НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1983 г. / ФИЗИКА / СУБРАМАНИАН ЧАНДРАСЕКАР

Субраманиан Чандрасекар (тамилски: சுப்பிரமணியன் சந்திரசேகர்; хинди: सुब्रह्मण्यन् चंद्रशेखर)

19 октомври 1910 г. – 21 август 1995 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Уилям Алфред Фаулър)

(За теоретичните изследвания на физичните процеси от значение за структурата и еволюцията на звездите.)

Индийско-американският астрофизик Субраманиан Чандрасекар е роден в Лахор, Индия (днес Пакистан). Той е първи син и трето от десетте деца на Чандрасекар Субрамани Айар, индийски правителствен чиновник и музиковед, и съпругата му Сита Балакришнан, преподавателка по литература и лингвистика. Въодушевен от примера на чичо си, физика Венкат Раман, момчето решава да стане учен. Чандра (както го наричат) учи вкъщи под ръководството на своите родители и поканени педагози, а през 1922 г. постъпва в училище в Мадрас (днес: Ченай – бел. П. Н.), където семейството се премества през 1918 г. Като завършва училището през 1925 г., той постъпва в Президентския колеж на Мадраския университет, където избира за основен предмет физиката, интересувайки се особено от последните открития в астрофизиката. Степента бакалавър с отличие получава през 1930 г. Още в горния курс публикува през 1928 г. статия, в която анализира термодинамиката на ефекта на Комптън (по името на Артър Холи Комптън) във връзка с процесите вътре в звездите.

Като получава стипендия от индийското правителство за аспирантура в Кеймбриджкия университет, през 1930 г. Чандрасекар заминава по море за Англия. По време на дългото пътуване чете книгата на Артър Едингтън „Вътрешен строеж на звездите“, която получава като награда за участие в конкурс по физика. В тази книга британският астроном твърди, че всички звезди, когато свършат горивото, поддържащо ядрената реакция, се свиват под действието на своята маса, отделяйки излишък от енергия в пространството. Такава звезда като Слънцето се свива до бяла нажежена топка с размера на Земята, наречена бяло джудже и плътна 10 тона на кубически сантиметър, след което просто изстива, оставайки вечно неизменна по други признаци. В колежа „Тринити“ в Кеймбридж Чандрасекар изследва поведението на умиращите звезди под ръководството на физика Ралф Хауърд Фаулър и на двадесет и една година публикува три съчинения: „Конфигурация на звездните маси при силни свивания“ („The Highly Collapsed Configurations of a Stellar Mass“), „Максималната маса на идеалните бели джуджета“ („The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs“), „Плътност на белите джуджета“ („The Density of White Dwarf Stars“). В тези разработки Чандрасекар спори с Едингтън. Възгледите на Едингтън споделя до голяма степен и Фаулър, който посочва, че при свиване звездите образуват обекти с планетарен размер, които стават или бели джуджета, нажежени и съответно ярки, или кафяви джуджета, студени и доста тъмни.

По съвет на Пол Дирак Чандрасекар прекарва последната година на своите докторски изследвания при Нилс Бор в Института по теоретична физика в Копенхаген. След като получава докторска степен през 1933 г., четири години той е член на научния съвет на колежа „Тринити“. През цялото това време Чандрасекар продължава да изследва звездите.

В своите ранни изследвания Чандрасекар посочва, че големите и малките звезди се държат по различен начин, след като изгасне ядреният им огън. С помощта на квантовата механика и на теорията за относителността той анализира поведението на звездното вещество по време на неговото свиване, отделяйки особено внимание на електроните. Ако масата на звездата е достатъчно малка, гравитационното налягане, предизвикващо свиването, се уравновесява постепенно от вътрешното налягане, и звездата достига положение на равновесие с размерите на бяло джудже. Този извод е валиден независимо от това дали пресмятаме вътрешното налягане с помощта на класическата физика, където за негов източник се смята предимно топлинната енергия на електроните, или в рамките на квантовата механика, когато трябва да се има предвид величината, наречена енергия на Ферми (по името на Енрико Ферми), зависеща от плътността на електроните. Но ако масата на звездите надминава определена величина, електроните ще се свиват постепенно до такава степен, че техните скорости ще станат близки до скоростта на светлината. В резултат гравитационното свиване ще преодолее противодействащите сили и звездата ще продължа да се свива до невероятно малък размер и огромна плътност. Критичната маса на звездата, под която тя може да стане бяло джудже, е известна днес като граница на Чандрасекар. Тя надминава 1,4 пъти масата на Слънцето.

От общата теория за относителността на Алберт Айнщайн е известно, че масивните звезди, чиито размери се свиват по-малко от определен радиус, няма да позволят да излезе от повърхността им никакво излъчване. Те ще станат невидими. Изчисленията на Чандрасекар предсказват това, което днес наричаме „черни дупки“.

