Ученые из России, Германии, Финляндии и США изучили больше 300 квазаров — вращающихся черных дыр, из которых «бьют» горячие струи плазмы, — и обнаружили, что эти выбросы меняют свою форму при удалении от черной дыры с параболы на конус. Это напоминает знаменитые брюки клеш. Сняв размеры «брюк», ученые смогут разобраться, как разгоняется вещество в центральных машинах далеких активных галактик. Работа опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Маяки Вселенной

    Квазары — одни из самых ярких объектов в космосе. При этом они находятся очень далеко — в миллиардах световых лет от Земли. Их называют маяками Вселенной: можно не только изучать по ним ее структуру и эволюцию, но и использовать их для навигации на Земле. Из-за своей чрезвычайной удаленности квазары можно считать неподвижными точками и относительно них измерять параметры вращения Земли и координаты точек на ее поверхности. Это используется в системах ГЛОНАСС и GPS.

Рисунок 1. Иллюстрация центра квазара. На ней видны: черная дыра, вращающийся аккреционный диск из пыли и газа, плазменная струя в магнитном поле, закрученное магнитное поле в основании выброса и облака межзвездного газа вокруг струи. Ученые установили, что струя меняет свою форму с удалением от центра, напоминая знаменитые брюки-клеш из моды 70-х.
Изображение: Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

    Квазары такие яркие, что они видны с огромных расстояний, из-за вращающейся сверхмассивной черной дыры с массой до нескольких миллиардов масс Солнца (рисунок 1). Черная дыра притягивает к себе окружающее вещество. Но, что более важно, вместе с веществом она собирает вокруг себя магнитное поле. Силовые линии поля работают как проволоки с нанизанными бусинами — заряженными частицами (рисунок 2). Когда силовые линии вращаются, частицы ускоряются почти до скорости света. Эти течения называются релятивистскими джетами, и именно они делают квазары такими яркими.

Рисунок 2. Схема плазменного джета. Если представить силовые линии магнитного поля как проволочки, торчащие из диска, а заряженные частицы — как нанизанные на них бусины, то при раскручивании диска бусины будут с ускорением подниматься вверх.
Изображение: Елена Нохрина и Дарья Сокол, МФТИ

Дотянуться до небес

    Ранее считалось, что джеты имеют форму конусов. Ученые нашли всего несколько исключений из этого правила.

    Авторы нового исследования наблюдали за сотнями квазаров в течение двух десятков лет с помощью сети радиотелескопов, раскинутой по миру. В результате были получены изображения более 300 объектов и проведен автоматический анализ формы их джетов. Таким образом были найдены 10 квазаров, параболические силуэты джетов которых трансформировались в конические (рисунок 1). Причем рассмотреть эту трансформацию ученым позволило близкое расположение объектов. Оказалось, что весь десяток находится на расстоянии «всего» в сотни миллионов световых лет. Изменение формы выброса происходит на расстоянии в несколько десятков световых лет от черной дыры.

    «Вопрос о механизме формирования и ускорения струй в далеких активных галактиках до сих пор плохо понят. А разобраться в принципах работы этих космических ускорителей крайне важно. Область, в которой джеты формируются, сложно рассмотреть. Она очень компактная, а объекты находятся далеко — там все просто сливается вместе. Были разные теоретические модели, но не было наблюдательной информации, которая могла бы их проверить. Нам впервые удалось получить детальные данные о геометрии струйных выбросов для большого количества квазаров», — говорит Юрий Ковалев, член-корреспондент РАН, руководитель научных лабораторий в ФИАН и МФТИ.

Постижение недоступного

    Геометрия джета зависит от баланса внутренних и внешних сил, магнитного поля, плазмы джета и межзвездного газа. Авторам работы удалось элегантно учесть это, и в результате форма джета естественным образом меняется в их теоретической модели с параболы на конус. Центральная машина, состоящая из вращающейся черной дыры и магнитного поля, имеет ограниченный запас мощности, как любой двигатель, и не может ускорять частицы бесконечно. Ранее было известно, что плазма хорошо ускоряется только до определенной скорости, а потом ускорение столь медленно, что им можно пренебречь. Именно эта точка остановки ускорения и соответствует месту «клешения».

