Russiske forskere udvikler et nyt generations teleskop til måling af kosmiske gammastråler med høj energi. Dette vil hjælpe med at studere detaljeret centrum af vores galakse, stjernebilledet Cygnus, andre objekter på den galaktiske disk og registrere tegn på mørkt stof. Hvordan arbejdet med GAMMA-400-projektet skrider frem, blev RIA Novosti fortalt af dets videnskabelige vejleder, professor Arkady Galper (FIAN, MEPhI) og stedfortræder videnskabelig vejleder - chefdesigner Nikolai Topchiev (FIAN).
Økumeniske acceleratorer
Det kosmiske miljø er gennemsyret med elektromagnetisk stråling af den mest varierede art. Kilder kan være solbrændere, stjerner, pulsarer, aktive galaktiske kerner, processer forbundet med mørkt stof og meget mere.
Gamma-stråler, der når de øverste lag af jordatmosfæren, er fotoner med de højeste energier - fra millioner til milliarder elektron volt. De samme fås i ladede partikelacceleratorer - for eksempel LHC i Genève eller NIKA i Dubna. Der interagerer accelererede partikler - protoner, lette kerner, elektroner - med stof. Som et resultat forekommer nye partikler, der henfalder eller ødelægges ved dannelsen af gamma quanta med høj energi.
For astrofysikere er gammastråling en uvurderlig kilde til information om fjerne verdener. Det er muligt, at det vil hjælpe med at afsløre hemmeligheden bag mørkt stof - et mystisk stof, der giver en fjerdedel af universets masse, der hidtil ikke er tilgængelig for direkte observation i rummet og på acceleratorer.
Kilder til gamma quanta - dette er genstande og processer, der er i stand til at fremskynde elementære partikler til relativistiske hastigheder / Illustration af RIA Novosti. Kilde: projekt * GAMMA-400 *.
Salgsfremmende video:
Sådan fanges en masse energi
Gamma-stråling, som alle kosmiske partikler, bortset fra neutrinoer, absorberes fuldstændigt i planetens atmosfære og udslippes på overfladen med et brusebad af forskellige sekundære spor, inklusive Cherenkov-optisk stråling, opsamlet ved hjælp af store jordspejle. Fra bruserne kan du omtrent gendanne, hvor kilden, der gav anledning til dem, er.
For at observere galaktiske gammastråler i deres reneste form, må man gå ud over atmosfæren. De første kredsende gammastråleteleskoper blev lanceret af sovjetiske forskere fra MEPhI i 1968 og 1970. ANNA-3 gamma-ray-teleskopet på satellitterne Kosmos-251 og Kosmos-264 bestemte retningen for ankomst og energien i hvert gamma-kvante separat.
Gamma quanta er neutrale, og den eneste måde at opdage dem på er at tvinge dem til at interagere med stof, til at måle den frigjorte energi og retningen for fotonen. I dette tilfælde dannes et par ladede partikler - en elektron og en positron.
Dette var det princip, der blev anvendt af ANNA-3 og alle efterfølgende enheder. Det sidste sovjetiske rumfartøj, GAMMA-1, opererede i kredsløb fra 1990 til 1992. Nu har USA håndfladen. Siden 2008 har deres FERMI / LAT konsekvent scannet hele himlen i gammaområdet.
Præcision - Fremskridt inden for astronomi
Jo mere nøjagtigt bestemmer teleskopet gamma quanta-energien, jo højere dens vinkelopløsning, jo mere værdifuld information giver det.
Den amerikanske FERMI / LAT observerer gammastråling i området fra hundrede megaelektronvolt til hundrede gigaelektronvolt med en vinkelopløsning på en tiendedel af en grad ved de højeste energier. For moderne astrofysik er dette ikke længere nok, det er nødvendigt at opnå større nøjagtighed. Dette grundlæggende problem løses af det russiske projekt "GAMMA-400" med støtte fra RAS Council for Space og Federal Space Program.
Det nye gammateleskop er designet til energier fra 20 megaelektronvolt til 400 gigaelektronvolt med en maksimal vinkelopløsning på en hundrededel af en grad.
Pålideligt design, nye resultater
Som sine forgængere består GAMMA-400 af to grundlæggende elementer: gamma-ray konvertere og detektorer af elektron-positron par. Den første er et sæt af to dusin tynde wolframplader skiftevis med koordinatdetektorer, der bestemmer ankomstretningen for et gammakvantum.
For "GAMMA-400" foreslår Kurchatov-instituttet at anvende meget præcise fiberscintillationskoordinatdetektorer, på grund af hvilken der opnås en høj vinkelopløsning. Dette vil gøre det muligt at meget nøjagtigt måle retningen for ankomst af høj-energi gamma-stråler.
