В поисках самых мощных ускорителей Вселенной

В поисках самых мощных ускорителей Вселенной

Спутник «Ломоносов» — масштабный научно-образовательный космический проект МГУ имени М.В. Ломоносова, исследующий экстремальные астрофизические  явления. За время его работы  на земной орбите сотрудники Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ получили новые данные о многих малоизученных физических явлениях во Вселенной и атмосфере Земли. Были исследованы космические лучи предельно высоких энергий, гамма-всплески от слияния нейтронных звёзд и грозовые области средних и низких слоёв атмосферы Земли.
  
Спутник «Ломоносов» стартовал с космодрома «Восточный» в 2016 году. Основная его цель — исследовать космические лучи предельно высоких энергий. Огромный интерес для науки представляют также быстрые процессы оптического, рентгеновского и гамма-диапазонов, происходящие во Вселенной и затрагивающие верхние слои атмосферы Земли. Всё это — экстремальные процессы в космосе.

Но помимо фундаментальных задач, спутник предназначен и для решения практических проблем. Установленная на борту «Ломоносова» аппаратура  позволяет наблюдать за потенциально опасными космическими объектами: малыми небесными телами, астероидами и разным космическим мусором.

Космические лучи — это потоки частиц (преимущественно протонов) высоких энергий, заполняющие межзвёздное пространство. Происхождение, химический состав и энергетический спектр космических лучей предельно высоких энергий (порядка 1019 - 1020 эВ) составляет для науки большую загадку. Наземные измерения этих лучей исключительно трудны из-за крайне малого количества составляющих их частиц — в среднем на площадке размером 1 кв. км земной поверхности за сто лет появляется лишь одна такая частица!

Попадая в атмосферу, комические лучи взаимодействуют с ней, порождая широкие атмосферные ливни — каскады вторичных частиц — и, как следствие, кратковременные мощные вспышки ультрафиолетового излучения. Поэтому с помощью телескопа ТУС (Трековая Установка) на борту спутника «Ломоносов» физики МГУ впервые провели эксперименты по регистрации лучей предельных энергий в верхних слоях атмосферы.
 
Телескоп ТУС использует атмосферу Земли в качестве гигантской мишени и регистрирует ультрафиолетовые вспышки, порождённые вторичными частицами атмосферных дождей: по количеству зарегистрированных фотонов этих вспышек можно определить энергии первичных частиц. Учёные сейчас находятся на этапе изучения данных, собранных орбитальным телескопом за первые месяцы работы.
 
Кроме световых вспышек, обусловленных лучами высоких энергий, телескоп зарегистрировал и другие быстрые атмосферные события, проявляющиеся в ультрафиолетовом диапазоне. Например, транзиентные световые явления — кратковременные, длительностью от одной до сотен миллисекунд, вспышки электромагнитного излучения, предположительно связанные с грозовыми областями в средних и нижних слоях атмосферы.
 
С одной стороны, такие события создают нежелательный фон для выполнения главной задачи телескопа — регистрации космических лучей, а с другой, задают отдельную задачу современной физике — выяснить физическую природу транзиентных световых явлений и их возможную связь с атмосферным грозовым электричеством.
 
На спутнике «Ломоносов» также установлен комплекс аппаратуры, состоящий из трёх приборов — БДРГ, ШОК и UFFO, предназначенный для изучения гамма-всплесков. Гамма-всплески — кратковременные возрастания из Вселенной потока гамма-квантов до энергий, равных, по крайней мере, 109 эВ. Во время таких всплесков выделяется примерно столько же энергии, сколько при взрыве сверхновой, но всего за одну секунду. Эти явления считаются одними из самых мощных во Вселенной, но при этом очень слабо изучены.
 
Для правильного понимания природы гамма-всплесков необходимо проводить наблюдения одновременно в оптическом и гамма-диапазонах. Однако, зарегистрировать оптическое излучение в момент такого явления практически невозможно, поскольку заранее не известно, в какой области неба оно произойдет. А уникальное оборудование на борту «Ломоносова» позволяет регистрировать оптическое излучение непосредственно в момент гамма-всплесков!
 
Прибор БДРГ (Блок Детекторов Рентген-Гамма) представляет собой три детектора гамма-квантов, оси которых перпендикулярны друг другу. Трёхмерное измерение обеспечивают определение точных координат источника всплеска.

При регистрации явления прибор БДРГ передает особый сигнал-триггер на широкоугольные оптические камеры (ШОК). При регистрации сигнала происходит запоминание оптического изображения области неба, где произошёл всплеск, и  немедленная передача информации в мировую сеть для наведения на эту область наземных телескопов.
 