    «Изменение формы выбросов наблюдалось в паре-тройке галактик и в более ранних исследованиях. Но не было сделано важного вывода о том, что это не особенности какого-то определенного объекта, а свойство квазаров как класса. Нам удалось связать этот эффект с внутренними характеристиками струй. Это оказалось лаконичным и естественным объяснением», — поясняет Елена Нохрина, кандидат физико-математических наук, заместитель заведующего лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ.

    Теперь у ученых появилась новая возможность оценить скорость вращения центральной черной дыры и разобраться в механизме формирования узких и очень быстрых выбросов плазмы в квазарах. Настолько ярких, что они видны с расстояний в миллиарды световых лет.

АКЦ ФИАН и пресс-служба МФТИ

_____________________________

1. Работа поддержана грантом Российского научного фонда 16-12-10481.

2. Лаборатория фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ под руководством Юрия Ковалева, член-корреспондента РАН, зав. Лабораторией внегалактической радиоастрономии АКЦ ФИАН, занимается как изучением джетов квазаров, так и исследованием структур магнитосферы пульсаров, аккреционных дисков и струйных выбросов из молодых звезд, изучением двойных черных дыр и других тесных двойных систем

Ученые из ФИАН, МФТИ и ИЯИ РАН установили, что нейтрино высоких энергий рождаются вблизи черных дыр в далеких квазарах. 

Телескоп РАТАН-600 помогает разобраться, где рождаются нейтрино 
© Дизайнер: Д. Сокол, пресс-служба МФТИ

    Российские ученые подошли к разгадке проблемы, которая в последние годы занимает умы физиков всего мира. Астрофизики сравнили данные, полученные на нейтринном телескопе IceCube в Антарктиде, с радиоастрономическими наблюдениями квазаров. В результате удалось найти связь между космическими нейтрино и вспышками в центрах далеких активных галактик. Согласно современным представлениям ученых, в центрах таких галактик расположены сверхмассивные черные дыры. Во время падения вещества на черную дыру часть потока частиц выбрасывается обратно, ускоряется и рождает нейтрино, которые затем со скоростью света летят через всю Вселенную.

    Нейтрино – мельчайшие и загадочные элементарные частицы. Даже их массу ученые до сих пор не знают, настолько она маленькая. Нейтрино свободно проникают сквозь предметы, людей и даже нашу планету. Нейтрино высоких энергий могут рождаться только с помощью протонов, разогнавшихся почти до скорости света. Нейтринная обсерватория IceCube, начавшая работу в 2010 году, регистрирует такие нейтрино и измеряет их энергии и направления прихода. Астрофизики решили сфокусироваться на анализе происхождения нейтрино сверхвысоких энергий – более 200 триллионов электрон-вольт. Авторы сравнили измерения телескопа IceCube с многочисленными наблюдениями неба в радиодиапазоне и установили, что эти нейтрино образуются в центрах квазаров с массивными черными дырами, аккреционными дисками и выбросами очень горячего газа. Более того, найдена связь между рождением нейтрино и вспышками радиоизлучения в этих активных галактиках.

    «Наш результат говорит о том, что нейтрино высоких энергий рождаются в активных ядрах галактик, причём именно в моменты вспышек радиоизлучения. Поскольку и эти частицы, и радиоволны распространяются по Вселенной со скоростью света, мы "видим" их на Земле одновременно», - рассказал аспирант Александр Плавин из Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН) и Московского физико-технического института (МФТИ). Далеко не каждому везет получить такой результат уже на старте научной карьеры.

    Статья российских астрофизиков опубликована в авторитетном журнале Astrophysical Journal (работа также доступна из архива препринтов). В своей статье ученые на первом этапе показали, что направления, откуда на Землю приходят нейтрино сверхвысоких энергий, совпадают с положением ярких квазаров по данным сети радиотелескопов всего мира. На втором этапе физики решили проверить гипотезу о том, что нейтрино сверхвысоких энергий появляются в галактиках во время вспышек радиоизлучения. Для этого они использовали данные российского телескопа РАТАН-600, расположенного на Северном Кавказе в Карачаево-Черкессии. Всего было проанализировано около полусотни нейтрино высоких энергий, зарегистрированных IceCube. Ранее источники таких нейтрино искали преимущественно в гамма-лучах, поскольку считалось, что нейтрино должны рождаться вместе с гамма-излучением.

