TAIGA — гамма-обсерватория, позволяющая наблюдать за выплесками энергии

ЭкспертНаука

TAIGA и тайны Вселенной

В Бурятии, в Тункинской долине, в мае заработала установка TAIGA — гамма-обсерватория, позволяющая наблюдать за мощнейшими во Вселенной выплесками энергии. Новая астрономия смыкается с новой физикой частиц в поисках ответов на фундаментальные вопросы о строении материи и возникновении мира.

Андрей Константинов

Профессор Николай Буднев в Тункинской обсерватории

Четвертого июня в журнале Science вышла статья с результатами исследования одной из мощнейших вспышек гамма-всплеска — излучения, на которые способна видимая с помощью телескопов Вселенная. Вспышка длилась всего пару секунд, но за эти секунды выделилось столько энергии, сколько Солнце выработает за все десять миллиардов лет своей жизни. Энергия луча от вспышки превышала энергию видимого света в триллионы раз, а источник находился сравнительно близко — в миллиарде световых лет.

«Мы словно сидели в первом ряду», — говорят авторы исследования, ведь обычно гамма-всплески приходят с расстояния, которое в десятки раз больше. Но близость источника все равно не помогла выяснить, что за гигантский катаклизм вызвал вспышку.

Может быть, взрыв сверхновой?

Может, слияние черных дыр?

Может, столкновение нейтронных звезд?

Может, звездотрясение магнетара — нейтронной звезды со сверхмощным магнитным полем?

А может, во всем виновата темная материя?

Или еще что-то, вообще неизвестное пока науке?

Гамма-всплески — очень редкое явление, в галактике они случаются несколько раз за миллион лет. Но свет их пронизывает всю Вселенную, — нет ничего ярче него. Поэтому с появлением гамма-телескопов астрономы стали регистрировать их все чаще, ведь в видимой Вселенной триллионы галактик.

Причиной большинства гамма-всплесков считаются взрывы сверхновых. Взрывающаяся звезда выбрасывает в противоположных направлениях два джета — мощных потока гамма-лучей. Но астрофизики сопоставили данные с двух типов приборов, наблюдающих за космосом: рентгеновских телескопов и гамма-телескопов, — и обнаружили, что эти данные противоречат всем известным моделям великих космических катастроф.

Сейчас главные результаты в астрономии начинают получать именно таким способом — сопоставляя данные с телескопов разных типов, видящих Вселенную в разном свете.

Многоканальная астрономия

Астрономия — старейшая из наук. Но тысячелетиями люди наблюдали за небом в очень узком диапазоне, не будучи способными увидеть большую часть информации, которую несет свет звезд. Ведь свет, видимый глазом, — это лишь очень небольшой участок широкого спектра электромагнитных волн. Как и любые электромагнитные волны, свет переносят частицы, не имеющие массы и не знающие о времени: фотоны. Наши глаза воспринимают только фотоны с определенной энергией, к тому же земная атмосфера не пропускает основную массу более энергичных фотонов, несущих, например, рентгеновское или гамма-излучение.

Мы живем в самом начале эры многоканальной астрономии: современные телескопы позволяют гораздо полнее изучать космические объекты, наблюдая их излучение во всех диапазонах спектра электромагнитных волн, от радиоволн до гамма-излучения. Астрономия уже вышла и за пределы спектра электромагнитных волн — появились, например, телескопы для наблюдения потоков заряженных ядер атомов, прилетающих к нам из космоса, и даже для регистрации гравитационных волн. Астрономия словно обрела разные органы чувств и теперь может получать несравненно больше информации о самых интересных космических объектах, причем это окно возможностей открылось совсем недавно, наши новые глаза для взгляда в глубины Вселенной только-только открываются.

Один из таких глаз, специализирующийся на фотонах с самым высокими энергиями, открылся в мае — на Тункинском астрофизическом полигоне Иркутского государственного университета (ИГУ) заработала обсерватория TAIGA.

Разобраться в пестром спектре прилетающих к нам со всей Вселенной частиц «Эксперту» помог соруководитель проекта TAIGA, декан физического факультета ИГУ Николай Буднев.

Слепые и слон

Давайте посмотрим на один из красивейших космических объектов — Крабовидную туманность. Что именно мы увидим, зависит от того, как посмотреть: она будет абсолютно по-разному выглядеть в разных диапазонах волн — радио-, видео-, ультрафиолете, рентгеновском излучении.

«Все определяется энергией! — объясняет Николай Буднев. — Есть два способа описать электромагнитное излучение — измерить энергию фотона либо длину волны. Они связаны обратно пропорционально: чем больше энергия, тем меньше длина волны у фотона. В случае радиоволн удобнее иметь дело с длиной волны — наши сотовые и телевизоры принимают волны длиной от сантиметров до метров. А для гораздо более коротковолнового излучения удобнее представлять не длину волн, а их энергию.

