Общество

13 марта 2021, 17:03

Лед Байкала даст возможность прочесть историю Вселенной

Фото: Алексей Кушниренко/ТАСС

На Байкале заработал уникальный глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD. Он стал крупнейшим в Северном полушарии. С его помощью ученые узнают секреты Вселенной, лучше поймут ее устройство. Событие уже называют очередным триумфом российских ученых и международного научного сотрудничества, а главную роль в работе телескопа будет играть лед Байкала.

В субботу на озере Байкал ввели в эксплуатацию крупнейший в Северном полушарии глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD. Событие проходило в рамках российского Года науки и технологий. Строительство телескопа началось в 2015 году на 106-м километре Кругобайкальской железной дороги под патронажем исследователей из дубнинского Объединенного института ядерных исследований и столичного Института ядерных исследований РАН. В проекте также участвовали ученые и инженеры из других российских научных центров, а также зарубежные исследователи из Чехии, Словакии и Польши.

Телескоп, на разработку и создание которого потребовалось более 2,5 млрд рублей, состоит из системы глубоководных станций (вертикальных гирлянд) и стальных тросов, прикрепленных ко дну озера якорями. Наверху, на глубине 20 м, система поплавков (кухтылей) поддерживает гирлянду в вертикальном положении. К тросу подвешены 36 оптических модулей на расстоянии 15 м друг от друга. Также есть четыре электронных модуля, обеспечивающих электропитание, сбор данных, калибровку, синхронизацию и управление телескопом, и три-четыре гидроакустических модуля (модема) для точного позиционирования оптических модулей в водной среде. Глубоководные станции объединены в кластеры. Каждый из них соединен опто-электрическим кабелем с Береговым центром, где дежурные операторы круглосуточно наблюдают за работой телескопа.

Как рассказал министр науки и высшего образования России Валерий Фальков, телескоп позволяет решить много научных задач. Мы поймем, «как устроена Вселенная, прочитаем историю Вселенной, как зарождались галактики». Baikal-GVD поможет обнаруживать источники нейтрино сверхвысоких энергий, проводить исследования эволюции галактик. Уникальная установка также даст ученым беспрецедентные возможности для проведения геофизических, гидрологических и лимнологических исследований.

Директор Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), академик РАН Григорий Трубников назвал событие «очередным триумфом российской науки и международного научного сотрудничества». С запуском телескопа, добавил академик, Россия сразу становится мировым лидером в области «исследования свойств нейтрино». Прежде всего Baikal-GVD позволит «регистрировать лучшую на порядок статистику нейтрино». «С помощью «Байкала» мы сумеем зафиксировать гораздо больше высокоэнергетических частиц, чем раньше, и даже будем регистрировать частицы, которые родились раньше, чем Солнечная система. Это позволит нам лучше понять рождение, развитие и устройство Вселенной. В начале апреля планируем завершить наращивание новых кластеров телескопа», – отметил Трубников.

Получаемые на телескопе данные формируют экспериментальную базу исследований проблем астрономии и астрофизики элементарных частиц. Еще на стадии создания телескопа, благодаря его детекторам, ученым удалось спрогнозировать три-четыре события от нейтрино высоких энергий астрофизической природы в 2021-2022 годах. Тот факт, что детекторы «поймали» потоки нейтрино и выделили эти частицы из многократно превышающего уровня шумовых и фоновых сигналов, уже является научным достижением мирового уровня.

Нейтрино – это одна из элементарных частиц, появляющихся в результате ядерных реакций, обладает феноменальной проникающей способностью – может преодолеть слой жидкого водорода толщиной в тысячу световых лет. В 2015 году за открытие нейтринных осцилляций, которые доказывают, что нейтрино обладает массой, была присуждена Нобелевская премия по физике. Ученые считают, что нейтрино может долететь до Земли из недр рождающихся или умирающих галактик и различных экзотических звездных объектов без существенных изменений и принести информацию о процессах, происходящих во Вселенной. Поэтому для того, чтобы ответить на главные вопросы астрономии и астрофизики об эволюции галактик и Вселенной, ученым необходимо исследовать потоки нейтрино сверхвысоких энергий от астрофизических источников.

Сложность исследования нейтрино состоит в том, что их очень сложно «уловить». Первые успешные результаты появились в 70-х годах. Детекторы Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) ИЯИ РАН, расположенной в толще горы Андырчи в Приэльбрусье, одни из первых зарегистрировали частицы, летящие от Солнца и вспышек сверхновых. Но чтобы зарегистрировать нейтрино более высоких энергий, необходимо было использовать чистую воду природных водоемов. Так появилась первая версия Байкальского нейтринного телескопа, строительство которой началось еще в 1990 году.

Нейтринные телескопы подобного типа расположены в Средиземном море, в Антарктиде, в Китае и Японии. Они тоже исследуют сигналы от высокоэнергичных нейтрино, прилетающих из космоса: из рождающихся или умирающих галактик и различных экзотических звездных объектов. Самый крупный нейтринный телескоп «Ледяной куб» (IceCube) располагается в Антарктиде и управляется международной коллаборацией. Его эффективный объем – почти половина кубического километра. Телескоп «Байкал» будет исследовать потоки нейтрино, «прошивающие» Землю с Южного полюса и выходящие в Северном полушарии, в районе Байкала. Два крупнейших нейтринных телескопа – антарктический и байкальский – создадут полную объемную картину («4p-геометрию») пронизывающих планету потоков сверхэнергичных частиц.