    «До нас ученые искали источник нейтрино высоких энергий что называется «под фонарем». Мы же решили проверить нестандартную идею, не особо рассчитывая на успех. Но нам повезло! Многолетние совместные наблюдения на международных решетках радиотелескопов и замечательном российском РАТАНе позволили получить этот интереснейший результат. Именно радиодиапазон оказался ключевым для обнаружения источников нейтрино», – говорит Юрий Ковалев (ФИАН и МФТИ).

    «Поначалу результат мне показался “слишком хорошим”, но проведя детальный анализ данных и многочисленные проверки, мы подтвердили явную связь нейтринных событий с радиоизлучением, которую затем проверили по многолетним измерениям вспышек излучения на радиотелескопе РАТАН-600 Специальной Астрофизической Обсерватории. Вероятность того, что этот результат случайный, составляет всего 0,2%. Это большой успех в нейтринной астрофизике, и теперь наше открытие требует теоретического объяснения», – заключает Сергей Троицкий (ИЯИ РАН).

    Ученые собираются проверять свой результат и разобраться с механизмом рождения нейтрино в квазарах с помощью данных телескопа Baikal-GVD, который в настоящее время достраивается на Байкале и уже начал набор данных. Как в IceCube, так и в Baikal-GVD используются водные «черенковские» детекторы: большой объем воды (льда) позволяет увеличить число детектируемых нейтрино и одновременно защититься от случайных срабатываний детектора. Понятно, что без продолжающего свои наблюдения далеких галактик РАТАН-600 близ известного многим Архыза тоже никак не обойтись.

АКЦ ФИАН и пресс-служба МФТИ

________________________________________

Для справки:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской Академии наук (ИЯИ РАН) образован в 1970 году постановлением Президиума АН СССР на основе решения Правительства, принятого по инициативе Отделения ядерной физики АН СССР. Институт организован в целях создания современной экспериментальной базы и развития исследований в области физики элементарных частиц и высоких энергий, атомного ядра, физики и техники ускорителей, физики космических лучей, космологии и физики нейтрино. В состав ИЯИ РАН входят филиал Баксанская нейтринная обсерватория (пос. Нейтрино, КБР), сильноточный линейный ускоритель ионов водорода (г. Троицк, Москва) и Байкальский глубоководный нейтринный телескоп (Слюдянский район, Иркутская область).

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук (САО РАН) образована в 1966 году постановлением Президиума АН СССР на основе решения Совета Министров от 1960 г. Обсерватория создана на правах научно-исследовательского института в целях исследований физики и эволюции внегалактических объектов, звезд и межзвездной среды, тел Солнечной системы, теоретических исследований в области астрофизики и проведения поисковых работ, в целях разработки и внедрения новейшей приемной аппаратуры и методов наблюдений на больших телескопах. На базе САО РАН действуют уникальные научные установки Большой телескоп альт-азимутальный (БТА) и радиотелескоп РАТАН-600. САО РАН является центром коллективного пользования на основании Постановления Президиума Академии наук СССР от 3 июня 1966 года №420.

Московский физико-технический институт (МФТИ) — ведущий технический вуз страны, который входит в престижные рейтинги лучших университетов мира. Здесь обучают фундаментальной и прикладной физике, математике, информатике, химии, биологии, компьютерным технологиям и другим естественным и точным наукам. Сегодня Физтех —  это передовой научный центр. За последние годы здесь были открыты 64 новые лаборатории, где работают ученые с мировым именем.

Лаборатория фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ под руководством Юрия Ковалева, член-корреспондента РАН, главного научного сотрудника Астрокосмического центра (АКЦ) ФИАН, занимается изучением как джетов квазаров, так и исследованием структур магнитосферы пульсаров, аккреционных дисков и струйных выбросов из молодых звезд, изучением двойных черных дыр и других тесных двойных систем.

