профессор, д.ф.-м.н. Алексеев Станислав Олегович

Государственный астрономический институт имени П.К.Штернберга, Отдел релятивистской астрофизики, ведущий научный сотрудник
Физический факультет, Отделение ядерной физики, Кафедра квантовой теории и физики высоких энергий, профессор

При любом построении расширенной теории гравитации существует и развивается множество различных версий одного и того же подхода. Да и в каждой модели всегда присутствует набор параметров, принимающих различные значения. Поэтому важная часть работы - наложение ограничений на параметры расширенных моделей гравитации за счёт анализа соответствия их предсказаний существующим данным астрономических наблюдений и самосогласованного описания ранней Вселенной. Дополнительно, выявляются модели с более точными предсказаниями или с меньшим количеством точных подстроек. Так как в астрономии расстояния изменяются от размеров Солнечной системы до размеров скоплений галактик (и, вплоть, до размера Вселенной), рассматривается широкий диапазон энергий и расстояний. Сравнение корректности моделирования космологической постоянной в различных расширенных моделей гравитации развило новый метод проверки моделей темной энергии на внегалактических масштабах. Для наложения ограничений на решения расширенных теорий гравитации (в частности, теории Хорндески --- наиболее общего случая скалярно-тензорной гравитации с уравнениями поля второго порядка) используются результаты наблюдений пульсара Халса-Тейлора. Последние результаты получения фотографических изображений теней чёрных дыр в проекте Event Horizon Telescope позволили развить ещё один метод проверки и ограничения теорий гравитации, показав тот максимум, которого можно достичь, используя метрики без вращения. Даже экспериментальные данные, полученные в ходе работы Большого адронного коллайдера, можно использовать для проверки поведения расширенных теорий гравитации на масштабах физики элементарных частиц. Ранее таким способом были найдены верхние ограничения на размеры нелокальностей пространства-времени. Это направление исследований является областью научных интересов Станислава Олеговича.
 

Методы теории поля в релятивистской астрофизике

 
Посвящен разбору современных методов и подходов к построению теорий гравитации, исходя из имеющихся астрономических данных и моделей. Идея курса появилась на основании опыта двадцатилетней работы выпускника кафедры квантовой теории и физики высоких энергий в астрономическом институте на стыке теоретической физики и астрофизики. Например, понятие «темная энергия» знают все выпускники теоретических кафедр, а вот понимания того, что за этим стоят, в первую очередь, реальные данные (с реальными ошибками измерений!) по сверхновым типа IA, а не космологическая постоянная, присутствует далеко не всегда. Аналогично можно сказать и о таком понятии, как «темная материя». Поэтому и появилась идея создать курс, в котором будут обсуждаться не только современные идеи и методы построения и развития общей теории относительности и других моделей гравитации (это с успехом обсуждается и другими коллегами), но и их постоянная связь с астрофизическими явлениями.
 

Современные теории гравитации

 
Сфокусирован на связи астрофизики с ОТО и расширенных теорий. Предложенное разделение появилось, потому что именно ОТО является «эталоном» теории гравитации и находит, помимо излагаемых в традиционных курсах, новые подтверждения на различных масштабах. На масштабах Солнечной системы – это измерения значений пост-ньютоновских параметров. Данные по пульсарному таймингу, также, дают довольно жесткие верхние пределы на расширенные теории. Необходимо подчеркнуть, что данные регистрации гравитационных волн, особенно событие GW170817/GRB170817A, при котором был зарегистрирован не только гравитационно-волновой сигнал (причем на двух детекторах LIGO на разных концах США и VIRGO в Италии), но и соответствующие вспышки гамма- и радио-излучения от этого объекта, блестяще подтвердили правоту ОТО (которая лежит в основе всех соответствующих расчетов LIGO) и наложили очень жесткие ограничения на расширения ОТО. Например, считается закрытым целый класс в моделях Хорндески. Несмотря на это, дальнейшее развитие ОТО и ее расширение не потеряло свою актуальность, и студентам важно понимать, как это происходит и в настоящее время, и в недавнем прошлом. Проблема темного вещества (темная материя и темная энергия), при которой видимое вещество составляет менее 5%, ждет решения. Далее, для процесса космологической инфляции необходимо введение скалярного поля или полей (см. работы А.Линде). Для моделирования темной энергии необходимы или новые типы полей, или рассмотрение поправок по кривизне (см. работы А.А.Старобинского). Проблема квантовая ОТО также не решена, и именно для ее решения рассматривают и струнную гравитацию, и петлевую квантовую гравитацию, и набирающие популярность конформные модели. Более того, несмотря на того, что, к настоящему моменту, черных дыр на Большом адронном коллайдере не зарегистрировано, студентам полезно знать про эту историю и соответствующие модели с некомпактными дополнительными измерениями.

д.ф.-м.н. Алексеев С.О. в филиале МГУ г. Саров