возможно, содержат черные дыры. Здесь же было отмечено, что, изучая движение оптической звезды в двойной системе с невидимым спутником, можно оценить массу этого спутника. Меня эти работы очень взволновали – стало ясно, что черные дыры, несмотря на то что они «черные», можно реально наблюдать в рентгеновском диапазоне спектра, а по движению оптической звезды в двойной системе можно определять их массы и тем самым отличать черные дыры от нейтронных звезд. Как известно, под черной дырой понимается область пространства-времени, гравитационное поле которой столь сильно, что никакой сигнал, даже свет, не может вырваться из нее на пространственную бесконечность. Согласно современным представлениям, если масса ядра звезды, претерпевшего термоядерные превращения, превышает три солнечные массы, то в конце эволюции звезды образуется черная дыра. Если же масса этого ядра менее трех солнечных, то в конце эволюции такой звезды образуется нейтронная звезда или белый карлик. Поэтому возможность «взвешивать» релятивистские объекты превращает тесные двойные системы в мощный инструмент исследования принципиально новых объектов во Вселенной – черных дыр. Для меня, специалиста по физике тесных двойных систем с пекулярными компонентами, это был настоящий подарок судьбы. Важно было не упустить выпавший на мою долю шанс. И я этот уникальный шанс включиться в работы по релятивистской астрофизике постарался не упустить.

В 1969 году в «Астрономическом журнале» вышла статья Я. Б. Зельдовича и Н. И. Шакуры об аккреции вещества на одиночную нейтронную звезду без магнитного поля, в которой была дана интерпретация спектра рентгеновского излучения источника Sco X-1 – первого компактного рентгеновского источника, обнаруженного за пределами Солнечной системы. В том же 1969 году была опубликована статья Г. С. Бисноватого-Когана и А. М. Фридмана по теории аккреции вещества на замагниченную нейтронную звезду. В 1972 году вышла в свет работа Н. И. Шакуры по теории дисковой аккреции вещества в двойных системах на релятивистские объекты. В 1973 году появилась ныне знаменитая статья Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева по теории аккреционных α-дисков. В 1972 году английские астрономы Дж. Прингл и М. Рис опубликовали статью о дисковой аккреции вещества на релятивистский объект. В 1973 году И. Д. Новиков и К. Торн (США) построили теорию дисковой аккреции вещества на релятивистский объект с учетом эффектов Общей теории относительности (ОТО). Следует особо отметить, что еще в 1967 году И. С. Шкловский указал на рентгеновский источник Sco X-1 как на возможную аккрецирующую нейтронную звезду в двойной системе. Этот «звездопад» блестящих работ непрерывно подпитывал мой интерес к проблеме исследования рентгеновских двойных систем.

В 1972 году с борта спутника Uhuru была открыта первая затменная рентгеновская двойная система Cen X-3. Система в рентгеновском диапазоне спектра показывает строго периодические затмения П-образной формы, что свидетельствует о том, что затмеваемый объект имеет очень малые размеры по сравнению с радиусом затмевающей звезды. Период следования рентгеновских затмений составил ~ 2,1 суток, причем в середине затмений рентгеновская светимость объекта спадала почти до нуля. Рентгеновский источник в этой системе оказался рентгеновским пульсаром с периодом ~ 4,8 секунды, то есть из наблюдений прямо следовало, что рентгеновский источник в данном случае, скорее всего, является нейтронной звездой. Для определения массы рентгеновского источника в системе Cen X-3 требовалось вначале отождествить его с оптической звездой, что было весьма непросто сделать. Дело в том, что квадрат ошибок рентгеновского телескопа спутника Uhuru был весьма большим – порядка 1°. Внутри этого квадрата расположены сотни звезд, и необходимо выделить среди них одну, физически связанную с рентгеновским источником. Одним из способов решения этой трудной задачи является изучение оптической переменности звезд в квадрате ошибок. Та звезда, у которой период оптической переменности совпадает с периодом переменности рентгеновского излучения исследуемого рентгеновского источника, и может с большой вероятностью рассматриваться как оптическая компонента рентгеновской двойной системы. Изучая ее движение спектроскопическими и фотометрическими методами, можно определить массу релятивистского объекта. Прелесть двойных систем состоит в том, что именно движение оптического спутника несет основную информацию о массе рентгеновской компоненты.

