Нестор Арсенов – по дългия път към мечтата за Нобелова награда

Нестор Арсенов, докторант по астрофизика към Институт по астрономия на БАН, е един от двамата докторанти, които получават стипендия от Фондация Карол Знание за участие във второто лятно докторантско училище на тема “Космически изследвания, технологии и приложения”, което ще бъде проведено от от 3 до 10 юли в Националната астрономическа обсерватория – Рожен. Организатор е секция “Космос” към Съюза на физиците в България.

Представяме Нестор Арсенов с негов разказ от първо лице.

Казвам се Нестор Арсенов и съм роден в София през 1992 г. Завърших през 2015 година бакалавърска степен по физика в Мюнхенски университет Лудвиг-Максимилиан. Вече живеех 7 години в Германия – семейството ни се премести в град Ерфурт заради работата на баща ми, когато бях на 11. Завиждах на българските си приятели, които се подготвяха за сложни изпити по английски, обсъждаха за кои интересни държави ще кандидатстват и ще започнат зрелия си живот на изцяло ново място. Аз минах по много по-уредена пътека – завършвайки гимназия в Германия, трябваше просто да се регистрирам онлайн в страницата на университета, вече на място в Мюнхен трябваше да покажа гимназиалната диплома в канцеларията и с това свършиха кандидатските премеждия.

Още преди гимназията бях решил, че ми се иска да стана астроном. Като малък кака ми не ми даваше да ѝ пипам комиските и трябваше да се задоволя с останалите и книги. Между тях беше тънка, синя, детска енциклопедия, може би на Ларуш. В началото имаше графика на слънчевата система и бях съвършено смаян, че живеем на топка, която заедно с един куп други топки се рее около друго огромно горещо кълбо. Сигурно накарах баба ми 10 пъти да ми прочете абзаца за планетите в рамките на седмица. След това намерих и други енциклопедии в къщи, които съдържаха неща за космоса. Във втори клас отидох на летен лагер в Равда. Не знам как открих там, че продаваха нова космическа енциклопедия и дадох за нея 21 лв от общо 30-те с които разполагах за 6 дни лагер. В тази енциклопедия, за разлика от предишните, имаше и малко снимки и описания на луните на външните планети, както и таблица с физическите им характеристики, тъй че бях изключително доволен с тази моя крупна инвестиция. Листовете на енциклопедията много бързо се разпаднаха от многото прелистване и набития пясък между тях, докато четях на плажа.

В Мюнхен открих, че висшата математика и теоретичната физика са прекалено големи предизвикателства за мен. Имам силен спомен как в първи курс мъдрихме в група от петима колеги над домашно по висша математика – трябваше от основни дефиниции да докажем, че ако a+b=c, то следва че също b+a=c. Единият колега успя след 4 часа мислене и изписване на 2 страници с уравнения да го докаже. Интересът ми към астрономията си остана, обаче. В Мюнхен имах преимуществото на големи възможности с избираеми лекции, професори в различни лаборатории, 3 различни университета, преподаващи физика или технически науки.

Най-интересната лекция, която имах, беше “Астробиология”. Това е интердисциплинарна наука и покрихме куп интересни неща – как би изглеждала химията на извънземен живот на различни планети, какви са методите да търсим извънземен живот, но и как да дефинираме въобще живот.

Интересен казус, който ми е останал в главата, е как се доказва, че огънят не е живо същество, въпреки, че има метаболизъм, движи се и се възпроизвежда. Посещавах един семестър и друг курс – “Филмът е като кутия с бонбони”. Занимавахме се всяка седмица да анализираме зададен филм от доцента. Лекцията беше специално предназначена за пенсионери, което не ме спря да участвам, като единствен под 60 годишна възраст, но доцентът имаше нещо против.

