В 2015 году российские астрофизики получили новый современный инструмент исследования космоса – орбитальную обсерваторию НУКЛОН, которая, должна помочь ученым понять природу загадочного "излома" в энергетическом спектре космических лучей.

С космодрома Байконур 26 декабря 2014 года осуществлен запуск серийного космического аппарата «Ресурс-П» № 2, предназначенного для дистанционного зондирования Земли. В качестве дополнительной полезной нагрузки на аппарате размещен комплекс научной аппаратуры НУКЛОН – обсерватория космических лучей высокой и сверхвысокой энергий. Срок службы нового спутника, в т.ч. обсерватории будет составлять не менее пяти лет.

Научный руководитель проекта, заведующий лабораторией галактических космических лучей НИИ ядерной физики МГУ, Дмитрий Подорожный объяснил, что обсерватория создана для прецизионного изучения космических частиц очень высоких энергий – в диапазоне от 100 ГэВ до 1000 ТэВ:

«Это галактические космические лучи, продукт наиболее катастрофических процессов Галактики. Мы предложили новый подход, который позволил создать достаточно скромную по энергетике и по массе аппаратуру, но которая позволяет регистрировать те частицы, для которых наши зарубежные коллеги вынуждены использовать комплексы массой несколько тонн. Аппаратура достаточно эффективная, и всего за год функционирования собран научный банк, превышающий общий объем, полученный за предыдущие 50 лет исследований в данной области». 

Космические лучи, открытые в 1912 году австрийским физиком Виктором Гессом, на самом деле не имеют никакого отношения к излучению. Это потоки частиц разных энергий и разной природы, исходящие от астрофизических объектов.

«Большая часть частиц, которые долетают до поверхности Земли, рождаются здесь же, в атмосфере – это так называемые «широкие атмосферные ливни», возникающие, когда космические частицы экстремально высоких энергий сталкиваются с атомами в атмосфере. Изучение этих «ливней» показало, что их провоцируют частицы сверхвысоких энергий, которые не могли появиться в Солнечной системе – это галактические космические лучи, исследовать которые напрямую можно только с помощью космических аппаратов».

По словам Подорожного, высокоточные исследования галактических лучей помогут понять, как в нашей Галактике распределены их источники, в числе которых могут быть остатки вспышек сверхновых.

Ряд других космических экспериментов по изучению космических лучей, например, российско-итальянский проект PAMELA или европейский детектор AMS-02, установленный на МКС, направлены на поиск следов темной материи – пока не найденной субстанции, из которой состоит около 23% массы Вселенной. НУКЛОН будет отслеживать частицы значительно более высоких энергий, чем эти установки, может ли он помочь в решении вопроса поиска «экзотики».

«Это, что называется, как повезет – мы тоже можем увидеть следы темного вещества или странной материи (состоящей из странных кварков). Но мы больше оцениваем нашу аппаратуру это как «рабочую лошадку» по исследованию Галактики.

Самое главное – делать хорошую аппаратуру, очень хорошую аппаратуру, и быть готовым ко всему. Наши главные цели – это изучение структуры галактики, это современный внутризвездный синтез тяжелых ядер, вопрос строения магнитных полей галактики. НУКЛОН, возможно, поможет ученым понять происхождение «излома» или «колена» в спектре космических лучей» – сказал Подорожный.

Этот феномен был открыт более 50 лет назад, в 1958 году учеными НИИЯФ МГУ. Георгий Христиансен и Герман Куликов обнаружили, что при энергиях около 3 тысяч ТэВ спектр частиц испытывал резкий излом – количество частиц на каждом уровне энергии начало снижаться значительно быстрее, чем было до этого. Общепризнанного объяснения феномена не найдено, остро не хватает экспериментальных данных, которые можно получить только за пределами атмосферы в Космосе.

«Я знаю штук 30 теорий, которые пытаются объяснить природу излома. Уже 50 лет эта задача не поддается решению потому, что нужна массированная аппаратура с долговременной экспозицией в околоземном пространстве. Это очень дорого и сложно. НУКЛОН напрямую не измерит эту зону, но подойдет вплотную к ней. Может быть эта «предизломная» область, аккуратно измеренная по зарядовому составу и энергетическому ходу спектров, даст нам ключ к ответу», – сказал ученый.

В настоящее время все системы научной аппаратуры «НУКЛОН» работают в штатном режиме, набор научных данных продолжается. Замечаний по работе аппаратуры нет. К концу марта 2016 года зарегистрировано более чем 10⁷ событий с энергией выше 10¹¹ эВ, в скоро можно ожидать предварительные результаты космического эксперимента.

Источник: НИИЯФ МГУ