Ученый-астрофизик, почетный профессор МГУ Владимир Липунов дополняет, что рабочим элементом таких телескопов являются не линзы, а лед. Поэтому новый телескоп будет работать только в зимнее время. «Но фокус в том, что телескоп «ловит» нейтрино, которое пришло с обратной стороны Земли. Это нейтрино летит из Южного полушария через всю мантию, жидкое ядро и т. д., пока не родится следующая частица – разряженный мезон. Если эта частица рождается во льду, то когда она летит, она испускает черенковское излучение, которое «ловят» ученые. Уже нет сомнения, что нейтрино приходит из глубины Вселенной. Его впервые зарегистрировали лет десять назад на «Ледяном кубе», – отметил астрофизик.

Однако чтобы понять, откуда именно приходит нейтрино, нужно установить направление, которое «определяется не очень точно». «Мировые телескопы уже пять лет дают не только регистрацию нейтрино, но и оперативную, в течение десятков секунд, информацию о приблизительных координатах его появления. А в России до сих пор не научились этого делать. Первое, что надо сделать – это наладить оперативную подачу информации о принятом нейтрино. В противном случае никто не поверит в ваше нейтрино, да и вы сами не поймете, откуда оно приходит», – утверждает Липунов.

Сами ученые утверждают, что эффективный объем Байкальского нейтринного телескопа сравняется с «Ледяным кубом» уже в 2021 году и превзойдет его в последующие годы. Совместная работа двух этих установок, а также других телескопов, входящих в глобальную сеть, позволит вести поиск источников нейтринного излучения на всей небесной сфере. Запуск телескопа решает ключевую задачу формирования мировой нейтринной сети – создание в Северном полушарии детектора, сравнимого по чувствительности с детектором IceCube на Южном полюсе.

По сравнению с другими телескопами главными преимуществами Байкальского нейтринного телескопа являются физические характеристики рабочей среды – байкальского льда. Они позволяют восстанавливать события основного типа – сопровождаемые каскадами заряженных частиц с угловым разрешением в районе 4 градусов. При этом достигаемая точность в IceCube составляет 10-15 градусов. Это значит, что угловое разрешение российского телескопа в несколько раз лучше, и появление телескопа с такими характеристиками открывает беспрецедентные возможности для исследований в области нейтринной астрофизики и астрономии высоких энергий.

«В астрофизике мы узнаем что-то новое об исследуемых объектах благодаря разным видам излучений. Возможность регистрировать нейтрино приносит нам новую информацию. Но нейтрино, помимо всего прочего, уникальны. Эти частицы очень плохо взаимодействуют с веществом и могут выбираться из разных интересных объектов, откуда другие частицы выбраться не могут. Благодаря нейтрино мы можем мониторировать в режиме реального времени темп термоядерных реакций в недрах Солнца», – отмечает астрофизик, доктор физико-математических наук Сергей Попов.

Новый телескоп может помочь ученым реализовать давнишнюю идею – зарегистрировать нейтрино высоких энергий, которые возникают в экзотических астрономических процессах. «Но таких частиц мало. Чтобы поймать их, нужны большие детекторы. Есть небольшая вероятность, что нейтрино провзаимодействует с веществом, условно говоря, в стакане воды. Только ждать придется очень долго, но мы хотим получать результаты хотя бы при жизни исследователей. Поэтому мы берем очень большой «стакан» воды. Сначала это были некие цистерны, а потом ученые стали использовать естественные объемы, потому что искусственно создать такой большой контролируемый объем – дорого. Появились детекторы в антарктическом льде и больших водных объемах», – пояснил астрофизик.

Самым большим водным объемом являются моря и океаны, но обилие различных светящихся микроорганизмов и сильные волнения воды мешают ученым. Поэтому естественные огромные озера более удобны. «Байкал уникален. Ученые и инженеры давно там работали, но сегодня установка вошла в стадию, когда появился большой детектор. До этого проводились отдельные эксперименты, что скорее было важно для отработки технологии», – сказал Попов.

По его словам, «Ледяной куб» и Baikal-GVD будут смотреть на разные части неба и таким образом начнут дополнять друг друга, смотря в разные стороны как хамелеон. «То, за чем сможет наблюдать байкальский эксперимент, нельзя будет наблюдать из Антарктиды, и наоборот. Из Антарктиды не видна Большая Медведица, зато видны Магеллановы Облака – две близлежащие карликовые галактики», – пояснил эксперт.

Однако ждать быстрых открытий не приходится, опыт других телескопов подобного типа говорит о том, что на обнаружение частиц уходят годы. «Хотя наблюдательная астрофизика – это такая наука, где может просто повезти. Все большие проекты правильно делать совместными. Нейтринные данные дополняют данные наблюдения в других диапазонах», – подытожил Попов.

