Analitika.at.ua. Ровно сто лет назад австрийский физик Виктор Гесс открыл явление космических лучей. Его открытие стало мощным импульсом к разработке новых, подчас самых неожиданных и экзотических теорий и научных исследований. Ученый вряд ли предполагал, что столетие спустя аббревиатурой, повторяющей написание его фамилии - HESS, - назовут целую систему качественно новых телескопов.

Немного истории

После открытия Виктора Гесса наука еще долгое время не могла подступиться к глубокому исследованию обнаруженного им явления - причиной тому было как отсутствие подходящих научных методик, так и недостаточная для подобных изысканий мощь технической базы, имевшейся на вооружении ученых. Это теперь известно, что космические лучи состоят в основном из заряженных и нейтральных частиц, преимущественно протонов (ядер атомов водорода), на долю которых приходится более 90% первичного космического излучения. Во много раз меньшую долю составляют ?-частицы - ядра атомов гелия, а на долю остальных частиц приходится лишь около 2%.

Изучение космических лучей продолжается, и, видимо, еще не скоро наука даст окончательный ответ на вопрос об их природе. Сегодня, например, еще далеко не ясно, где образуются космические лучи и каким образом частицы приобретают огромные энергии. Наибольшей популярностью в научной среде пользуется гипотеза об образовании лучей при вспышках сверхновых звезд – теория о том, что частицы приобретают ускорение в расширяющихся оболочках таких звезд согласуется в основном с данными радиоастрономии. Исследования космического излучения дают возможность получить определенные сведения о его источниках, условиях ускорения частиц до сверхвысоких энергий и тем самым расширяют знания о строении Вселенной.

Для изучения частиц сверхвысоких энергий сегодня используется так называемая атмосферная черенковская методика. В 1934 году лауреат Нобелевской премии Павел Черенков обнаружил слабое голубое свечение, вызванное заряженными частицами, двигающимися в прозрачной среде быстрее скорости света. Это явление получило название "Эффект Вавилова-Черенкова" и стало основным инструментом физики высоких энергий для регистрации заряженных сверхсветовых частиц.

Идущие из глубин Вселенной космические лучи не достигают поверхности Земли, так как быстро поглощаются атмосферой. Например, протоны проходят в атмосфере без столкновений в среднем до высоты 15 км от поверхности Земли, ?-частицы - 20 км, а более тяжелые ядра могут проникнуть на еще меньшую глубину. Поэтому ранее для изучения космических лучей приходилось поднимать аппаратуру на большие высоты – к самой границе атмосферы.

Надо ли говорить, что и эти методы были далеки от совершенства, – поднимаемая вначале на воздушных шарах, а затем на ракетах дорогостоящая аппаратура часто разбивалась при падении с огромной высоты вместе с несущим ее "транспортом", да и появление искусственных спутников ситуацию заметно не улучшило. Требовались принципиально иные, новые методики и технологии.

Таким прорывом – уже в XXI веке - стал проект HESS.

Одержимые космосом

Здесь надо сказать, что исследования частиц сверхвысоких энергий начались в Армении еще в 1980-х годах, когда в ЕрФИ под руководством Феликса Агароняна была создана научная группа, занимавшаяся не только теоретическими изысканиями, но и практическим применением "эффекта Вавилова-Черенкова".

Пару лет назад мне посчастливилось беседовать с Феликсом Агароняном - доктором физико-математических наук, руководителем группы астрофизики высоких энергий Института ядерной физики имени Макса Планка в немецком Гейдельберге и Дублине, профессором Дублинского университета, одним из руководителей проекта HESS. Удивительный, надо сказать, человек, наверное, таким и должен быть настоящий ученый - он быстро представился, неохотно перечислив свои звания и награды и, оставив остывать кофе, стал вдохновенно рассказывать о Вселенной и ее завораживающих тайнах. Стоило немалого труда поменять тему разговора от черных дыр (а ведь есть еще, оказывается, белые и даже серые) на непосредственный предмет нашей встречи - проект HESS, высокоэнергетическую стереоскопическую систему тех самых "черенковских" телескопов, расположенных в высокогорной части Намибии, на юго-западе Африки. Основная задача HESS - изучение космического гамма-излучения и поиск темной материи, предположительно определяющей расширение Вселенной, но пока недоступной наблюдению, хотя, по косвенным данным, реально существующей.

"Почему в Намибии?" – "Потому, - ответил Ф.Агаронян, - что отсюда легче всего наблюдать Млечный путь, где происходит основная масса интересующих ученых явлений, а еще по причине минимального количества создающих помехи атмосферных явлений. Проще говоря, небо над Намибией в основном ясное, осадков мало, потому и наблюдения вести гораздо легче, чем в другой местности планеты".