    До недавних пор квазары считались самыми неподвижными объектами звездного неба. В то время как близкие к Земле объекты передвигаются по сложным траекториям, отдаленность квазаров от Земли давала повод считать их надежными и стабильными ориентирами для таких важных практических задач, как навигация и изучение тектонических процессов. Однако международная группа астрофизиков, в которую входят сотрудники АКЦ ФИАН и МФТИ, обнаружила, что квазары не стоят на месте, и объяснила причину такого поведения. Результаты опубликованы в европейском журнале MNRAS.

Художественная иллюстрация «Квазар». 
Источник: Робин Динель, Институт науки Карнеги

    «Эффект частотно-зависимого сдвига видимого положения квазара был предсказан около сорока лет назад на основании теории синхротронного излучения и вскоре был успешно обнаружен, — прокомментировал Александр Пушкарев, ведущий научный сотрудник Крымской астрофизической обсерватории и ФИАН. — Целью нашего исследования было выяснить, переменен ли эффект, и если да, то насколько сильно и на каких масштабах времени».

    Квазары принадлежат к более широкому классу астрономических объектов под названием активные ядра галактик. Земле повезло не иметь таких соседей: фактически активное ядро галактики представляет собой «огнедышащую» черную дыру, выбрасывающую две противоположно-направленные струи плазмы — релятивистские джеты. Сама черная дыра находится в центре объекта и, конечно, невидима. Черную дыру окружает непрозрачная область — своего рода «завеса», преодолеть которую может только самое высокочастотное излучение. Поэтому для наблюдателя с Земли активное ядро галактики может выглядеть по-разному в зависимости от диапазона частот, в котором производилось наблюдение. Например, в оптическом диапазоне можно различить и джет, и свечение вокруг его источника. В радиодиапазоне от квазара видна только часть «хвоста», направленная на нас.

    Самый точный на сегодня способ наблюдения отдаленных объектов в радиодиапазоне — это радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами. Этот метод позволяет симулировать один гигантский телескоп, расставив по большой территории много обычных, и получить информацию о далеком источнике радиоволн с большим разрешением. Однако такие данные сложно интерпретировать: настоящее изображение «зашифровано» в перекличках участвующих в наблюдениях телескопов.

    Ученые разработали автоматическую процедуру, анализирующую зашифрованные данные. Оказалось, что координата видимого начала джета не стоит на месте, а колеблется туда-сюда вдоль направления джета. Можно было бы подумать, что подвижен сам источник. Однако астрофизики утверждают, что подобные колебания — это своего рода иллюзия, так как причина явления кроется в непростой природе излучения, а источники — ядра квазаров — никаких смещений в пространстве не совершают.

    «Уже давно, с прошлого века, существует теория, объясняющая видимое поведение квазаров излучением быстрых электронов. Однако эта модель ничего не говорит о том, как излучение может меняться со временем, — рассказал Александр Плавин, аспирант ФИАН, сотрудник лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ. — До недавнего времени проще было закрыть глаза на такую переменность и для практических целей считать активные ядра галактик неподвижными. Сейчас у нас накопилось достаточно данных, которые удалось аккуратно и эффективно обработать с помощью специально разработанного автоматического метода. Именно это позволило обнаружить наличие переменности положений и связать ее с физическими процессами в джетах».

    В чем может быть причина феномена? Чтобы ответить на этот вопрос, авторы проверили, существуют ли корреляции видимого положения ядра с какими-либо переменными параметрами квазара — например, магнитным полем или яркостью. Оказалось, что видимая координата ядра напрямую связана с плотностью частиц в джете: кажущийся сдвиг ядра происходит синхронно с увеличением яркости. В рамках теоретической модели это может указывать на роль ядерных вспышек, впрыскивающих более плотную плазму в джет, в поведении квазара.

    Какое практическое применение может дать подобный анализ? Точные данные о наблюдаемых перемещениях квазаров позволят скорректировать астрометрические методы и получить самые точные навигационные системы за всю историю человечества.

    Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

АКЦ ФИАН и пресс-служба МФТИ для АНИ «ФИАН-информ»

Астрофизики из ФИАН, МФТИ и NASA нашли ошибку в определении координат центров активных ядер галактик телескопом Gaia и помогли ее исправить. Параллельно ученые получили независимое подтверждение астрофизической модели этих объектов. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal.