В начале 1972 года в коридоре ГАИШ меня встретил Юрий Николаевич Ефремов, в дальнейшем профессор, главный научный сотрудник, лауреат Ломоносовской премии МГУ. Он сказал, что И. С. Шкловский попросил его, используя картотеку Общего каталога переменных звезд (ОКПЗ), найти в пределах квадрата ошибок системы Cen X-3 переменную звезду с периодом изменения блеска, близким к рентгеновскому периоду Cen X-3. Юрий Николаевич нашел такую звезду. Ею оказалась затменная двойная система LR Cen, орбитальный период которой с точностью до 0,4% совпадал с рентгеновским периодом системы Cen X-3. Он попросил меня, как специалиста по тесным двойным системам, определить параметры этой системы. Я с радостью согласился, и в течение нескольких дней провел анализ оптической кривой блеска системы LR Cen. Это оказалась классическая затменная двойная система типа Алголя с круговой орбитой, глубоким главным затмением и небольшим вторичным минимумом. Вне затмений наблюдались небольшие изменения блеска, обусловленные эффектами взаимной близости компонент – эффектом эллипсоидальности и эффектом отражения. Используя стандартный аппарат теории классических затменных систем, я определил радиусы компонент в долях радиуса орбиты, их относительные светимости и наклонение орбиты. Все эти параметры ничем не отличались от характеристик обычных звезд. Никаких особых аномалий я не нашел. Лишь с большой натяжкой можно было связывать высокую оптическую светимость более яркой компоненты системы с процессами аккреции вещества второй звезды на релятивистский объект. Мы честно изложили все эти результаты в нашей статье за подписью трех авторов – И. С. Шкловский, Ю. Н. Ефремов и А. М. Черепащук – и послали ее в очень авторитетный международный журнал Nature.

При этом в статье мы также отмечали, что совпадение оптического и рентгеновского периодов имеет место всего лишь с точностью до 0,4% и необходимо проверить дальнейшими наблюдениями равенство периодов с большей точностью. Журнал Nature – журнал для экспресс-информации. И если статья получает положительные отзывы рецензентов (рецензирование там очень строгое), то она быстро публикуется, в течение пары месяцев. Прождав полгода и не получив никаких известий из редакции журнала, мы, для страховки, опубликовали нашу статью в «Астрономическом циркуляре» на русском языке. Более того, И. С. Шкловский решил послать телеграмму за нашими тремя подписями в Международный центр астрономических телеграмм (это издание обозначается как IAU Circular). Телеграмма не была опубликована. И вдруг, уже в конце 1972 года, в ГАИШ приходит очередной номер Nature, в котором опубликованы две статьи по системе LR Cen: наша и еще одного, уже зарубежного автора (не буду из деликатности называть его фамилии). Поразительно то, что корректура нашей статьи (пробная версия статьи, где можно выполнять исправления опечаток) нам не присылалась. Точнее говоря, мы ее не получали (в те времена в СССР зарубежная переписка ученых строго контролировалась, и возможно, что корректура затерялась при пересечении границы). С чем была связана такая большая задержка публикации нашей статьи, остается только гадать. Но, принимая во внимание то, что наша телеграмма не была опубликована, не исключено, что эта задержка была обусловлена большой престижностью нашей публикации (первое в мире оптическое отождествление рентгеновской двойной системы) и желанием некоторых зарубежных коллег не упустить приоритет.

Так что мы, ученые, даже в советские времена жили в условиях рыночной экономики, где жесткая конкуренция существует всегда, когда речь идет о приоритетных результатах. Ирония судьбы состоит в том, что впоследствии, по мере накопления новых наблюдательных данных по системе LR Cen, выяснилось, что различие в 0,4% в орбитальном периоде этой системы и рентгеновском периоде системы Cen X-3 оказалось значимым. Таким образом, изученная нами затменная двойная система LR Cen оказалась не связанной с рентгеновским источником Cen X-3. Этот источник оставался долго (около двух лет) не отождествленным с оптической звездой. И только в 1974 году замечательному польскому астроному, работавшему в США, Войтеку Кшеминскому удалось отождествить источник Cen X-3 с сильно покрасненной за счет межзвездного поглощения горячей массивной звездой спектрального класса O. Эта звезда и соответствующая рентгеновская двойная система Cen X-3 стала называться в его честь звездой Кшеминского. Звезда Кшеминского оказалась лежащей за пределами 90-процентного квадрата ошибок, что и объяснило те трудности, которые астрономы испытали при оптическом отождествлении рентгеновского источника Cen X-3, первой открытой затменной рентгеновской двойной системы.