Към 1934 г. изчисленията довеждат Чандрасекар до още едно звездно събитие: свиваща се мъртва звезда с маса, над два или три пъти превишаваща масата на Слънцето, ще отдели толкова високо количество енергия, че превръщайки се в свръхнова, ще се взриви. Външната ѝ обвивка ще бъде изхвърлена в пространството, а остатъкът ще се свие до устойчива неутронна звезда, която не съдържа електрически заредени електрони и протони. Нейната плътност би трябвало да е около 100 милиона тона на кубичен сантиметър.

През януари следващата година, на 24 години, Чандрасекар е поканен на заседание на Кралското астрономическо дружество в Лондон, където искат да разкаже за своите изчисления. Един ден преди това той научава, че Едингтън също ще докладва на това заседание. Той и Едингтън обсъждат с месеци идеите на Чандрасекар, но Едингтън нито веднъж не намеква, че той също работи в това направление и няма намерение да оспорва публично възгледите на Чандрасекар. След като Чандрасекар завършва своя доклад, Едингтън, известен световно астроном, се изказва с дълбоко оскърбително иронично опровержение, в което отрича съществуването на „черните дупки“ като абсурдно. „Мисля, че съществува природен закон, който не позволява на звездата да се държи толкова нелепо“ – казва той.

Макар че Едингтън не потвърждава своите опровержения с нещо съществено, Чандрасекар се оказва в ужасно състояние. Никой не го защитава публично, но известни физици като Нилс Бор и Волфганг Паули, го ободряват. Той не изоставя своята работа и даже остава в приятелски отношения с Едингтйън. След като идеите му са подиграни, перспективите да заеме стабилно положение в научните английски среди стават много колебливи и през 1937 г. Чандрасекар заминава за Съединените щати, като заема длъжността научен сътрудник в Чикагския университет. През 1938 г. става адюнкт професор, през 1944 г. професор и през 1947 г. почетен професор по астрофизика.

След изследванията си за строежа на звездите Чандрасекар изследва звездната динамика, особено динамичното съприкосновение на звездите, забавянето на всяка звезда в галактиката заради гравитацията на околните звезди. Между 1943 и 1950 г. той развива теорията за преноса на излъчване, важна за разбиране на звездната атмосфера, звездната яркост и образуването на спектрални линии, а също така и за атмосферата на планетите и поляризацията на светлинните лъчи, падащи от небето в слънчев ден. По време на Втората световна война Чандрасекар е консултант на военното министерство на САЩ към изпитателния полигон в Абърдийн (щат Мериленд). Чикагският университет участва в Манхатънския проект за създаване на атомна бомба и Чандрасекар допринася за това, работейки заедно с Ферми, Джеймс Франс и други.

Освен това Чандрасекар се занимава с хидродинамика и хидродинамическата устойчивост (1952-1961 г.), с равновесието и устойчивостта на елипсовидните фигури при въртене (1961-1968 г.), а също така с общата теория за относителността и с релативната астрофизика (1962-(971 г.). Неговите изследвания за математическата теория на „черните дупки“, осъществени през 1974-1983 г., допринасят за потвърждаване на възгледите, които Едингтън опровергава през 1935 г. В действителност не е намерено нито едно бяло джудже, чиято маса да надвишава 1,4 пъти масата на Слънцето, и границата на Чандрасекаор ляга в основата на съвременната астрофизика, водейки до признаването на неутронните звезди и „черните дупки“. „Черните дупки“ се определят по излъчването от веществото, което се ускорява до много висока енергия, когато „черната дупка“ го засмуква.

През целия си живот Чандрасекар е и теоретик, и педагог. Сред неговите докторанти са Джъндао Ли и Джъннин Ян. Той е редактор на „Астрофизическото списание“ („Astrophysical Journa“) от 1951 до 1972 г. В редките си свободни дни Чандрасекар слуша класическа музика или чете.

По време на пътуването си до Индия през 1936 г. Чандрасекар се жени за Лалита Дорайсвами, стипендиантка в Президентския колеж. Получава американско гражданство през 1953 г.

Освен с Нобелова награда Чандрасекар е удостоен със зланен медал от Тихожокеанското астрономично дружество (1952 г.), със златен медал на Кралското астрономично дружество в Ландон (1953 г.), с медала Ръмфорд на Американската академия на на науките и изкуствата (1957 г.), с Кралския медал на Лондонското кралско дружоество (1962 г.), с националния медал „За научни достижения“ на Националния научен фонд (1966 г.) и с наградата Дани Хейтмън на Американското физично дружество (1974 г.). Член е на американското Националната академия на науките, на Американската академия на науките и изкуствата, на Американското астрономично дружество, на Кралското астрономично дружество в Лондон и на Лондонското кралско дружество.

Превод от руски: Павел Б. Николов