Телескоп Gaia. Источник: ESA

    «Одним из основных результатов нашей работы является новый и относительно неожиданный способ косвенно исследовать оптическое излучение центральных областей активных ядер галактик. В оптическом диапазоне мы многого напрямую не видим. Оказалось, что радиотелескопы могут дополнить картину», — прокомментировал Александр Плавин, аспирант ФИАН, научный сотрудник лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ.

    Точность координат, получаемых на Земле оптическими телескопами, существенно ограничена. В 2013 году на орбиту Земли был запущен спутник-телескоп Gaia, способный улавливать оптические сигналы от относительно отдаленных источников и по ним восстанавливать координаты с большей точностью, чем это было возможно сделать с Земли. До Gaia самые точные координаты получали при помощи специальных систем радиотелескопов. Такие телескопы способны уловить низкочастотный (радио) сигнал с приличным разрешением. Это позволяет получить изображение в деталях, но точность измерения местоположения объектов в пространстве космоса несколько уступает точности Gaia. Однако, как обнаружили авторы статьи, и спутнику безоговорочно доверять нельзя. Сопоставление данных обоих методов показало, что Gaia при всей своей точности допускает систематическую ошибку при астрометрии целого класса космических объектов — активных ядер галактик. Для получения наиболее достоверной карты звездного неба спутнику необходима поддержка с Земли, и радиоданные помогают скорректировать координаты.

    Активное ядро галактики — это небольшая и очень яркая область в ее центре. Спектр излучения ядер отличается от звездного, поэтому возникает вопрос о природе излучающего объекта внутри ядра. Принято считать, что внутри ядра находится черная дыра, всасывающая вещество галактики-хозяина. Помимо самого диска галактики, яркого ядра и пылевого облака вокруг, в такой системе может присутствовать мощный выброс вещества — джет. По характеру джета активные ядра галактики разделяются на подклассы — квазары, блазары и прочие.

Галактика Вирго А. Изображение с оптического телескопа. Источник: NASA

    Юрий Ковалев, руководитель лабораторий в ФИАН и МФТИ, добавил: «Мы предположили, что влияние джета может вносить систематическую ошибку в измерение координат активных ядер галактик у Gaia. Это предположение подтвердилось — оказалось, что для объектов с достаточно длинными джетами наблюдается закономерность: Gaia видит источник гораздо дальше по направлению джета, чем радиотелескоп».

Активная галактика Дева А и ее джет. Изображение с радиоинтерферометра.
Из архива авторов статьи. © Юрий Ковалев

    Такую ошибку нельзя объяснить случайностью: существенный сдвиг наблюдался со статистической значимостью лишь у объектов с самыми длинными «хвостами» и не в случайном направлении, а в выделенном, совпадающем с направлением выброса.
Речь идет об активных ядрах, у которых длина выброса на порядки больше размеров самой галактики. При этом сдвиги составляли порядка длины джета.

    Начиная с прошлого года Gaia предоставляет еще и информацию о видимых «цветах» галактик. Это помогло авторам разделить вклад разных частей галактики в оптическое излучение и измеряемые координаты: источника, самого диска, джета, звезд. Оказалось, основная причина сдвига координат — длинные джеты и маленькие аккреционные диски. В то же время излучение звезд галактики практически не влияет на точность измерений.

    Все это позволило сказать, что астрофизические эффекты, связанные с длинными джетами, способны сбить с толку оптический телескоп Gaia. Значит, он не может считаться в полной мере самостоятельным источником данных для определения координат квазаров. Но для получения точного значения можно комбинировать данные со спутника и с земного радиотелескопа.

Мировая сеть радиотелескопов. Источник: HartRAO

    Александр Плавин добавил: «Комбинирование результатов наблюдений поможет в будущем детально восстановить структуру центральной системы диск-джет в квазарах с высочайшей подробностью — до долей парсек. Напрямую оптические телескопы получать такие изображения не могут. А у нас получится!».

    Результаты являются независимым подтверждением унифицированной модели активных ядер галактик. Эта модель объясняет поведение разных классов активных ядер галактик их ориентацией относительно наблюдателя, а не внутренними различиями самих объектов.