Текст: Андрей Резчиков

Вам может быть интересно

Российские войска освободили Зализничное к западу от Гуляйполя
Темы дня

Что кроется за молчанием Индии о российской нефти

Закупки Индией российской нефти оказались под вопросом. Дональд Трамп уверяет, что Дели согласился отказаться от нее. А западные СМИ находят все больше свидетельств, что это именно так. Индия же хранит молчание. Удается ли России удержать Индию в клиентах?

Как родился двигатель для ВСМ Москва – Петербург

В России созданы первые образцы энергетической установки, которая буквально станет двигателем высокоскоростной железнодорожной магистрали от Москвы до Санкт-Петербурга. Речь идет о новом тяговом электродвигателе ТАД 650. Почему его производство прямо связано с российской нефтегазовой отраслью – и какие сложности пришлось преодолеть создателям агрегата?

Названа причина смерти Генриха Падвы

Лавров призвал не впадать в восторг от давления Трампа на Европу и Зеленского

Дрон «Герань» сбил ракетой «воздух-воздух» вертолет Ми-24 ВСУ

Новости

Экс-замглавы Минобороны Иванову предъявили иск на 405 млн рублей

Крупный подрядчик Министерства обороны АО «Главное управление обустройства войск» (ГУОВ) в деле о банкротстве осужденного бывшего заместителя главы ведомства Тимура Иванова заявил два требования к нему на сумму свыше 405 млн рублей.

Саудовская Аравия заняла второе место по въездному турпотоку в Россию

Благодаря запуску прямых авиарейсов Саудовская Аравия по итогам 2025 года впервые заняла второе место по въездному турпотоку в Россию, уступив только Китаю.

Макрон заявил о восстановлении связи Парижа с Москвой

Париж возобновил «технические» контакты с Москвой, рассчитывая впоследствии выработать общий европейский подход к диалогу с Россией, заявил президент Франции Эммануэль Макрон.

В Донецке скончался легендарный профессор медицины Владимир Чайка

На 88-м году жизни скончался выдающийся доктор медицинских наук и профессор Владимир Чайка, сообщил глава Донецкой народной республики Денис Пушилин.

В России выросла заболеваемость ОРВИ и коронавирусом

В стране фиксируется одновременный подъем статистики по ОРВИ и коронавирусной инфекции на фоне спада распространения гриппа, сообщил Роспотребнадзор.

Сийярто назвал Украину врагом Венгрии

Венгрия считает Украину врагом из-за попыток Киева ограничить поставки российских энергоносителей, заявил министр иностранных дел Петер Сийярто.

Боец СВО развелся с оскорбившей белгородцев женой

Боец СВО развелся с жительницей Белгорода, оскорбившей белгородцев на видео.

Власти ЕС признали невозможность отказаться от технологий США

Европейские страны считают, что избавиться от зависимости от американских технологий в ближайшие годы не получится, несмотря на осознание стратегических рисков, пишет Politico.

Политолог оценил идею частичного членства Украины в ЕС

Идея ЕС о частичном членстве Украины ничем принципиально не отличается от соглашения об ассоциации. Инициатива продиктована исключительно политическими соображениями, сказал газете ВЗГЛЯД политолог Иван Лизан. Согласно источникам Politico, среди пунктов плана Евросоюза – предоставление Киеву неофициальных указаний по ведению переговоров, а также создание упрощенной модели членства.

Установлен ответственный за ракетные атаки по Брянской области

Военнослужащие группировки войск «Север» за прошедшие сутки не только продвинулись по фронтовым направлениям, оттеснив противника, но и выяснили важную информацию о тех, кто бьёт по гражданским объектам Брянской области и отдает такие приказы.

Куба прекратила заправку пассажирских самолетов

Власти Кубы предупредили авиакомпании об отсутствии топлива для заправки самолетов в девяти аэропортах, включая Гавану, на фоне усугубления энергетического кризиса, пишет NBC.

Токаев сообщил о конце суперпрезидентской эпохи в Казахстане

Казахстан сменит суперпрезидентскую модель управления на президентскую республику с усилением роли парламента и пересмотром конституционных основ, заявил президент Казахстана Касым-Жомарт Токаев.
Мнения

Тимофей Бордачёв: Хорошими дипломатами можно быть и в плохие времена

Почему разговоры о том, что российская дипломатия ведет себя «слишком» сдержанно, как и насмешки над «выражением озабоченностей» и бесконечным определением «красных линий» выглядят наивно?

Сергей Худиев: Как свобода абортов может привести к несвободе нации

Дети, абортированные 20-30 лет назад, уже были бы работниками и налогоплательщиками. Но их нет – и значит, надо повышать пенсионный возраст и импортировать работников из других стран. К чему приведет этот процесс, нетрудно догадаться.

Сергей Миркин: Как русофобия породила Холокост

У Варшавы в 1939 году была «золотая акция»: во многом от ее позиции зависело, будет ли подписан оборонительный договор между СССР, Британией и Францией. Поляки сделали всё, чтобы этого не произошло.
Вопрос дня

Почему заблокировали Roblox?

Суть игры, риски и угрозы для детей, позиция Роскомнадзора и мнение экспертов