Като цяло обаче изпуснах да се възползвам по-добре от възможностите в моя предмет на следване. Не бях от най-добрите 50% студенти по успех във випуска и това ми тежеше психически, особено първия семестър. Бях си наложил цел да издържа всички лекции за семестъра поне от втората сесия, в противен случай просто да бъда честен със себе си, че физиката не е за мен и да запиша нещо друго. Учих яко и макар с 2 поправки успях да си издържа всички изпити, което ме мотивира да завърша следването. Но ми остана възприятието, че не съм добър студент. За бакалавърската теза се насочих към търсене на планети в други звездни системи. Доцентът, който се занимаваше с това, предложи две възможности – да направим литературен обзор (по-малко интересната) или да му помогна в намирането на планети, на основа на промяната на орбиталното време на вече открити други планети, поради гравитационното взаимодействие между тях. Това включваше работа с истински данни. Втората възможност беше далеч по-интересна, но мислих, че има голяма вероятност да не се справя и затова избрах да правя литературен обзор. Това беше грешка, но чак в последствие си давам сметка за това.

Съветът ми към млади студенти е да не се страхуват да правят това, което им се струва интересно, доцентите очакват студентите от време на време да грешат някои неща.

След като започнах мастъра се огледах за стажове в промишлеността и писах до 6 различни производители за лазери. Не получих отговори от нито един от тях, но попаднах на стажантска научна програма на Университета на Албърта, Канада, който беше побратим на моя университет. Реших да кандидатствам и за моя изненада бях одобрен.

В Албърта помагах на доцент в анализа на изображения на формиращи се звезди и усъвършенствах доста уменията си в програмирането – нещо което сам се бях научил в свободното си време и препоръчвам на всички колеги от точните науки да направят по време на следването. В края на стажа попитах доцента дали съм му бил всъщност от помощ – исках да си сверя часовника, защото ми беше интересна научната работата. Отговорът ми стигна като мотивация да се насоча обратно към целта да стана научен работник. Не кандидатствах за повече стажове в промишлеността, за сметка на това участвах в още два научни стажа преди за започна докторантурата.

До докторантурата в БАН стигнах по доста заобиколен начин. Когато завърших мастъра бях участвал в научни проекти за планети в други звездни системи и това беше нещото, от което се интересувах най-много. Кандидатствах за докторантури в четири известни научни групи – по една в Лайден, Амстердам, Берлин и Лондон. От Берлин ме одобриха, докато очаквах отговор от Лондон. Берлин ми беше фаворит, но колкото повече време минаваше толкова повече си давах сметка, че техният проект не беше особено интересен и проектът в Лондон беше този, който исках. Рискувах и отказах предложението на Берлин като се надявах от Лондон да ме приемат. Вселената обаче се обърна срещу мен и получих отказ от Лондон, оставайки между столовете. Утеха имаше в това, че доцентът в Лондон, с когото имах най-активен контакт ми предложи платен стаж за два месеца.

След стажа си намерих работа като програмист в лаборатория за медицинска диагностика в същия университет, но това го работих със съзнанието, че искам да се върна към астрофизиката и кандидатствах в рамките на година и половина за 4 докторантски позиции в Лондон. Продължаваха да ми отказват, последният път заради формалността, че съм прекарал 14 месеца вместо допустимите 12 в Англия, което противоречеше на европейското изискване за финансиране. Бях чул за две дистанционни програми за докторантури, които са без стипендия. Това щеше да изисква от мен да се върна в България, за да пестя разходи, което ми се стори всъщност доста привлекателно. Бях прекарал вече 16 години в чужбина, но все още чувствах България като вкъщи и бях любопитен дали мога с дистанционна докторантура да се реализирам успешно и да се чувствам удовлетворен в България. Когато приключи проектът в лабораторията, през есента на 2019 се върнах обратно в София.

Тук последваха още 2 години неуспешни опити за кандидатстване за дистанционни докторантури. Особено болезнено беше, когато ми липсваха 1.5 от 70 точки за приемане в докторантска програма и то защото не бях разбрал, че трябва да предам формуляр в срок. Реших обаче да се огледам какви докторантски теми се предлагат в БАН и СУ. Относно тематиката бях направил завой – екзопланетите ми се струваха все повече и повече като поле, което не е вече мистерия, но пък в космологията (вселената в най-големи мащаби) се изостряше проблем относно темпа на ускореното разширение на вселената известен като напрежение на Хъбъл.

