Глубоководный нейтринный телескоп стоимостью 2,5 миллиарда рублей, который строили с 2015 года, в субботу, 13 марта заработал на озере Байкал. Подводное устройство общим объемом около кубического километра поможет ученым разгадать тайну эволюции Вселенной и заглянуть в прошлое на миллиарды лет.
Телескоп Baikal-GVD (Baikal Gigaton Volume Detector) заточен на фиксацию высокоэнергетических нейтрино из глубокого космоса. Почему охота на нейтрино так важна для ученых и зачем для этого потребовалась байкальская вода? Как устроен уникальный подводный телескоп и какое влияние подводное устройство окажет на обитателей озера?
Байкал стал мишенью для призраков
Запуск телескопа на Байкале имеет мировое значение — установка позволит ученым завершить создание глобальной нейтринной сети для улавливания частиц-призраков, которые крайне неохотно взаимодействуют с обычной материей. При этом эти частицы несут ценнейшую информацию из космических глубин.
До недавнего времени «охотой» на нейтрино занимались американцы на Южном полюсе с помощью телескопа IceCube. Северное полушарие было закрыто для наблюдений. Нейтринный телескоп на Байкале с рекордным эффективным объемом устранит этот пробел, с 2021 года поиск источников нейтринного излучения начнут вести по всей небесной сфере.
«С одной стороны, уникальное место, озеро Байкал, неописуемая красота. С другой стороны, наши лучшие ученые институты, университеты, в том числе и местные, объединили усилия в международном проекте, и это дает сразу несколько эффектов», — сказал министр науки и высшего образования Валерий Фальков на на торжественной церемонии запуска телескопа.
Директор Объединенного института ядерных исследований, академик РАН Григорий Трубников назвал старт установки «триумфом российских ученых и международного научного сотрудничества». По его словам, телескоп позволит «регистрировать лучшую на порядок статистику нейтрино».
Как работает телескоп
Огромная установка находится под водой на глубине более километра и состоит из самостоятельных кластеров. Каждый представляет собой восемь вертикально подвешенных гирлянд, на которых закреплены стеклянные оптические модули — 36 штук на каждой гирлянде. Наращивание кластеров увеличивает возможности детектировать нейтринные выбросы.
Ключевой элемент телескопа — стеклянные шары оптических модулей, внутри которых установлены фотоэлектронные умножители. Приборы погружены в специальный стабилизирующий гель, для защиты от магнитного поля их экранируют специальным сплавом железа и никеля.
Прибор расположен в озере на расстоянии 3,6 километра от берега, поэтому удобнее всего устанавливать новые кластеры зимой, когда Байкал покрыт прочным льдом. Последние пять лет ученые постепенно наращивали возможности нейтринного детектора. Первые результаты доказали способность Baikal-GVD регистрировать нейтрино высоких энергий.
Что такое нейтрино?
Нейтрино — элементарные частицы без электрического заряда, предсказанные учеными около 90 лет назад. Это частица-призрак, которую крайне тяжело зарегистрировать, поскольку она может «прошить» Землю насквозь со световой скоростью. При этом особый интерес ученых вызывают редкие нейтрино сверхвысоких энергий, величина которых достигает сотен триллионов вольт.
Исследователи предполагают, что такие частицы порождают ядра активных галактик — квазары. В подобных ядрах сверхмассивные черные дыры поглощают окружающее вещество, одновременно выбрасывая в космос титанические по своим размерам и мощности сгустки. Так как нейтрино не отклоняются магнитным полем, практически ничем не поглощаются и путешествуют по Вселенной со скоростью света, их анализ дает космологам ценнейшую информацию.
Изучение нейтрино позволит ученым «путешествовать» в далекое прошлое Вселенной, наблюдая за созданием галактик на невообразимых расстояниях. Но для этого требуется регулярно «ловить» эти частицы и правильно интерпретировать полученные данные.
Почему выбрали Байкал?
Прозрачная вода Байкала представляет идеальную мишень для высокоэнергетических нейтрино. Проходя километровую толщу воды на огромной скорости, частица может сгенерировать так называемое черенковское излучение — микроскопическую каскадную вспышку, которую способны зарегистрировать чувствительные детекторы.
Обнаружить такую вспышку реально только в прозрачной воде. Поэтому нейтринные телескопы можно разместить только в нескольких водоемах на планете. Байкал представляет собой идеальное место для регистрации частицы-призрака, так как способность поглощения и рассеяния света в байкальской воде близки к идеалу.
Чем больше объем воды и объемнее сеть детекторов, тем выше шансы на итоговый успех. Байкальский телескоп позволяет фиксировать каскады частиц с угловым разрешением порядка четырех градусов. При этом точность IceCube — примерно 10-15 градусов, поэтому возможности российского детектора значительно лучше.
Кроме этого, расположенные в Северном полушарии нейтринные телескопы способны вести практически непрерывное наблюдение центра Галактики, где сконцентрирована основная часть потенциальных источников высокоэнергетических нейтрино. Baikal-GVD работает по 18 часов в сутки без потери эффективности.
А как же местные обитатели?
Любой технологичный проект, связанный с Байкалом, вызывает беспокойство защитников природы. Здесь обитают более 2,6 тысячи видов и подвидов животных и водорослей, две трети из которых — эндемики. В их числе рачок эпишура, который и обеспечивает кристальную чистоту воды озера. Только здесь живет знаменитые байкальская нерпа и омуль.
Однако, как уверяют разработчики телескопа, опасения безосновательны — никакого вмешательства в уникальную экосистему водоема нет. Проект строительства глубоководного устройства прошел все необходимые экологические экспертизы с привлечением международных структур, при сборке и погружении соблюдались самые строгие природоохранные рекомендации. И сам принцип работы детектора нейтрино совершенно безвреден для живых существ.