    Точная астрометрия объектов вне нашей Галактики имеет важное практическое применение. Именно по точным координатам отдаленных объектов — самым постоянным точкам на небе — можно составить наиболее пунктуальные системы координат, включая и те, которыми пользуется навигационные системы ГЛОНАСС и GPS.

    Работа была поддержана Российским научным фондом.

АКЦ ФИАН и пресс-служба МФТИ для АНИ «ФИАН-информ»

________________

От редакции. Дополнительно Вы можете ознакомиться со статьей Plavin A. V., Kovalev Y. Y., Petrov L. Dissecting the AGN disk-jet system with joint VLBI-Gaia analysis (на англ. языке)

Серия мощных солнечных вспышек, произошедших  с 6 по 8 сентября 2017 года, вызвали интерес как среди специалистов, так и людей, далеких от науки. На протяжении этих дней ученым ФИАН пришлось неоднократно давать комментарии для СМИ как о развитии вспышечной активности на Солнце, так и о возможных последствиях для жителей Земли. Сейчас, когда основной пик событий прошел, а в научной среде началась, по словам ученых, обычная, «рутинная» работа по исследованию этого необычного явления, АНИ «ФИАН-информ» обратился к ведущему научному сотруднику Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) АКЦ ФИАН Игорю Владимировичу Чашею с просьбой дать краткий итоговый комментарий.

Фото с сайта лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН

    6 сентября 2017 г. на Солнце произошли две вспышки класса Х: более слабая  Х2.2 около 12:00 мск и очень сильная Х9.3 около 15:00 мск. 7 сентября в данных мониторинга солнечного ветра на радиотелескопе БСА ФИАН зарегистрированы усиления межпланетных мерцаний (флуктуаций потока излучения просвечивающих радиоисточников) около 9:00 мск и около 12:00 мск., обусловленные выбросами корональной плазмы. Динамика уровня мерцаний иллюстрируется рисунком, на котором в зависимости от времени суток изображено отношение уровня мерцаний 7 сентября к уровню мерцаний 6 сентября.

По горизонтальной оси - время суток, по вертикальной оси – отношение уровня мерцаний 7 сентября к уровню мерцаний 6 сентября.
Пик около 9:00 соответствует усилению мерцаний за счет первого выброса, пик около 12:00 – усилению мерцаний за счет второго выброса, пик около 19:00 - усиление мерцаний при подходе к Земле первого выброса

    Ночной пик около 4:00 мск не связан с солнечными событиями 6 сентября.

    Усиление мерцаний в 9:00 мск соответствует расположению фронтальной части первого выброса примерно на расстоянии 0,7 а.е. от Солнца (1 а.е. = 150 млн. км – расстояние от Солнца до Земли). По нашим оценкам, скорость первого выброса составляла около 1200 км/с. Выброс достиг окрестности Земли около 19:00 мск, что привело к существенному усилению мерцаний.

    Фронтальная часть второго выброса в момент максимального усиления мерцаний около 12:00 мск находилась примерно на 0,5 а.е от Солнца, а его скорость составляла около 1000 км/с.

    Выбросы корональной плазмы, связанные со вспышками класса Х 6 сентября, привели к двум очень сильным магнитным бурям между 00:00 и 6:00 мск 8 сентября и между 9:00 8 сентября и 3:00 9 сентября. В период магнитных бурь наблюдалось сильное возрастание уровня ночных мерцаний, обусловленное, по-видимому, повышением ионосферной турбулентности. Солнечные вспышки происходили в активной области 2673, которая располагалась в правой части диска Солнца. Таким образом, усиления мерцаний с опережением в 12 часов и более  предшествуют геомагнитным бурям, что в сочетании с солнечными данными может быть использовано для краткосрочного прогноза геомагнитной обстановки.

    В последующие дни вспышечная активность продолжалась: 7 сентября около 17:30 мск зарегистрирована вспышка балла Х1, серия вспышек класса С и М 8-9 сентября, мощная вспышка балла Х8.2 около 19:00 мск 10 сентября. Можно ожидать, что солнечные события 7 сентября и более поздние не будут сопровождаться магнитными бурями, так как активная область 2673, вследствие вращения Солнца, приблизилась к краю солнечного диска.