Первое же настоящее оптическое отождествление рентгеновской двойной системы было выполнено в 1972 году в ГАИШ Николаем Ефимовичем Курочкиным, и полгода спустя это отождествление было подтверждено американскими астрономами Джоном и Нетой Бакалл. После публикации данных по источнику Cen X-3 научная группа спутника Uhuru опубликовала данные о втором открытом ими затменном двойном рентгеновском источнике – Her X-1. Период следования рентгеновских затмений составил ~ 1,7 суток. Рентгеновский источник показывает феномен рентгеновского пульсара с периодом 1,24 секунды. В ГАИШ, помимо картотеки ОКПЗ, содержащей сведения о десятках тысяч переменных звезд, имеется также уникальная коллекция фотоснимков всего северного звездного неба, начало которой было положено нашими учителями еще в 1890 году.

Коллекция содержит свыше 60 тысяч фотопластинок, причем каждая область северного неба отснята от десятков до сотен раз. Так что эта коллекция – прекрасный материал для исследования переменных звезд. В настоящее время эта коллекция фотоснимков переводится в цифровую форму с помощью специальных сканнеров. Оказалось, что в квадрате ошибок рентгеновского источника Her X-1 содержится внесенная в ОКПЗ переменная звезда HZ Her, которая классифицировалась как неправильная переменная. Николай Ефимович померил блеск этой звезды по пластинкам фототеки ГАИШ и обработал эти значения блеска HZ Her с известным из рентгеновских данных периодом 1,7 суток. Получилась четкая регулярная кривая блеска, имеющая вид одной волны за орбитальный период с амплитудой около одной звездной величины. По форме кривая блеска HZ Her была очень похожа на кривую блеска пульсирующей переменной звезды-цефеиды. Н. Е. Курочкин вначале так и предполагал, что HZ Her – это цефеида. Однако с этим был не согласен главный специалист по исследованию цефеид Юрий Николаевич Ефремов. Он высказал идею о том, что главная причина сильной оптической переменности HZ Her – это эффект прогрева оптической звезды рентгеновским излучением аккрецирующего релятивистского объекта в двойной системе (эффект отражения). Поскольку мы с Юрием Николаевичем уже имели опыт совместного исследования затменной двойной системы LR Cen, он пришел ко мне и предложил обсудить эту идею.

Я сразу понял, что Юрий Николаевич прав. Нужно было лишь количественно обосновать огромную амплитуду эффекта отражения в системе HZ Her, поскольку в классических тесных двойных системах амплитуда оптической переменности блеска, обусловленная эффектом отражения, весьма мала (порядка нескольких процентов). Это связано с тем, что телесный угол облучаемой звезды весьма мал и она перехватывает лишь малую долю энергии облучающей звезды. Поэтому на фоне суммарного оптического излучения обеих звезд добавка, связанная с эффектом отражения, не превышает нескольких процентов. В системе HZ Her ситуация кардинально отличается от случая классической двойной системы.

Во-первых, в этой системе мощный рентгеновский источник практически не дает вклада в суммарную оптическую светимость системы, поэтому эффект отражения на оптической звезде здесь выступает в «чистом» виде. Во-вторых, рентгеновская светимость компактного объекта в 100 раз превышает светимость оптической звезды. Поэтому поток рентгеновского излучения, падающего на сторону оптической звезды, обращенную к рентгеновскому источнику, в несколько раз превышает поток собственного оптического излучения, выходящего из атмосферы невозмущенной звезды (ситуация напоминает облучение планеты Венера солнечным светом). Это приводит к тому, что часть поверхности оптической звезды, обращенная к рентгеновскому источнику, имеет среднюю температуру в несколько раз большую, чем температура невозмущенной части звезды. Благодаря орбитальному движению в двойной системе оптическая звезда поворачивается к наблюдателю то прогретой горячей, то непрогретой относительно холодной частью. Это и приводит к орбитальному изменению блеска системы HZ Her, имеющему вид одной волны за период, амплитудой около одной звездной величины. Огромная светимость рентгеновского источника в системе HZ Her вполне соответствовала предсказаниям теории дисковой аккреции вещества на релятивистский объект, сделанным в работе Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева. Препринт этой работы был опубликован в 1972 году, и с ним мы уже успели ознакомиться. Поэтому мы обсудили наши результаты по HZ Her с авторами теории дисковой аккреции. Затем мы показали наши результаты Я. Б. Зельдовичу, который воспринял их с большим интересом и рекомендовал срочно опубликовать.

