Раши́д Али́евич Сюня́ев (; ) — советский и российский учёный-, академик РАН (1992), лауреат Государственных премий РФ (2000, 2016).
Биография Родился в татарской семье уроженцев Пензенской губернии — инженера-строителя Али Сюняева и фармацевта Саиды Кильдеевой. Перед школой жил более года в казахском ауле Ошакты в Южном Казахстане у родителей матери в нескольких десятках км от Ташкента. Вернулся в Ташкент летом перед школой, надо было срочно восстанавливать знание русского языка. Учился в школе № 18, которую окончил с медалью в 1960 году. В 10-м классе стал победителем Математической олимпиады школьников Советских республик Средней Азии (ныне Кыргызстан, Таджикистан, Туркменистан, Узбекистан) и Казахстана. В составе команды Узбекистана был направлен в МГУ на Всесоюзную олимпиаду, на собеседовании по итогам олимпиады Сюняеву посоветовали поступать на Мехмат МГУ. В Московском физико-техническом институте (МФТИ) вступительные экзамены проводились на месяц раньше, чем в МГУ, поэтому он поступил в МФТИ на Радиотехнический факультет.
С 1963 года обучался на кафедре физики элементарных частиц МФТИ при Институте теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ). Одновременно, в 1964—1965 годах, работал на полставки старшим лаборантом в Лаборатории академика А. И. Алиханова в ИТЭФ. В марте 1965 года Сюняев, пройдя собеседование, стал студентом-дипломником академика Я. Б. Зельдовича, поставившем условие, что диплом будет посвящён теоретической астрофизике. В июле 1966 года Сюняев окончил с отличием Факультет общей и прикладной физики МФТИ и стал аспирантом Зельдовича в том же институте, затем сотрудником его отдела Астрофизики в Институте прикладной математики АН СССР.
В апреле 1968 года защитил кандидатскую диссертацию, в 1973 году — докторскую (обе на Учёном совете Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга при МГУ). Через год после защиты Сюняев был приглашён новым директором Института космических исследований АН СССР (ИКИ) академиком Р. З. Сагдеевым перейти в создаваемый Я. Б. Зельдовичем отдел Теоретической астрофизики ИКИ на должность заведующего сектором. С июня 1974 году Сюняев является сотрудником ИКИ.
С 1975 до 2001 год Сюняев читал лекции на кафедре космической физики МФТИ при ИКИ, которой руководил Р. З. Сагдеев, а с 1988 года — академик А. А. Галеев.
В 1987 году ВАК присуждает Сюняеву звание профессора. В 1984 году Сюняев был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1992 году — академиком РАН.
В 1982 году Сюняеву поручается создание отдела Астрофизики высоких энергий ИКИ для организации экспериментальных исследований в области рентгеновской астрономии. Я. Б. Зельдович оставался научным руководителем нового отдела до конца своей жизни (в декабре 1987 года). Сюняев руководил отделом до 2002 года, затем стал научным руководителем отдела. С 1992 года он одновременно — главный научный сотрудник ИКИ РАН.
В 1995 году Сюняев был избран членом Общества имени Макса Планка и одним из директоров Института астрофизики этого общества (MPA) в Гархинге, пригороде Мюнхена (Германия) с разрешением проводить ежегодно суммарно полгода в ИКИ РАН, что также было согласовано с руководством РАН. По рекомендациям международных комиссий первоначальный контракт с MPA до 2008 года был продлён до марта 2018 года. С этого времени Сюняев — директор-эмеритус MPA. С 2005 по 2024 год Сюняев был приглашённым профессором Института перспективных исследований в Принстоне и ежегодно работал там по два месяца.