    Более подробная информация о событиях на Солнце и текущей геомагнитной обстановке может быть найдена на сайте лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН (оперативные данные о событиях 6-8 сентября см. Дневник, стр. 1-4).

И.В.Чашей для АНИ «ФИАН-информ»

6 сентября 2017 г. на Солнце произошли две вспышки класса Х, более слабая  около 12.00 мск и очень сильная около 15.00 мск.

7 сентября в данных мониторинга солнечного ветра в Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) АКЦ ФИАН зарегистрированы усиления межпланетных мерцаний около 09.00 мск и около 12.00 мск. Время запаздывания усилений по отношению к вспышкам составило около 21 час. При этом выбросы корональной плазмы находились примерно на половине расстояния между Солнцем и Землей. Из наших предыдущих данных следует, что выбросы достигнут орбиты Земли еще через 21 час, то есть 8 сентября около 06.00 и около 09.00 мск. В это время следует ожидать усиления геомагнитной активности.

Сотрудники ПРАО АКЦ ФИАН будут анализировать оперативно поступающие данные с радиотелескопа БСА ФИАН.

Большая сканирующая антенна (БСА) ПРАО АКЦ ФИАН

И. Чашей (ПРАО АКЦ ФИАН) для АНИ «ФИАН-информ»

    Неожиданные расхождения данных высокоточных измерений международной сети радиотелескопов и европейского оптического космического телескопа «Гайя» позволяют ученым определить свойства невидимых «хвостов» активных ядер галактик, которые выбрасываются сверхмассивными черными дырами.

    «Без преувеличения можно сказать, что это открытие нового направления в наблюдательной астрофизике. Сопоставление данных радиоинтерферометров и оптических телескопов поможет нам получить информацию об аккреционных дисках вокруг черных дыр и горячих джетах в центрах галактик в видимом свете. Теперь мы лучше понимаем, как они устроены, и какие процессы там происходят», - говорит Юрий Ковалев, заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН, руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ.

     В статье, недавно принятой в печать в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Юрий Ковалев и Леонид Петров из ФИАН и МФТИ анализировали положения активных ядер далеких галактик, полученные независимо радиоинтерферометрами со сверхдлинной базой (РСДБ) и астрометрическим телескопом «Гайя».

Наземные радиоинтерферометры (например, американский VLBA) позволяют строить изображения квазаров и измерять их координаты с разрешением лучше угловой миллисекунды дуги. Раньше им не было равных. Однако Европейским космическим агентством был недавно запущен в космос оптический телескоп Гайа, точность измерения координат звезд и галактик у которого обещает быть еще лучше. Так ли это на самом деле? Разбираемся.

    Европейский космический телескоп «Гайя» был запущен в 2013 году. Его главная задача: составление нового каталога миллиарда звезд нашей галактики с точными данными об их координатах и скоростях. Прежний подобный аппарат «Гиппархос» собрал данные о положении миллиона звезд с точностью до одной угловой миллисекунды. Точность «Гайи» будет почти в 100 раз лучше – до 24 микросекунд дуги. Помимо звезд нашей Галактики телескоп видит и внегалактические объекты.

    На данный момент в каталоге Гайи более 100 тысяч таких объектов, в основном это активные ядра галактик - квазары, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры, окруженные аккреционным диском падающего на них вещества и испускающие от себя струи материи – джеты. Вещество, падающее в черную дыру, разогревается до крайне высоких температур и интенсивно излучает практически во всех диапазонах электромагнитного спектра.

    До сих пор для исследования таких объектов использовался метод радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой – система из нескольких радиотелескопов, разнесенных на большое расстояние, работающих как одно целое. Это позволяло получить угловое разрешение в сотни раз лучше, чем у оптических телескопов. Поэтому именно в радиодиапазоне ученые могли разглядеть структуру джетов у квазаров.

    «Но в радио видно далеко не все, например, аккреционный диск сверхмассивной черной дыры ярок именно в оптике и ультрафиолете. Поэтому мы решили попробовать совместить данные из двух источников», – говорит Ю. Ковалев.