Свет, который видит наш глаз, состоит из фотонов с энергией порядка одного электрон-вольта — это энергия, которую набрал бы электрон, будучи ускоренным напряжением в один вольт.

В рентгеновском кабинете используются более энергичные фотоны: рентгеновские лучи имеют энергию в тысячи электрон-вольт. Знаете, как создаются рентгеновские лучи? В рентгеновских аппаратах электроны ускоряются высоким напряжением, а потом резко тормозятся — и при этом излучают в рентгеновском диапазоне».

В процессах радиоактивного распада ядер атомов рождаются фотоны с еще намного большей энергией — миллионы электрон-вольт. А в астрономических объектах могут рождаться фотоны с энергией уже в миллиарды и триллионы электрон-вольт. Возможно, даже больше: энергия некоторых прилетающих к нам фотонов может быть в квинтиллионы (1018) раз больше, чем энергия видимого света. Такие фотоны еще не наблюдались, но их поиск как раз одна из задач гамма-обсерватории TAIGA.

Такие фотоны рождаются в каких-то процессах, вовлекающих невероятно мощную энергию. Гораздо большую, чем способно выделить Солнце, — оно не может порождать фотоны с энергией выше, чем миллион электрон-вольт. По космическим масштабам Солнце все-таки относительно слабый источник энергии, в космосе есть в миллиарды раз более мощные. Но астрономы далеко не всегда понимают, что это за объекты.

Фотоны с энергией в триллионы электрон-вольт прилетают к нам и из той самой Крабовидной туманности.

«Это остатки сверхновой, взрыв которой на Земле наблюдали в 1054 году, — рассказывает Николай Буднев. — Когда взорвалась звезда, породившая Крабовидную туманность, на Земле ночами было светло, люди это видели и описывали. Кстати, вполне вероятно, что и Вифлеемская звезда, неожиданно появившаяся на небе и очень ярко светившая ночью, когда родился Иисус Христос, тоже сверхновая, относительно недалекая. С тех пор Крабовидная туманность, образованная разлетевшимися остатками сверхновой, доросла до огромного размера, но там и спустя тысячу лет после взрыва продолжаются какие-то процессы, в которых рождаются частицы высоких энергий».

Один из атмосферных черенковских телескопов проекта TAIGA

У каждого свои недостатки

— Все эти частицы — фотоны?

— Не только. Неподалеку от Тункинской обсерватории, глубоко подо льдом Байкала находится Байкальский нейтринный телескоп, самый большой в Северном полушарии (см. «Особенности подводной ловли нейтрино в зимний период», «Эксперт» № 12 за 2021 год. — «Эксперт»). Кстати, я единственный человек, который участвовал во всех сорока экспедициях, которые организуются каждую зиму, чтобы опускать со льда под воду фотодетекторы телескопа. Ведь я в этом проекте с 1981 года.

Так вот, нейтринная астрономия — это еще один способ изучать астрофизические объекты.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Оружие будет в тренде Оружие будет в тренде

Хаос и выборы в США подогревают интерес к оружию и снаряжению для выживания

Эксперт
Месть за возлюбленную: история настоящего ворошиловского стрелка Месть за возлюбленную: история настоящего ворошиловского стрелка

Реальный прототип ворошиловского стрелка — молодой парень-афганец

Cosmopolitan
Поколение Next Поколение Next

Очередной рейтинг самых богатых наследников российских миллиардеров

Forbes
Древняя Арктика считалась слишком враждебной для динозавров. Оказывается, это не так Древняя Арктика считалась слишком враждебной для динозавров. Оказывается, это не так

Ученые нашли свидетельства того, что динозавры обитали в северных широтах

National Geographic
Леса, озера, черный снег Леса, озера, черный снег

Экологическая повестка захватила западный мир

Эксперт
5 стоящих книг о науке сна, которые вам стоит прочесть 5 стоящих книг о науке сна, которые вам стоит прочесть

Полноценный сон — один из главных факторов здоровой и счастливой жизни

Популярная механика
«Сменишь пол — выйду за тебя замуж»: история моего трансгендерного перехода «Сменишь пол — выйду за тебя замуж»: история моего трансгендерного перехода

Борис — трансгендер, он родился девочкой, но никогда так не воспринимал себя

Cosmopolitan
Девушка с «Плотинки». Писательница Анна Матвеева — о лете со старого снимка Девушка с «Плотинки». Писательница Анна Матвеева — о лете со старого снимка

На старой фотографии Свердловск, сирень и пальто как часть юности и целой эпохи

РБК
В саду цветут орхидеи В саду цветут орхидеи

Каким бывает Венерин башмачок

Наука и жизнь
Почему быстро перегорают светодиодные лампы? Почему быстро перегорают светодиодные лампы?