Они, эти телескопы HESS, существенно отличаются от традиционных, их многозеркальные коллекторы позволяют фокусировать свет на фотоприемник, который представляет собой сборку из нескольких сотен фотоэлектронных умножителей, чувствительных к изменению светового потока. Существенная роль отводится математическому методу обработки полученной информации, позволяющему восстановить первоисточник и энергетический спектр гамма-лучей. Команда HESS состоит из ученых Германии, Франции, Великобритании, Чехии, Ирландии, Армении, Южной Африки и Намибии, а значительная часть зеркал этих телескопов изготовлена в Армении. Причем Феликс Агаронян сыграл первейшую роль при оформлении заказа на изготовление этих зеркал в Армении, на мощностях и при участии научной команды ЗАО "Галактика" в Гарни. "Теперь, - улыбнулся Феликс Агаронян, - можно сказать, что у Земли появились "армянские глаза". Условно говоря, конечно".

Новости науки

Данные, полученные Феликсом Агароняном на гамма-обсерватории HESS, привели к более интересным результатам, нежели предполагалось. Когда ученый начал рассказывать об этих новостях, мне вспомнились слова Константина Шихлярова, тоже астрофизика из команды ЕрФИ. "Когда начинаешь думать о строении Вселенной, о процессах, происходящих в ней, а тем более углубляться в природу этих процессов, то очень скоро начинаешь чувствовать, что сходишь с ума", - говорил Константин.

Так вот, выяснилось, что черная дыра, затаившаяся в самом центре нашей Галактики, действует подобно гигантскому ускорителю заряженных частиц, а заряженные частицы в свою очередь при взаимостолкновениях порождают мощные потоки гамма-лучей. В основе механизма излучения лежат невероятные возмущения магнитных полей вокруг черной дыры.

Таким образом, помимо явления распада частиц темной материи, считавшегося до сих пор единственным "производителем" высокоэнергетичных гамма-квантов, на сцену выступили черные дыры. Детальный анализ процессов, протекающих в непосредственной близости от черной дыры, показал, что вполне вероятен такой сценарий: Протоны, находящиеся вблизи так называемого горизонта событий (это граница черной дыры), как бы запутываются в фантастических по силе магнитных полях и получают ускорение, достаточное, чтобы вырваться из-под власти монстра и оказаться в окружающих его газовых облаках. Магнитное же поле черной дыры продолжает ускорять протоны, разгоняя их до еще более высоких скоростей. В результате некоторые из этих частиц могут достичь энергий гораздо больших, чем в состоянии получить человек в наделавшем в свое время много шума Большом адронном коллайдере.

Таким образом, гипотеза о рождении гамма-лучей из распадов частиц темного вещества не исключается, но наравне с этим источником логично иметь в виду и другой – черные дыры. Данные, полученные HESS, утверждает Ф.Агаронян, однозначно указывают на существование компактной излучающей области, которая накладывается на регион, в котором находится центр Галактики с массивной черной дырой. В рамках такого видения проблемы кроме яркого и компактного гамма-источника в центре Галактики получает объяснение и гораздо более слабое и рассеянное свечение среды, окружающей черную дыру.

На месте не устоять

Однако не только Феликс Агаронян "приложил руку" к потрясающим масштабностью научным прорывам в этой области астрофизики. Помимо уже упоминавшегося коллектива ЗАО "Галактика", изготовившего 875 шестигранных сферических зеркал, смотрящих в небо над Намибией, армянские ученые работают и в других связанных проектах – так, например, Вардан Саакян и Ашот Ахперджанян участвуют в эксперименте HESS, а Размик Мирзоян принимает деятельное участие в проекте MAGIC, который занят изучением поведения гамма-лучей в атмосфере.

Гипотезы, выдвинутые астрофизиками из Армении, кажется, находят блестящее подтверждение: по результатам исследования морфологии останков сверхновой звезды можно заключить, что сверхновые (вернее, именно то, что от них остается после вспышки) вполне могут быть объектами, генерирующими галактические лучи. Кроме того, обнаружены объекты, регистрирующиеся исключительно в сверхмощных энергетических диапазонах, а это говорит о принципиально ином механизме образования гамма-квантов. При помощи телескопов HESS было обнаружено три таких объекта в центре Галактики.

Феликс Агаронян улыбается – армянской науке, в особенности астрофизике, есть чем гордиться. Более того, он полон желания способствовать тому, чтобы вклад Армении, в том числе и материальный, не ограничился уже имеющимися достижениями. Для этого, он уверен, у нашей науки есть все возможности – и мозги, и технические исполнители.

Таково мнение всемирно известного астрофизика. Рубен ГЮЛЬМИСАРЯН, «Голос Армении»