Ещё один прибор — UFFO (Ultra Fast Flash Observatory) по  специальной команде включает рентгеновский телескоп для регистрации всплеска в жёстком рентгеновском диапазоне. Кроме того, UFFO быстро наводит в область локализации явления оптический телескоп. В ходе проведения экспериментов была достигнута рекордная на сегодняшний день скорость наведения оптики — около одной секунды!
 
За период со времени запуска до августа 2017 года спутник «Ломоносов» зарегистрировал 20 гамма-всплесков космологического происхождения, а также гамма-всплески от магнетаров — нейтронных звёзд с очень сильным магнитным полем.

Таким образом, полученные со спутника данные предоставляют уникальную информацию в широком диапазоне длин волн (оптическом, рентгеновском, гамма). По мнению учёных, она позволит им сделать большой шаг к пониманию до сих пор мало изученного явления гамма-всплесков.
 
«Мы осуществили коррелированные наземные и космические измерения гамма-всплеска в оптическом и гамма-диапазонах одновременно на спутнике и на наземной сети роботизированных телескопов МГУ «МАСТЕР».

При современном уровне развития космических исследований наземные гамма-обсерватории очень важны для исследований в области высоких энергий, а в космических экспериментах они считаются существенным их дополнением», — рассказал один из главных участников исследования, доктор физико-математических наук Михаил Панасюк, директор НИИЯФ МГУ.
 
В ходе работ по проектированию научных приборов и бортовых систем для спутника «Ломоносов» были использованы самые современные достижения в области электроники, ядерно-физических методик, оптических средств мониторинга и программного обеспечения. У некоторых из этих разработок нет мировых аналогов.
 
«Спутник «Ломоносов» — прообраз космического сегмента оптического мониторинга потенциально опасных объектов техногенного и природного происхождения в околоземном космическом пространстве», — добавил Михаил Панасюк.
 
Работу над проектом «Ломоносов» выполняли специалисты, студенты и аспиранты Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга, Научно-исследовательского института механики, Института математических исследований сложных систем  и Механико-математического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Работа проходила в сотрудничестве с АО «Корпорация ВНИИЭМ», Объединенным институтом ядерных исследований, Университетом Сонгюнгван (Республика Корея), Калифорнийским университетом в Лос-Анжелесе и университетом Пуэбла (Мексика).
 
Базируясь на опыте со спутником «Ломоносов», учёные приступили к реализации следующего проекта под названием УНИВЕРСАТ — СОКРАТ (Система Оповещения Космической Радиационной, Астероидной и Техногенной опасности). Он нацелен на создание космической группировки малых спутников для мониторинга, обнаружения и оперативного прогноза природных и техногенных космических угроз.

Проект предусматривает непрерывное отслеживание радиационной обстановки, электромагнитных транзиентов и потенциально опасных объектов естественного (астероиды, метеоры) и техногенного (космический мусор) происхождения, приближающихся к планете Земля.

Результаты исследований опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics и Space Science Reviews.

0 не понравилось

21-12-2017 12:00 | просмотров 17 |

Прямая ссылка:
BB-code ссылка:
HTML ссылка:
Понравилась статья? ПОДЕЛИСЬ в соц. сетях!
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Похожие новости

Ученые раскрыли тайну блазаров

Мощная вспышка о многом рассказала

Российские ученые создадут карту Вселенной

Создавать широкомасштабную карту Вселенной специалисты начнут после завершения строительства обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма»

Обнаружена возможная сигнатура аннигиляции темной материи

Мы живем в эпоху великих астрофизических открытий. Прорывные открытия — экзопланеты, гравитационные волны сливающихся черных дыр, расширение Вселенной — появляются каждую неделю или даже чаще. Но нет

Астроном из МГУ раскрыл тайну свечения "лохматых" звезд

Российский астроном нашел редчайшую пару необычных звезд в созвездии Паруса и показал, что такие светила способны периодически вырабатывать мощные вспышки гамма-излучения.

Крупнейший рынок мира в Мексике предложили стерилизовать гамма-лучами

Ученые института ядерных наук Национального автономного университета Мексики утверждают, что установка, позволяющая обрабатывать лучами сельскохозяйственные товары, не будет представлять опасности

Влияние гамма-лучей

Многие ученые уже давно утверждают, что трансгенные культуры не только вредны для здоровья человека, но и ставят фермеров, а то и целые страны в зависимость от компаний-производителей ГМО.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.