Нам удалось также убедить в правильности нашей модели Николая Ефимовича Курочкина, и весной 1972 года в международном экспресс-издании IBVS появилась статья за подписью пяти авторов – А. М. Черепащука, Ю. Н. Ефремова, Н. Е. Курочкина, Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева, – в которой мы опубликовали данные по оптической переменности системы HZ Her и интерпретировали эту переменность как эффект отражения, точнее эффект прогрева поверхности оптической звезды мощным рентгеновским излучением аккрецирующей нейтронной звезды. Наша статья была опубликована довольно быстро, и на нее сразу пошли ссылки в мировой научной литературе. Полгода спустя в Astrophysical Journal Letters была опубликована аналогичная статья американских астрономов, супругов Джона и Неты Бакалл.

Астрономы часто сталкиваются с эффектом отражения в классических затменных двойных системах. Обычно величина эффекта отражения в таких системах, как уже упоминалось, невелика – составляет всего несколько процентов. Но в системе HZ Her почти 100% оптической переменности вызвано эффектом отражения. Это был первый случай в практике астрономических исследований, когда эффект отражения является определяющим и выглядит в «чистом виде». В системе Her X-1 наблюдается также долгопериодическая переменность рентгеновского излучения с периодом около 35 суток, связанная с прецессией аккреционного диска. В некоторых фазах прецессионного 35-дневного периода рентгеновский источник «выключается». Однако сильный эффект отражения в оптической переменности HZ Her при этом не выключается и остается значительным. Отсюда мы сделали вывод о том, что природа «выключения» рентгеновского излучения связана не с физическим затуханием рентгеновского источника, а с экранированием центрального рентгеновского источника внешними частями прецессирующего аккреционного диска. Таким образом, благодаря эффекту отражения мы можем судить о наличии рентгеновского излучения даже в том случае, когда рентгеновский источник не виден земному наблюдателю.

В 1972 году череда сообщений об открытиях в области рентгеновской астрономии шла непрерывно. Это было «золотое время» для развития науки о тесных двойных звездах. Ученых уже несколько лет волновала природа мощного компактного рентгеновского источника Cyg X-1, расположенного в созвездии Лебедь. Этот источник показывал быструю иррегулярную рентгеновскую переменность на временах до 0,001 секунды. Никаких признаков рентгеновского пульсара источник Cyg X-1 не показывал. Не показывал он также и регулярной затменной переменности рентгеновского излучения. Поэтому его было очень трудно отождествлять с оптической звездой. Помогла радиоастрономия. Однажды рентгеновский спектр источника Cyg X-1 испытал сильные изменения, и это явление совпало с мощной радиовспышкой от этого источника. Поскольку радиоастрономическим методом координаты радиоисточников определяются весьма точно – с точностью лучше угловой секунды, в пределах такой малой области на небе удалось найти сравнительно яркую голубую звезду примерно девятой звездной величины. В оптическом спектре этой звезды были найдены линии поглощения водорода и гелия с эмиссионными компонентами, что нехарактерно для «нормальных» звезд такого спектрального класса. Поэтому был сделан вывод о том, что это и есть оптическая компонента рентгеновского источника Cyg X-1.

Весной 1972 года в Москву с Крымской станции ГАИШ приехал Витя Лютый (он постоянно там работал). Витя показал мне свои UBV фотоэлектрические наблюдения звезды – оптической компоненты рентгеновского источника Cyg X-1. Он пытался определить по своим данным орбитальный период системы Cyg X-1, но из‑за немногочисленности наблюдательных точек это ему не удавалось сделать. Буквально на следующий день, войдя в зал библиотеки ГАИШ (я каждый день туда заходил, чтобы посмотреть новости, – тогда интернета еще не было), я увидел на выставке свежий номер журнала Nature. На обложке этого журнала красовалась картинка с кривой лучевых скоростей системы Cyg X-1 и крупными буквами было написано: Cyg X-1 – двойная система. Это была реклама знаменитой статьи английских ученых Л. Вебстер и П. Мардина, содержащейся в этом номере журнала. В этой статье авторы, выполнив спектральные наблюдения оптической звезды в системе Cyg X-1, измерили ее лучевую скорость и обнаружили, что она переменна с периодом ~ 5,6 суток и полуамплитудой ~ 70 км/с. Это прямо свидетельствовало о том, что оптическая звезда в системе Cyg X-1 вращается вокруг невидимого в оптическом диапазоне спектра и весьма массивного объекта. Я срочно информировал Витю Лютого об этой статье и о значении орбитального периода 5,6 суток. Обработав свои наблюдения с этим периодом, Витя получил хорошую регулярную кривую блеска, которая, в отличие от системы HZ Her, представляла собой двойную волну за орбитальный период с весьма небольшой амплитудой, примерно 5% от среднего значения (пять сотых звездной величины). Витя пришел в восторг от этих результатов и предложил мне быть соавтором соответствующей статьи. Но я отказался, так как мой вклад в эту работу был не очень велик. Мы договорились, что Витя в этой статье выразит мне благодарность за обсуждение работы, а также передаст мне таблицу своих фотометрических наблюдений системы Cyg X-1 для дальнейшего анализа. Этот анализ мы выполнили вдвоем с Рашидом Алиевичем Сюняевым, аспирантом Я. Б. Зельдовича, который тогда руководил отделом в Институте прикладной математики (ИПМ) АН СССР. После того как Яков Борисович одобрил нашу статью по эффекту отражения в системе HZ Her, мы старались больше общаться с ним и учениками. Яков Борисович в то время увлекался релятивистской астрофизикой (точнее, был одним из ее создателей), и его большой мечтой было открыть черную дыру. Поэтому он живо интересовался исследованиями рентгеновских двойных систем. А для нас, молодых астрономов, его экспертиза наших результатов была очень важной и полезной.