Почему некоторые светодиодные лампы быстро выходят из строя

CHIP
Археологи разобрались в технологии изготовления ксоанов из святилища богини Мефитис Археологи разобрались в технологии изготовления ксоанов из святилища богини Мефитис

В долине Ансанто нашли святилище богини вулканических паров Мефитис

N+1
Стоит ли смотреть на бесстрашную Эмили Блант в хорроре «Тихое место 2» Стоит ли смотреть на бесстрашную Эмили Блант в хорроре «Тихое место 2»

Насколько хорошим получился сиквел «Тихого места»?

GQ
Физики измерили свободную эволюцию двух запутанных спинов Физики измерили свободную эволюцию двух запутанных спинов

С помощью туннельной спектроскопии физики исследовали запутанные спины

N+1
20 самых высокооплачиваемых профессий с низким уровнем стресса 20 самых высокооплачиваемых профессий с низким уровнем стресса

Перспективные профессии с низким уровнем стресса

Inc.
Дружба с женщиной без секса? Не только приятна, но и возможна! Дружба с женщиной без секса? Не только приятна, но и возможна!

Точка в затянувшейся дискуссии «Может ли мальчик дружить с девочкой»

Maxim
Что такое фейсфитнес и почему его критикуют Что такое фейсфитнес и почему его критикуют

Рассказываем, как укрепить мышцы лица и сохранить упругую кожу

РБК
Синдром долгого горевания: почему вдовы не налаживают личную жизнь Синдром долгого горевания: почему вдовы не налаживают личную жизнь

Почему, пережив утрату, женщины не вступают в новые отношения?

Psychologies
Тренировки ЭМС: как обрести рельеф, не тратя время на фитнес Тренировки ЭМС: как обрести рельеф, не тратя время на фитнес

Тренировки по технологии ЭМС (электромиостимуляции) – что это такое?

Cosmopolitan
Понимай язык тела: когда тебя обманывают, а когда хотят очаровать Понимай язык тела: когда тебя обманывают, а когда хотят очаровать

Мы даже не представляем, что человек пытается сообщить, когда чешет затылок

Maxim
Самцам крыс удалось выносить детенышей. Но какой ценой? Самцам крыс удалось выносить детенышей. Но какой ценой?

Десять крысят были выношены в теле отцов и выросли совершенно здоровыми

National Geographic
Хочу все знать: как развить у ребенка мотивацию к учебе Хочу все знать: как развить у ребенка мотивацию к учебе

Как сделать так, чтобы ребенку захотелось учиться

Forbes
Вольфганг Черни: «Очень хочу поработать с животными на съемках. У них совершенно другая энергия» Вольфганг Черни: «Очень хочу поработать с животными на съемках. У них совершенно другая энергия»

Вольфганг Черни — о том, как выучил русский и о роли в «Красном призраке»

Grazia
Никакой самодеятельности: косметические проблемы, с которыми нужно идти к врачу Никакой самодеятельности: косметические проблемы, с которыми нужно идти к врачу

Безобидные на первый взгляд, эти симптомы могут означать серьезные проблемы

Cosmopolitan
В Канаде нашли необычный артефакт. Казалось бы, при чем здесь бобры? В Канаде нашли необычный артефакт. Казалось бы, при чем здесь бобры?

Коренные народы Северной Америки использовали бобров не только в качестве тотема

National Geographic
О чем мужчины не расскажут после расставания: два признания О чем мужчины не расскажут после расставания: два признания

Истории мужчин, которые пережили тяжелый разрыв отношений

Psychologies
По €100 за килограмм: из чего и как на самом деле создаются духи По €100 за килограмм: из чего и как на самом деле создаются духи

Главы из книги Луки Турина «Секрет аромата: от молекулы до духов»

Forbes
«Когда б не баня, все бы мы пропали. История старинной русской традиции» «Когда б не баня, все бы мы пропали. История старинной русской традиции»

Баня занимает особый статус в русской культуре

N+1
Как устроен патрульный катер «Мангуст» с ракетной установкой Как устроен патрульный катер «Мангуст» с ракетной установкой

Эта легкомысленного вида посудина — первая в своем роде

Maxim
В Японии обнаружили новый вид медуз В Японии обнаружили новый вид медуз

Новый вид медуз назвали в честь японского свадебного головного убора

National Geographic
Как и чему сегодня учат в «Росатоме» Как и чему сегодня учат в «Росатоме»

Стратегическая цель «Росатома» — стать лучшими в раскрытии кадрового потенциала

Эксперт
Открыть в приложении