Analitika.at.ua. В 1912г. в истории фундаментальной науки произошло выдающееся событие. Австрийский физик Виктор Гесс открыл космические лучи, что послужило появлению новых направлений научных исследований. В 1936г. за это открытие ему была присуждена Нобелевская премия по физике.
Продолжающиеся без малого сто лет исследования свойств этого излучения существенно дополнили представления человечества о мироздании, но остается и немало загадок, на которые наука пока не имеет определенных ответов. И, наверное, самая интригующая из них - происхождение космических лучей. Но сначала о том, что известно.
Исследования показали, что космические лучи – это заряженные и нейтральные частицы, источниками которых являются ядра активных галактик, нейтронные звезды, пульсары, квазары, остатки сверхновых звезд и другие космические объекты. Эти частицы принято разделять на первичные и вторичные – до и после вхождения в атмосферу Земли. Проходя через атмосферу Земли, первичные частицы взаимодействуют с молекулами азота, кислорода и др. Так образуются каскады вторичных частиц, которые принято называть атмосферными ливнями. Часть первичных частиц – гамма-кванты, или фотоны высоких энергий. Именно они и являются интересными объектами исследований, так как несут информацию о первоисточниках излучения, затерянных в бескрайних далях Вселенной. Будучи нейтральными частицами, гамма-кванты не отклоняются в межгалактических и галактических магнитных полях, что позволяет установить местонахождение их источника во Вселенной, а энергетический спектр гамма-лучей дает информацию о физических процессах, происходящих в источнике излучения.
Для изучения первичных гамма-квантов сверхвысоких энергий используется так называемая атмосферная черенковская методика. В 1934г. выдающийся советский ученый, лауреат Нобелевской премии Павел Черенков обнаружил слабое голубое свечение, вызванное заряженными частицами, которые двигались в прозрачной среде быстрее скорости света. Это явление получило название "Эффект Вавилова-Черенкова" и стало широко применяться в физике высоких энергий для регистрации заряженных частиц, двигающихся со скоростью, превышающей скорость света. Методика позволяет регистрировать черенковский свет, возникающий при прохождении заряженной компоненты ливня через атмосферу.
Исследования в области гамма-астрономии сверхвысоких энергий начались в Армении в 80-х годах. В Ереванском физическом институте (ЕрФИ) под руководством Феликса Агароняна была создана группа, которая стала проводить работы по трем направлениям: создание инструментов изучения гамма-вспышек для спутниковых экспериментов; теоретические исследования; использование черенковского метода для изучения первичного гамма-излучения сверхвысоких энергий.
Для изучения гамма-лучей сверхвысоких энергий используются так называемые "черенковские телескопы", существенно отличающиеся от традиционных. Многозеркальный коллектор телескопа позволяет сфокусировать свет на фотоприемник, который представляет собой сборку из нескольких сотен фотоэлектронных умножителей, очень чувствительных к изменению светового потока. Существенная роль отводится математическому методу обработки полученной информации, который позволяет восстановить первоисточник и энергетический спектр гамма-лучей, обусловленный процессами, происходящими в источнике излучения.
В 1985г. сотрудники группы ЕрФИ предложили оснастить создаваемый на высокогорной станции комплекс по исследованию космических лучей системой из 5-ти черенковских телескопов. Такая система позволяет одновременно регистрировать атмосферный ливень несколькими телескопами, сопоставить и уточнить полученную информацию (стереоскопическое наблюдение). Прототип первого телескопа был сооружен на станции Нор-Амберд. Проверялась работа отдельных узлов, отрабатывалась методика регистрации черенковского излучения. Однако в связи с дальнейшими политическими событиями работы по реализации проекта "Ани" были приостановлены.