Надо особо отметить, что приход Якова Борисовича в астрофизику буквально осветил новым светом многие, казалось бы, уже изученные и ставшие классическими области этой науки. В частности, в проблеме физики звезд Яков Борисович развил новый аспект – поздние стадии эволюции звезд и формирование нейтронных звезд и черных дыр.

Наша схема рассуждений с Рашидом Сюняевым была следующей (в узком кругу мы зовем друг друга по имени ввиду многолетних дружеских отношений). Функция масс оптической звезды в системе Cyg X-1, измеренная Вебстер и Мардином, составляет 0,2 солнечной массы. То есть масса релятивистского объекта (рентгеновского источника) превышает 0,2 солнечной массы (функция масс оптической звезды в рентгеновской двойной системе является абсолютным нижним пределом для массы рентгеновского источника). Это очень малое значение нижнего предела массы релятивистского объекта. Оно не позволяет судить о том, является ли релятивистский объект нейтронной звездой или черной дырой. Нужны дополнительные ограничения на значения наклонения орбиты i в системе и на отношение масс компонент

где m_x – масса рентгеновского источника, m_v – масса оптической звезды. Особенно сильно окончательная оценка величины m_x зависит от наклонения орбиты i. Величину i можно оценить, если двойная система является затменной системой, в этом случае i близко к 90°. Однако при таких значениях i масса релятивистского объекта, оцениваемая по функции масс, получается около одной солнечной, что характерно для нейтронных звезд. Но тогда почему источник Cyg X-1 не является рентгеновским пульсаром? Тем более что, согласно теории дисковой аккреции Шакуры–Сюняева, оптическая светимость аккреционного диска должна быть относительно малой и оптические затмения в системе Cyg X-1 даже при i ≈ 90° должны иметь малую глубину, менее 1%. А кривая блеска системы Cyg X-1 имеет вид двойной волны за период амплитудой ~ 5%. Это позволило нам заключить, что главной причиной оптической переменности системы Cyg X-1 является эффект эллипсоидальности оптической звезды, которая является горячей массивной звездой спектрального класса B0Ib и для которой, ввиду ее высокой оптической светимости, эффект рентгеновского прогрева является несущественным. Эффект эллипсоидальности связан с приливной деформацией оптической звезды в гравитационном поле релятивистского объекта. В результате этой деформации звезда становится эллипсоидальной и даже грушевидной. Орбитальное движение оптической звезды в этом случае приводит к характерной переменности блеска, имеющей вид двойной волны: два максимума и два минимума за период, что как раз и наблюдается в системе Cyg X-1. Используя приближенную теорию эффекта эллипсоидальности, развитую в работах Г. Рассела, С. Чандрасекара, Д. Я. Мартынова, я по амплитуде оптической переменности системы Cyg X-1 оценил наклонение орбиты для этой системы, которое оказалось значительно меньше 90°. С этим значением i у нас получилась оценка массы релятивистского объекта m_x > 5,6 солнечной массы, что заведомо превышало значение 3 М_☉, абсолютный верхний предел масс нейтронных звезд. Поэтому мы сделали вывод о том, что рентгеновский источник в системе Cyg X-1 является черной дырой. Все эти результаты летом 1972 года мы доложили на семинаре отдела Я. Б. Зельдовича в ИПМ. Яков Борисович решительно поддержал нашу работу и рекомендовал доложить ее на ОАС. Через некоторое время мы доложили эту работу на Объединенном астрофизическом семинаре в ГАИШ. Это было мое первое выступление на ОАС. В конференц-зале ГАИШ сидели ведущие физики, астрофизики и астрономы страны. Я волновался, когда докладывал нашу работу, но доклад прошел успешно. Яков Борисович попросил Соломона Борисовича Пикельнера (он тогда был ответственным секретарем редакции «Астрономического журнала») опубликовать нашу статью вне очереди в «Астрономическом журнале». При поддержке Соломона Борисовича статья была опубликована в ближайшем номере «Астрономического журнала» в начале 1973 года. Авторы статьи: В. М. Лютый, Р. А. Сюняев, А. М. Черепащук. Кроме того, Рашиду удалось организовать через ИПМ публикацию препринта нашей статьи на английском языке. Этот препринт мы срочно разослали в ведущие мировые астрономические центры. В итоге эта статья быстро завоевала популярность, и на нее в течение последующих пяти лет шли непрерывные ссылки в международных журналах.

