Кто поможет раскрыть главную тайну Вселенной

18 Мая 2019

МОСКВА, 18 мая —, Татьяна Пичугина. Российские ученые разрабатывают телескоп нового поколения для измерения высокоэнергичного мирового гамма-излучения. Это поможет детально исследовать центр нашей Галактики, созвездие Лебедя, другие объекты галактического диска и обнаружить признаки темной материи. Как идет работа над проектом ГАММА-400, рассказали его научный руководитель профессор Аркадий Гальпер (ФИАН, МИФИ) и заместитель научного руководителя — главный конструктор Николай Топчиев (ФИАН). Вселенские ускорители

Космическая среда пронизана электромагнитным излучением самой разной природы. Источниками могут быть солнечные вспышки, кинозвезды, пульсары, активные ядра галактик, процессы, сопряжённые с темной материей, и многое другое.

Гамма-излучение, достигающее верхних слоев земной атмосферы, — это фотоны самых более значительных энергий — от миллионов до миллиардов электронвольт. Такие же получают в ускорителях заряженных гном — например, LHC в Женеве или NIKA в Дубне. Там ускоренные частицы — протоны, легкие ядра, электроны — взаимодействуют с соединением. В результате возникают новые частицы, распадающиеся или самоаннигилирующиеся с образованием гамма-квантов высокой смелости.

Для астрофизиков гамма-излучение служит бесценным источником информации о далеких мирах. Не исключено, что оно поможет раскрыть тайну глухой материи — загадочной субстанции, обеспечивающей четверть массы Вселенной, пока недоступной прямому наблюдению в космосе и на ускорителях. Иллюстрация. Источник: проект ГАММА-400 Источники гамма-квантов — это объекты и процессы, способные разгонять элементарные частицы до релятивистских скоростей Иллюстрация. Источник: проект ГАММА-400 Источники гамма-квантов — это объекты и процессы, способные разносить элементарные частицы до релятивистских скоростейКак поймать сгусток энергии

Гамма-излучение, как и все космические частицы, кроме нейтрино, полностью поглощается в атмосфере планеты и проливается на поверхность ливнем разнообразных вторичных следов, в том числе черенковским оптическим излучением, собираемым с помощью больших наземных зеркал. По ливням можно примерно нормализовать, где находится породивший их источник.

Чтобы наблюдать галактическое гамма-излучение в чистом виде, нужно выйти за пределы атмосферы. Первые орбитальные гамма-телескопы запустили общесоветские ученые из МИФИ в 1968 и 1970 годах. Гамма-телескоп АННА-3 на спутниках Космос-251 и Космос-264 определял направление прилета и энергию каждого гамма-кванта в сепаратности.

Гамма-кванты нейтральные, и единственный способ их обнаружения — заставить взаимодействовать с веществом, измерить потраченную при этом энергию и направление прилета фотона. При этом образуется пара заряженных частиц — электрон и позитрон.

По такому принципу действовали АННА-3 и все последующие приборы. Последний советский аппарат ГАММА-1 работал на орбите с 1990 по 1992 год. Сейчас пальма соревнования у США. С 2008-го их FERMI/LAT просматривает последовательно все небо в гамма-диапазоне. 16 февраля 2016, 11:50Астроном из МГУ раскрыл тайну свечения лохматых звездАстрофизик из Московского государственного университета нашел новое повторение того, что так перечисляемые звезды Вольфа-Райе, сверхактивные малолетние или очень пожилые светила, периодически вырабатывают мощные вспышки гамма-излучения. Точность — прогресс в астрономии

Чем точнее телескоп определяет энергию гамма-квантов, чем выше его угловое разрешение, тем больше от него ценной информации.

Американский FERMI/LAT наблюдает гамма-излучение в диапазоне от ста мегаэлектронвольт до ста гигаэлектронвольт с угловым разрешением одна десятая градуса на самых высоких смелостях. Для современной астрофизики этого уже недостаточно, нужно добиваться большей точности. Эту принципиальную задачу решает российский проект ГАММА-400 при поддержке Совета РАН по космосу и Федеральной космической программы.

Новый гамма-телескоп рассчитан на смелость от 20 мегаэлектронвольт до 400 гигаэлектронвольт, максимальное угловое разрешение — одна сотая градуса. 6 января, 08:00Гулливер Вселенной: ученые рассказали о крупнейшем виртуальном телескопеКонструкция надежная, результаты новые

Как и его предшественники, ГАММА-400 состоит из двух принципиальных элементов: конвертеров гамма-квантов и детекторов электрон-позитронных пар. Первый представляет собой набор из двух десятков тонких вольфрамовых пластин, чередующихся с координатными детекторами, определяющими направление прибежа гамма-кванта.

Для ГАММА-400 Курчатовский институт предлагает использовать очень точные файберные сцинтилляционные координатные детекторы, за счет которых и будет достигнуто высокое угловое разрешение. Это позволит очень точно исходить направление прилета высокоэнергичных гамма-квантов.