Научная деятельность
Космология Тепловой эффект Сюняева-Зельдовича (или tSZ-эффект)Sunyaev R. A., Zeldovich Y. B. «Small-scale fluctuations of relic radiation» Astrophysics & Space Science, 1970, 7, 3—19. понижения яркости реликтового излучения в направлении на скопления галактик из-за его рассеяния на электронах горячего межгалактического газа был предсказан Сюняевым и Зельдовичем в 1970—1972 годах. Этот эффект возникает из-за поправок второго порядка по v/c (где v — тепловая скорость электронов) к эффекту Доплера при томсоновском рассеянии низкочастотных фотонов на движущихся тепловых электронах. Обсерватория Planck, Южный полярный телескоп и Атакамский космологический телескоп на высоте 5100 метров, а также усилия многих сотен экспериментаторов и наблюдателей привели к открытию более десяти тысяч скоплений галактик, проявляющих себя из-за tSZ-эффекта как тени на фоне реликтового излучения.
tSZ-эффект конкурирует с рентгеновскими наблюдениями в поиске и исследовании свойств далеких скоплений галактик, содержащих горячий газ. Амплитуда и наблюдаемый спектр понижения яркости реликтового излучения в направлении на скопления галактик не зависит от их красного смещения. В результате большинство скоплений на красных смещениях z > 1, открыты по tSZ-эффекту.
Кинематический эффект Сюняева-Зельдовича (или kSZ-эффект) позволяет измерять пекулярные скорости скоплений галактик, то есть их скорости относительно системы координат, в которой реликтовое излучение изотропно. Например, при красном смещении z = 1,5, когда скопления удаляются от нас со скоростью сравнимой со скоростью света, верхний наблюдательный предел на пекулярные скорости оказывается в сотни раз меньше, чем скорость Хаббловского расширения для тех же скоплений. Это замечательное подтверждение Принципа Коперника. Эффект Сюняева-Зельдовича становится мощным орудием современной наблюдательной космологии, теоретики предлагают все более изощренные новые методы обработки данных выполненных обзоров неба в поиске скоплений галактик и для исследования свойств крупномасштабной структуры Вселенной.
В 1969 и 1970 годах Зельдович и Сюняев указали на важный тип искажений спектра реликтового излучения, возникающих в результате любого (например, в ходе формирования крупномасштабной структуры Вселенной, аннигиляции или распада частиц темного вещества, Силковского затухания первичных возмущений плотности вещества во Вселенной) значительного выделения энергии при сравнительно малых красных смещениях z < 15 000. Зельдович и Сюняев назвали такие искажения y-искажениями спектра. Planck, SPT и ACT уже построили детальные карты распределения этих искажений по небу с различным угловым разрешением.
В 1970 году Сюняев и Зельдович указали на существование второго основного типа искажений чернотельного спектра реликтового излучения и отметили, что они должны иметь Бозе-Эйнштейновский спектр. Соответственно, они назвали их μ-искажениями. Такие искажения возникают при красных смещениях 2×10 < z < 2×10, когда комптонизация успевает перераспределить фотоны по частоте и установить равновесный Бозе-Эйнштейновский спектр излучения при заданных плотностях энергии излучения и фотонов, а рождение новых фотонов при тормозном излучении и двойном комптон-эффекте оказывается недостаточно эффективным для образования чернотельного спектра излучения. Сейчас обсуждаются возможности создания экспериментов, необходимых для обнаружения μ-искажений спектра реликтового излучения. Верхние пределы na эти искажения на уровне 6×10−5 были получены еще экспериментом FIRAS на спутнике COBEFixsen D. J., Cheng E. S., Gales J. M., et al.. В зоне красных смещений 1,5×10 < z < 2×10 формируются промежуточные (и весьма информативные) виды спектров между μ- и y-спектрамиKhatri R., Sunyaev R. A. «Beyond y and μ: the shape of the CMB spectral distortions in the intermediate epoch, 1,5 × 10 < z < 2 × 10» , Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 09, id. 016 (2012)
Сюняев и Зельдович поставили вопрос о существовании «чернотельной фотосферы Вселенной» на красном смещении z = 2×10 (оно соответствует возрасту Вселенной равному 18 летKhatri R., Sunyaev R. A. «Creation of the CMB spectrum: precise analytic solutions for the blackbody photosphere», Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 06, id. 038 (2012)) и нашли аналитическое решение, описывающее ее профиль. Любое, даже очень сильное выделение энергии при больших красных смещениях не может привести к заметным отклонениям спектра от чернотельного. Совместное действие комптонизации фотонов и их рождения вследствие двойного комптон-эффекта и тормозного излучения определяет эффективность этого процесса.