Проблемът е значим, защото се състои в това, че дузина различни измервания на темпа на разширението вместо да водят до една стойност, се групират грубо около две различни стойности на темпа. Не сме сигурни защо се получава това, но все повече се налага хипотезата, че не става дума просто за наблюдателни неточности.

Систематиката на грешките е признак, че на основно ниво в теорията за вселената сме заложили грешна предпоставка – сиреч едно от най-важните неща за вселената, които си мислим че знаем, може би е грешно. Един от основните кандидати за грешката е принципът на изотропия и хомогенност – принципът, че вселената в най-големи мащаби трябва да е равномерна и в която посока да я погледнеш да виждаш сходни структури. Това е принцип, наложен още от Галилей, така че би било революционно ако се окаже грешен.

Позаинтересувах се от работата, която един-двамата колеги в БАН и СУ вършат в полето на космологията. Най-много допирни точки имах с доц. Люба Славчева-Михова, която е много повече от космолог, всъщност е експерт по квазари – вид свръхмасивни черни дупки в центрове на далечни галактики, чиято гравитация размазва материята с такава сила, че води до блясък 100 пъти по-силен от всички звезди в галактиката взети заедно. Дори интересно като тематика, това не беше точно това, което исках да правя аз – изследване на напрежението на Хъбъл. Но ми хрумна, че може би Люба ще иска да вкараме в проекта външен сътрудник с който да работим, съръководител, който да донесе със себе си повече тежест върху космологията. Обърнах се към д-р Андраш Ковач от Института по Астрофизика на Канарите (ИАК). След няколко месеца разговори как би изглеждала съвместната работа, успяхме да уточним проекта. С тази тема се записах като редовен докторант в БАН, а от ИАК ме одобриха като гост-докторант.

Официалното заглавие на темата на моята докторантура е “От празни пространства до квазари – значението на средата за космологията”.

Голямата част от докторантурата ми се занимава с това как галактичните купове, но и огромните празни пространства между тях, изкривяват микровълновото фоново лъчение.

Фоновото лъчение е най-старото лъчение във вселената и стига от нас от всички посоки. Това е изключително полезно защото по този начин може да го използваме като проба, един вид да освети големите структури на космоса, докато пътува към нас. От разликите във фоновото лъчение, идвайки до нас през купове и празни пространства, може да заключим какви са разликите в разпределението на маса на големи пространства, защото тя чрез своята гравитация е довела до тези изкривявания на фоновото лъчение. Завоят към напрежението на Хъбъл и големите проблеми в модерната космология е, че нещо друго, което играе роля за изкривяването на фоновото лъчение е и темпът на разширение на вселената. Хубавото на физиката, за разлика от други неща за които спорим, е че тя прави прогнози какво трябва да видим, стига теорията да е права. За наше щастие, Андраш и негови колеги са открили, че различните модели (или теории) за разширението на вселената ни дават различни прогнози за това как трябва да изглежда изкривяването на фоновото лъчение. И така, сега имаме прогноза идваща от теория А, че изкривяването трябва да е X, а от теория Б имаме прогноза, че изкривяването трябва да е Y. Това, което ние с Андраш ще се опитаме да направим, е да използваме действителни наблюдения и да видим дали техните изкривявания отговарят на стойност X или Y. Интересното е, че тази задача изисква от нас да намерим купове и празни пространства на доста по-големи разстояния от тези, на които вече сме наблюдавали празни пространства. И тук идва приносът на ръководителката ми от БАН – Люба. За да намерим празни пространства и купове на такива големи разстояния ни трябват обекти, които и да светят много силно, за да можем да ги видим. Квазарите са идеални кандидати, защото светят много по-мощно от обикновени галактики.

И така използваме квазарите за да начертаем един вид контурите на големите структури – където намерим квазари трябва да има галактични купове, където няма квазари – има празни пространства.