Det andet element er en stor scintillationstæller eller en gruppe af tællere (kalorimeter), hvor et elektron-positron-par absorberes og energi måles.
Teleskopapparat "GAMMA-400". K - konverter af gamma quanta til elektron-positron par, AC - antikoincidensdetektor, KK1, 2 - kalorimeter / MEPhI, GAMMA-400.
Ved at begrænse baner på jagt efter høje energier
Ideen om et nyt gammastråleteleskop blev foreslået i 1987 af en fremragende sovjetisk fysiker, senere nobelprisvinder Vitaly Ginzburg, astrofysiker Lidia Kurnosova og ansatte på hendes laboratorium på FIAN. Navnet "GAMMA-400" betyder evnen til at detektere gamma quanta med en energi på 400 milliarder elektron volt.
På det tidspunkt var søgningen efter mørk stof endnu ikke så relevant. Videnskabsmænd ville simpelthen udvikle gammastronomi, som halter bagefter andre områder af uden-atmosfærisk astronomi. Arbejdet trak dog videre i årtier.
I henhold til de nuværende planer skal enheden udvikles ved udgangen af 2025. MEPhI, NIISI RAS, Kurchatov Institute, Institut for fysik ved National Academy of Sciences of Belarus deltager i projektet under ledelse af FIAN.
"GAMMA-400" er blevet moderniseret markant, vinkelopløsningen er hundrede gange større, end det engang blev troet. Gammateleskopet vil blive installeret på Navigator-satellitplatformen, som er under udvikling i NPO Lavochkin. Der vil også være placeret magnetiske plasmadetektorer og ART-XC røntgendeleskop - en mere perfekt kopi af Spectra-RG-teleskopet.
Højt elliptisk kredsløb om enheden * GAMMA-400 *, som gør det muligt at observere ren kosmisk gammastråling / Project * GAMMA-400 *.
Gamma-stråle-teleskopet vil blive lanceret i en meget elliptisk bane, som med jævne mellemrum ændrer form: fra cirkulær til langstrakt med en gennemsnitlig radius på omkring 200 tusind kilometer. Således vil enheden ikke falde i jordens skygge og vil være i stand til at måle kosmisk gamma quanta uden for planetens strålingsbælter.
I modsætning til FERMI / LAT, der scanner himlen, vil GAMMA-400 sigte og kontinuerligt observere individuelle kilder i lang tid. Videnskabsfolk vil først undersøge Mælkevejens centrum, derefter regionen i stjernebilledet Cygnus og derefter andre objekter i planet til den galaktiske disk. På grund af den lavere vinkelopløsning giver det amerikanske teleskop et sløret billede uden detaljer. Den russiske enhed vil fotografere alt med en høj opløsning, hvilket gør det muligt at skelne mellem strålingskilder.
Blandt opgaverne er at observere binære systemer, såsom et par sorte huller. De accelererer partikler i deres nærhed til subluminal hastighed og fungerer som kraftige kilder til gammastråling. Også af interesse er genstande, der ikke udsender konstant, men med jævne mellemrum. For at få et godt kig på dem og analysere de tidsmæssige egenskaber i gammaområdet, vil det tage mere end en måned at se på observationen.
* GAMMA-400 * overgår FERMI / LAT kredsende teleskop med en størrelsesorden i vinkelopløsning. Dette giver dig mulighed for at se detaljerne i planet til den galaktiske disk / Project * GAMMA-400 *.
På jagt efter partikler med mørkt stof
Det videnskabelige samfund håber at teste ved hjælp af "GAMMA-400" hypotesen om arten af mørke stofpartikler, hvis virkelighed nu ikke længere er i tvivl. Der er mange omstændighedsbeviser om mørkt stof - især galaktiske glorier eller sporstjerner, der kredser rundt om et usynligt massecenter.
Ifølge en model kan mørkt stof være sammensat af WIMP'er - dette er navnet på hypotetiske massive partikler, der kun deltager i svage og gravitationsinteraktioner. Det antages, at højenergi-gammastråling med energien fra gammakvanta i rækkefølgen af WIMP-massen genereres under henfaldet af WIMP eller selvudslettelse af to partikler.
En vigtig opdagelse i denne retning blev fundet i PAMELA-eksperimentet udført i kredsløb fra 2006 til 2016. Enheden registrerede et overskud af meget høje energi-positroner i kosmiske stråler. Forskerne antyder, at de ikke kun blev genereret af en lokal kilde (for eksempel en pulsar), men også af henfald eller selvudslettelse af partikler med mørkt stof. Dens klumper kan skjule sig bag skyerne i det interstellære medium, og "GAMMA-400" er i stand til at registrere dem.
Tatiana Pichugina