Сюняев участвовал в важных исследованиях ранней Вселенной, включая исследования по рекомбинации водорода и возникновению угловых флуктуаций реликтового излучения. В 1968 году Зельдович, Курт и СюняевЗельдович Я. Б., Курт В. Г., Сюняев Р. А., «Рекомбинация водорода в горячей модели Вселенной» , Журнал экспериментальной и теоретической физики, 1968, 55, 278—286 (Soviet Physics JETP, 1969, 28, 146—150). указали на важность сильного замедления хода рекомбинации водорода по сравнению с формулой Саха (случай термодинамического равновесия) и роль в контроле темпа рекомбинации двухфотонного распада уровня 2s в атоме водорода, заметно более эффективного, чем уход в крыло фотонов линии Лайман-альфа из-за расширения Вселенной вблизи образующейся в ходе рекомбинации «поверхности последнего рассеяния фотонов». Сюняев и Зельдович получили приближенную формулу для формы этой поверхности, которая была подтверждена и несколько уточнена в ходе измерений спутника Planck.
Сюняев и Зельдович предсказали в 1970 году также специфичные угловые флуктуации реликтового излучения — из-за существования стоячих звуковых волн в плазме ранней Вселенной и поверхности последнего рассеяния, приводящих к появлению акустических пиков в спектре мощности угловых флуктуаций реликтового излучения и барионных акустических осцилляций (БАО) в пространственном распределении массивных галактик, открытых уже более 20 лет.
Теоретическая астрофизика высоких энергий Н. И. Шакура и Р. А. Сюняев разработали модель аккреционных дисков, образующихся при падении вещества с заметным угловым моментом на компактный объект и служащих причиной сильного рентгеновского излучения от двойных систем, в которых одной из звёзд является чёрной дырой либо нейтронной звездой. Такие диски называются теперь стандартными дисками Шакуры-Сюняева. Эта теория широко используется сейчас и при исследованиях протозвездных и протопланетных дисков, а также для аккреции на сверхмассивные черные дыры в ядрах активных галактик и квазарах. Она применяется и при построении моделей наблюдательных проявлений приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами. Статья Шакуры и Сюняева 1973 года стала самой цитируемой статьей теоретической астрофизики: согласно данным NASA ADS, на нее сделано уже более 13 260 ссылокNASA ADS .
Наблюдательная рентгеновская астрономия Сюняев был инициатором создания и научным руководителем четырёх международных астрофизических обсерваторий, успешно работавших (или продолжающих работать) в космосе. В создании научных приборов для этих обсерваторий принимали участие учёные Германии, Франции, Великобритании и Нидерландов, Дании, Италии, ЕКА и США наряду с учёными и инженерами СССР, а затем России. Все они были выведены на орбиты ракетами-носителями «Протон» с космодрома Байконур (ныне Казахстан).
Сюняев возглавлял команду учёных, выполнивших детальные наблюдения на небе рентгеновских источников различной природы приборами обсерватории «Рентген» на модуле «Квант», пристыкованном в 1987 году к орбитальной станции «Мир». С помощью этой обсерватории в июле-августе 1987 года было впервые зарегистрировано жёсткое рентгеновское излучение от сверхновой (SN 1987A), связанное с распадом синтезированного при взрыве массивной звезды-предсверхновой большого количества радиоактивного никеля (0,07 массы Солнца), превращавшегося в радиоактивный кобальт и затем в железоSunyaev R., et al. «Discovery of hard X-ray emission from supernova 1987A» // Nature, 1987, 330, 227—229.. Испущенные при распадах ядер кобальта гамма-кванты испытывали многократные комптоновские рассеяния в разлетающейся оболочке сверхновой, теряли энергию и формировали необычный протяженный жесткий спектр в диапазоне от ~20 кэВ до нескольких МэВ. На более низких энергиях рентгеновские фотоны поглощались атомами тяжелых элементов в сброшенной оболочке взорвавшейся звезды.