За в бъдеще бих искал да остана в БАН и да отворя моя научна група в полето на космологията. В момента нямаме такава, даже последният колега, който се занимавал с чиста космология е починал преди десетина години. Ако ми се позволи да си помечтая, бих имал двама или трима докторанти, които след завършването на докторантурата да ги задържа в групата.  Това е един съвършен сценарий, който ще изисква да съм някаква идеална версия на себе си, но изисква и някои неща да се променят в България по отношение на науката.

Може би най-вече, да развалим порочния кръг от ниско финансиране и заплати за учени, които водят до бягство на учени в чужбина и ниски постижения у дома, което води до липса на аргументация защо да даваме повече финансиране за наука, ако постиженията постоянно намаляват. В астрофизиката кръгът вече се разчупва, имаме в БАН и СУ няколко много активни учени, които се върнаха на работа след години в чужбина, на Рожен се строи радио телескоп, част от европейска мрежа и оптичен телескоп, който по качества ще е равен на гордостта на института – двуметровия телескоп, произведен от завода Карл Цайс, най-големият на Балканите.

Но и абсолютно разбирам, че е трудно да защитиш наука в общество, което има много по-основни нужди за задоволяване – като образование и здравеопазване. В този контекст

гледам на астрофизиката като на вид изкуство – нещо красиво, което ни интересува като общество по някакъв начин, но е важно само за шепа хора, и от него не можем да извлечем действителни материални блага за данъкоплатците.

Не се сърдя, когато хората не взимат астрофизиката насериозно. Повече ми е криво от хора в полето на космическите технологии, които вредят на астрофизиката, като например Елън Мъск. Малко известно е, че с неговите микросателити Мъск предизвиква светлинно замърсяване на небето, което дори в момента разваля наблюденията на астрономите. А плановете са му да изстреля много повече. Друг проблем е, че множеството микросателити пресичат орбита с други сателити и създават предпоставки за сблъсъци, както се оплака китайската космическа агенция след близко разминаване през 2021. Богати космически пионери като Мъск се движат правно в сива зона и излагат на риск другите участници в космическите науки. Заради това общества и правителства трябва навреме да се намесят с адекватни регулации.

След докторантурата искам да продължа с тематиката, над която работим сега – сравняване на различни модели за космоса в най-големи размери. В това влиза и търсенето на тъмната енергия – тайнственото нещо, което не сме открили, но се предполага, че кара вселената да се разширява ускорително. И за това Андраш има модела AvERA в чекмеджето, конкурент на наложения стандартен модел, с разликата, че AvERA обяснява ускорението не с тъмна енергия, а чрез това, че обемите в космоса се разширяват с различно темпо (обяснявам го много опростено, разбира се). AvERA тепърва трябва да се тества на основа на предсказанията, които прави. Проблемът на тъмната енергия, заедно с напрежението на Хъбъл, са едни от най-дискутираните проблеми на модерната астрофизика и могат да променят основни принципи на вселената, които досега сме имали за самоподразбиращи се.

Ще се чувствам много доволен, ако някой ден мога да дам принос в тези сфери, а решението на един от двата проблема сигурно ще води Нобелова награда със себе си. Би ми стигнало ако се сдобия само с Ig Нобелова награда, още известна като „алтернативна Нобелова“, която се връчва за забавни открития с минимална приложимост или стойност, които обаче изискват истински научен подход и методика.

Пример за такива наградени трудове са откритието, че пяната на бирата в чаша се разпада неекспоненциално и откритието как червата на животните вомбати успяват да произведат акита на кубчета. Колега от Тенерифе ми предложи негова идея, която разработваме в свободното време и би имала потенциал за такава награда. Най-общо мога да споделя, че трудът се върти около откриване на далечни планети с безотговорен и смахнат (според много хора) способ. Повече не мога да споделя за сега, защото сигурно вече ни подслушват тайните служби (а може би и Елън Мъск) 🙂

Кой е другият стипендиант на фондация Карол Знание за второто лятно докторантско училище на тема “Космически изследвания, технологии и приложения” – тук.