Кстати, почти одновременно с нашей публикацией вышла статья английского астрофизика Уокера, где он интерпретировал оптическую переменность системы Cyg X-1 как затменную переменность и сделал вывод о том, что релятивистский объект в системе Cyg X-1 является нейтронной звездой. Все последующие исследования подтвердили нашу модель системы Cyg X-1 и нашу оценку массы черной дыры. Таким образом, нам удалось выполнить одну из первых оценок массы черной дыры в рентгеновской двойной системе.

Эффекты отражения и эллипсоидальности, впервые обнаруженные нами в системах HZ Her и Cyg X-1, оказались типичными оптическими проявлениями рентгеновских двойных систем. Они широко используются при оптических отождествлениях рентгеновских двойных систем и при определении масс нейтронных звезд и черных дыр. Забегая вперед, отметим, что число открытых рентгеновских двойных систем к настоящему времени перевалило за многие тысячи, а число определений масс черных дыр в рентгеновских двойных системах превышает три десятка. В большинстве этих определений масс черных дыр для нахождения наклонения орбиты системы используется впервые предложенный нами метод анализа эффекта эллипсоидальности оптической звезды.

Яков Борисович предложил нам сделать доклад на заседании Бюро Астрономического совета АН СССР об оптических исследованиях рентгеновских двойных систем. Мы сделали такой доклад, и Бюро Астросовета поручило нам вести всесоюзную координацию оптических наблюдений рентгеновских двойных систем. Мы разослали по всем обсерваториям СССР карты окрестностей ряда рентгеновских двойных систем с выделенными звездами сравнения. Такая координация особенно стимулировала работу небольших университетских обсерваторий. В дальнейшем нами, совместно с профессором Б. В. Кукаркиным, была организована программа координации наземных и космических наблюдений рентгеновских двойных систем. Эта программа работала под эгидой Комиссии по переменным звездам Астросовета АН СССР (Б. В. Кукаркин был председателем этой Комиссии, а я – его заместителем). Мы организовали несколько всесоюзных научных конференций по итогам такой координации. Таким образом, тематика исследования рентгеновских двойных систем хорошо прозвучала в нашей стране и стимулировала активные наблюдательные программы во всех обсерваториях Советского Союза.

На юбилейной научной сессии отделения общей физики и астрономии АН СССР, проходившей 22 ноября 1972 года, Яков Борисович Зельдович сделал доклад на тему «Нейтронные звезды и черные дыры» (см. публикацию тезисов этого доклада в журнале «Успехи физических наук» (1973. Т. 110. № 2. С. 441–443)). Вот что сказал Яков Борисович об участии советских астрономов в программе исследования релятивистских объектов: «И. Д. Новиков и американский физик К. Торн развили последовательную релятивистскую теорию дисковой аккреции. В исследования включились специалисты по переменным и двойным звездам Института имени П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ) В. М. Лютый, А. М. Черепащук, Н. Е. Курочкин, вместе с членами нашей группы, интерпретирующие оптические наблюдения „обычных компаньонов“ релятивистских звезд. Возникла новая, необычайно быстро развивающаяся отрасль астрономической науки, в которой советские астрофизики достойно участвуют».

Такая оценка наших работ нас сильно радовала и вдохновляла на новые интенсивные научные исследования.