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

В МИД назвали условия прочного мира на Украине
Темы дня

ЕС ставит украинских уклонистов перед выбором между нищетой и фронтом

ЕС ужесточил правила предоставления временной защиты украинцам призывного возраста: теперь мужчинам, незаконно избежавшим службы в ВСУ, могут отказать в статусе. Киев давно добивался такого решения, рассчитывая вернуть часть военнообязанных в страну. Эксперты считают, что ждать облав в Европе пока не стоит – сидящих на пособиях и не желающих пополнять ряды ВСУ украинцев ЕС сначала лишит льгот и выплат. Впрочем, и для их принудительной высылки на родину у Брюсселя есть все механизмы...

Поляки кулаками выгоняют из своей страны украинцев

Массовые нападения на украинцев все последние дни происходят в Польше – причем так часто, что правительство страны объявило «решительную войну насилию». За что обычные поляки ненавидят и бьют украинских пришельцев – и насколько в этом виноваты польская историческая память, особенности украинского поведения и политика киевского режима?

Матвиенко допустила рекомендацию россиянам отказаться от поездок в Армению

СМИ сообщили о скрытых подземных заводах по производству БПЛА на Украине

Первая в истории 500-балльница ЕГЭ поступила в МФТИ

Новости

Генсек ООН осудил атаки украинских беспилотников по России

Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш решительно осудил удары украинских беспилотников по территории России, сообщил заместитель постоянного представителя главы организации Фархан Хак.

ИИ впервые оштрафовал владельца подмосковного участка за борщевик

Владельца частной территории в Московской области впервые наказали за сорняки благодаря системе цифрового мониторинга с использованием дронов.

Сортировочный пункт «Укрпочты» в Павлограде уничтожен «Бандеролью»

Сортировочный центр «Укрпочты» в Павлограде Днепропетровской области оказался полностью уничтожен ракетным ударом, пишут украинские СМИ.

Командир 76-й дивизии ВДВ назвал потери ВСУ на Добропольском направлении

Потери противника на Добропольском направлении превысили 6 тыс. человек, российские войска уничтожили значительное количество вражеской бронетехники и артиллерии, доложил президенту России Владимиру Путину командир 76-й гвардейской десантно-штурмовой дивизии ВДВ гвардии полковник Абдулазиз Шихабидов.

На Украине предупредили об удорожании китайской электроники после ударов по портам

После разрушения портовой инфраструктуры в Одессе Украина может столкнуться с существенным подорожанием китайских товаров из-за изменения логистических маршрутов, заявил украинский экономист Алексей Кущ.

Альпинист допустил обнаружение предсмертной записки Наговицыной на пике Победы

Российские альпинисты поднимаются на пик Победы, где на высоте 7150 метров покоится тело Натальи Наговицыной и могла уцелеть ее предсмертная записка. Об этом рассказал председатель комиссии по классическому альпинизму Федерации альпинизма России, «Снежным барсом» Александр Яковенко.

Путин разрешил приватизацию аэропорта Шереметьево

Президент России Владимир Путин подписал указ, который открывает возможность для приватизации аэропорта Шереметьево. Этим же документом аэропорт выводится из перечня стратегических организаций.

Россияне рассказали, какие книги и фильмы помогают воспитывать детей

Российские родители при выборе книг и фильмов для детей чаще всего обращаются к проверенной временем классике и отечественным произведениям. В их числе – «Фиксики», «Конек-Горбунок», сказки Агнии Барто и Корнея Чуковского. При этом в семейном культурном наборе остаются и зарубежные произведения, включая «Гарри Поттера» и мультфильмы Disney, рассказали газете ВЗГЛЯД опрошенные россияне.

Путин поблагодарил 76-ю дивизию ВДВ за высокие темпы наступления под Добропольем

Президент России Владимир Путин поблагодарил командира 76-й гвардейской десантно-штурмовой дивизии ВДВ гвардии полковника Абдулазиза Шихабидова за действия подразделения на Добропольском направлении.

Ученые разрушили миф о «гонке сперматозоидов» при оплодотворении

Международная группа ученых пришла к выводу, что у многих членистоногих успешное оплодотворение зависит не только от конкуренции между сперматозоидами, но и от их способности действовать сообща. Результаты исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, показывают, что такая стратегия многократно возникала и исчезала в ходе эволюции на протяжении сотен миллионов лет.

Минобороны опубликовало видео удара по логистическому центру ВСУ под Киевом

Министерство обороны России показало последствия удара беспилотников по логистическому центру, расположенному в Киевской области.

В российских школах расширили изучение ИИ на уроках информатики

В новом учебном году школьники продолжат осваивать базовые понятия машинного обучения и принципы работы современных технологий в рамках курса информатики.
Мнения

Борис Джерелиевский: Сможет ли Пентагон перестроить ВПК США

Только для того, чтобы вернуться к довоенному объему запасов ракет Tomahawk, THAAD и Patriot США потребуется более трех лет. Даже небольшая война с Ираном опустошила американские арсеналы. Сложившаяся ситуация означает многолетний период уязвимости США, например, перед Китаем.

Геворг Мирзаян: Россия ничего не должна Армении

Москва системно и жестко разрушает тот фантастический мир, который Пашинян рисует для армянского населения. Мир, где политические прожекты будут безусловно оплачиваться за счет российских налогоплательщиков и где Еревану за свои поступки не нужно отвечать.

Тимофей Бордачёв: «Большая крокодила» из Израиля показала проблему границ допустимого

Дискуссия о рве с крокодилами для охраны израильских тюрем – это пример того, как быстро мы двигаемся по пути революционных изменений. То, что несколько лет назад было образом для псевдонаучной фантастики, стало всерьез обсуждаемой идеей.
Вопрос дня

Что за ветеран сидел рядом с Путиным на параде Победы