В 1991г. группа ЕрФИ предложила включить в состав детекторов международной коллаборации HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy), работающей на острове Ла-Пальма (Канарские острова, Испания), систему из 5-ти атмосферных черенковских телескопов. Система эксплуатировалась до 2002г. и обеспечила прекрасные научные результаты. Успех эксперимента HEGRA заложил основу для создания черенковских телескопов нового поколения. Сегодня в мире в области изучения гамма-квантов сверхвысоких энергий работают четыре крупные международные научные коллаборации – две европейские, американская и австралийско-японская. Это так называемая Большая четверка. Армянские ученые активно работают в европейских проектах - доктор физ.-мат. наук Феликс Агаронян, кандидат физ.-мат. наук Вардан Саакян и Ашот Ахперджанян участвуют в работах эксперимента HESS (High Energy Stereoscopic System), а кандидат физ.-мат. наук Размик Мирзоян - в эксперименте MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov telescope). Коллаборацией HESS была создана и установлена в Намибии наблюдательная система, состоящая из 4-х черенковских телескопов нового поколения, каждый из которых имеет 12 м в диаметре и располагает фотоприемником из 960 фотоумножителей. Обсерватория HESS размещена в Намибии не случайно. В Южном полушарии легче наблюдать Млечный путь, где происходит большинство важных процессов, кроме того, там благоприятные климатические условия. Дело в том, что регистрация черенковского излучения от атмосферных ливней может вестись только в ясные безлунные ночи, а их в году менее 10%. В этом смысле местоположение HESS-телескопов является исключительно подходящим для этих исследований.
За 5 лет работ, проведенных этой коллаборацией, были получены результаты, однозначно подтвердившие преимущества подхода, предложенного армянскими физиками. Впервые в мире был получен морфологический снимок остатка сверхновой звезды, изучены новые астрофизические объекты, получены данные, что основными источниками галактических лучей являются остатки сверхновых звезд. При определенных условиях некоторые звезды взрываются. Мощное возмущение охватывает огромное космическое пространство. Выброшенное взорвавшейся звездой вещество может участвовать в образовании новых звезд и планетных систем, становится мощным источником излучения. Ускоряясь на ударных волнах, образующихся взрывом сверхновой, частицы приобретают большие энергии. Другой важный результат - изучение объектов, которые не регистрируются в других энергетических диапазонах, что свидетельствует о том, что у этих объектов действует другой механизм образования гамма-квантов. Телескопы HESS обнаружили три таинственных объекта в самом центре Галактики.
Большой четверкой было открыто в общей сложности более 70-ти астрофизических источников гамма-квантов сверхвысоких энергий, из них 40 – коллаборацией HESS. Достижения HESS в области астрономии были отмечены престижной европейской премией Декарта 2006г., которую, несмотря на ее молодой возраст, в научных кругах уже успели прозвать "европейским Нобелем". Научные исследования в астрофизике гамма-лучей сверхвысоких энергий были высоко оценены и в Армении. Президентская премия 2005 года по физике была присуждена Феликсу Агароняну, Ашоту Ахперджаняну и Вардану Саакяну, а Феликс Агаронян в 2009г. был избран членкором НАН.
Однако использование ныне существующих телескопов не дает возможности исследовать все космические объекты, являющиеся источниками излучения. Некоторые из них дают излучение в других энергетических диапазонах, которые не регистрируются современными телескопами. Сегодня важной задачей является изменение энергетического порога регистрации первичных частиц. Коллаборацией HESS планируется создать телескоп нового поколения диаметром 28 м., которым будет дополнена существующая система из 4 телескопов - HESS II. Сооружение и использование нового большого телескопа позволит регистрировать гамма-кванты в огромном энергетическом диапазоне, а значит - получать информацию о новых источниках излучения. Запланированные работы предполагается завершить в 2010г. Научные перспективы HESS и HESS II подробно обсуждались на проходившем недавно в Ереване рабочем совещании с участием более чем 90 зарубежных ученых.
Несомненно, что новые технические возможности значительно обогатят наши представления о космических объектах и происходящих процессах.
Трудно сказать, успеет ли человечество проникнуть во все тайны Вселенной. Но пока человек мыслит, а стало быть существует, он будет стремиться к познанию мироздания.
Гаянэ САРМАКЕШЯН
Golos.am |