Второй элемент — это большой сцинциляционный счетчик или группа счетчиков (калориметр), где поглощается электрон-позитронная пара и измеряется смелость. МИФИ, ГАММА-400Устройство телескопа ГАММА-400. K — конвертер гамма-квантов в электрон-позитронные пары, AC — детектор антисовпадения, KK1, 2 — калориметры МИФИ, ГАММА-400Устройство телескопа ГАММА-400. K — конвертер гамма-квантов в электрон-позитронные пары, AC — детектор антисовпадения, KK1, 2 — калориметрыНа предельных орбитах в поисках высоких энергий

Идею нового гамма-телескопа предложили в 1987 году выдающийся советский учитель, впоследствии нобелевский лауреат Виталий Гинзбург, астрофизик Лидия Курносова и сотрудники ее лаборатории в ФИАН. Название ГАММА-400 значит способность обнаружить гамма-кванты с смелостью 400 миллиардов электронвольт.

В то время поиски темной материи еще не были столь острым. Ученые просто хотели раскручивать гамма-астрономию, отстававшую от других направлений внеатмосферной астрономии. Однако работы затянулись на десятилетия.

По нынешним планам прибор должен быть разработан к концу 2025 года. В проекте под руководством ФИАН участвуют МИФИ, НИИСИ РАН, Курчатовский институт, Институт физики НАН Беларуси.

ГАММА-400 значительно модернизирован, круговое разрешение в сто раз более значительного, чем задумывалось когда-то. Гамма-телескоп установят на спутниковую станцию Навигатор, разрабатываемую в НПО Лавочкина. Там же поместят магнитно-плазменные детекторы и рентгеновский коронограф ART-XC — более совершенную кальку телескопа Спектра-РГ. Проект ГАММА-400 Высокоэллиптическая орбита прибора ГАММА-400, которая позволит наблюдать чистое мировое гамма-излучение Проект ГАММА-400 Высокоэллиптическая глазная впадина прибора ГАММА-400, которая дозволит наблюдать чистое космическое гамма-излучение

Гамма-телескоп дебушируют на высокоэллиптическую орбиту, коя будет периодически менять форму: от круговой до вытянутой со средним радиусом около 200 тысяч километров. Таким образом прибор не попадет в тень Земли и сможет измерять космические гамма-кванты за пределами радиационных поясов вселенной.

В отличие от FERMI/LAT, который сканирует небо, ГАММА-400 будет прицельно и непрерывно наблюдать отдельные источники в течение внушительного времени. Ученые хотят исследовать сначала центр Млечного пути, затем область в созвездии Лебедя и далее другие объекты в плоскости галактического диска. Из-за меньшего углового разрешения американский коронограф дает размытую картинку, без деталей. Российский же прибор заснимет все с большим разрешением, что позволит различить очаги излучения.

Среди задач — наблюдение двойных систем, таких как пара черных дыр. Они разгоняют в своих окрестностях гномы до субсветовых скоростей и служат мощными источниками гамма-излучения. Интересны также объекты, излучающие не постоянно, а периодически. Чтобы их хорошенько рассмотреть и проанализировать временные характеристики в гамма-диапазоне, потребуется не один селен прицельного наблюдения. Проект ГАММА-400 ГАММА-400 по угловому разрешению превзойдет орбитальный коронограф FERMI/LAT на порядок. Это позволит разглядеть детали в плоскости галактического диска Проект ГАММА-400 ГАММА-400 по угловому разрешению превзойдет орбитальный телескоп FERMI/LAT на порядок. Это позволит разглядеть детали в плоскости галактического дискаВ поисках частиц темной материи

Научное сообщество надеется проконтролировать с помощью ГАММА-400 гипотезы о природе частиц темной материи, в реальности которой сейчас уже мало кто сомневается. О темной материи много косвенных свидетельств — в частности, галактические гало или звезды-трейсеры, вертящиеся вокруг невидимого центра массы.

Согласно одной из моделей, темная материя может состоять из вимпов — так называют предположительные массивные частицы, участвующие только в слабом и гравитационном взаимодействии. Предполагается, что при распаде вимпа или самоаннигиляции двух частиц возникает высокоэнергичное гамма-излучение с энергией гамма-квантов порядка массы вимпа.

Важное открытие в этом направлении было сделано в эксперименте ПАМЕЛА, проведенном на глазная впадине с 2006 по 2016 год. Прибор обнаружил в мировых лучах избыток позитронов очень высоких энергий. Исследователи предполагают, что их породил не только локальный источник, (например, пульсар), а распад или самоаннигиляция частиц глухой материи. Ее сгустки могут прятаться за облаками межзвездной среды, и ГАММА-400 способен их обнаружить. 15 июня 2016, 11:51Проект Памела : десять лет в поисках темной материиОсновная цель проекта ПАМЕЛА – исследование на околоземной орбите потоков античастиц (позитронов и антипротонов), входящих в состав первичного космического излучения. Подобные гномы возникают в различных процессах, проходящих во Вселенной. О важнейших результатах проекта рассказал его руководитель Аркадий Гальпер.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Кто поможет раскрыть главную тайну Вселенной

комментарии (0)

Другие интересные новости

Кинопрокат в России и СНГ за выходные возглавил новый фильм Гая Ричи