    Сама по себе «Гайя» не дает изображений, как например, «Хаббл», она лишь фиксирует координаты центра яркости небесного объекта. Ковалев и Петров, совместно со студентом МФТИ Александром Плавиным, еще в начале 2017 года сопоставили данные о координатах квазаров по данным РСДБ и «Гайи». Оказалось, что около 6% объектов продемонстрировали значительные расхождения. Как правило, сдвиг положений соответствует направлениям джетов.

 Радиоизображения выбросов горячей плазмы в далеких квазарах, построенные с разрешением лучше одной миллисекунды дуги. Яркость радиоизлучения показана псевдоцветом: от высокого (желтый) до низкого (синий) уровня. Предоставлено: Ю.Ю. Ковалев и коллаборация MOJAVE.

    «Теперь, совместно используя данные о переменном излучении и положении квазаров по данным радиоинтерферометров и «Гайи», мы сможем воссоздать и исследовать структуру сотен очень далеких квазаров на масштабах парсек, тысячных долей угловой секунды, которые недоступны для обычных оптических телескопов, и даже для Хаббла», – говорит Ю. Ковалев. По его словам, при анализе данных у многих квазаров неожиданно обнаружились в видимом свете яркие и протяженные выбросы.

    Не менее интересная задача: проследить, как будут меняться их положения и яркость со временем, проанализировать причины ярких вспышек, других процессов, что в целом поможет понять физику аккреционных дисков и сверхмассивных черных дыр.У открытия есть и прикладной аспект: наблюдения квазаров с помощью РСДБ используются для создания системы отсчета для навигации. На основе этой системы, например, ученые отслеживают движение континентов, измеряют параметры вращения Земли для системы ГЛОНАСС. Сопоставление данных РСДБ и «Гайи» показывает, что координаты AGN  в оптике могут «плыть» со временем, а значит их надо  использовать для навигации с осторожностью.

АКЦ ФИАН и пресс-служба МФТИ для АНИ «ФИАН-информ»

Зимой 2017 года на российской станции Мирный в Антарктиде стартовал новый этап долговременной программы ФИАНа по измерению космических лучей в земной атмосфере. О значении этих исследований «ФИАН-информу» рассказали научные сотрудники ФИАНа Сергей Александрович Бунчук и Владимир Салимгереевич Махмутов.

    Исследования галактических и солнечных космических лучей (ГКЛ и СКЛ) в ФИАНе имеют давнюю историю. Ежедневные зондовые измерения потоков космических лучей в атмосфере были начаты сотрудниками Института в 1957 г. на двух станциях в северном полушарии (Мурманск и Москва). А с 1963 г. начаты непрерывные измерения в Антарктиде на станции Мирный. Эта многолетняя программа ФИАНа выполнялась при участии многих институтов Академии наук и других ведомств.

    В настоящее время работа продолжается на двух станциях в северном полушарии (Мурманск и Москва) и на российской станции Мирный в Антарктиде.

 
Корпус аэрологии на станции Мирный, где производятся основные работы
по подготовке и запуску радиозондов

     С помощью радиозондов, разработанных и изготовленных сотрудниками Лаборатории физики Солнца и космических лучей ФИАН, регистрируются потоки вторичных космических лучей в верхней атмосфере. Эти вторичные частицы образуются первичными космическими протонами. На высокоширотных стратосферных станциях (Мурманск и Мирный) регистрируются частицы с энергиями Е > 100 МэВ , а на средних широтах (Москва) – с энергией Е > 1600 МэВ. Такой подход дает уникальные возможности. Поскольку измерения производятся на стационарных станциях, в пределах одних и тех же геомагнитных координат, и с помощью одинаково калиброванных радиозондов, то в результате получаются ряды однородных данных, позволяющих исследовать временны́е, пространственные (планетарные) и энергетические распределения заряженного излучения в атмосфере Земли на высотах от уровня моря до 30-35 км.

    Огромное значение имеет и продолжительность проводимых ФИАНом исследований. Достаточно сказать, что столь длинные ряды однородных данных по космическим лучам с энергией Е > 100 МэВ в земной атмосфере больше нигде в мире не существуют. Исследования на околоземных космических станциях имеют, как правило, более короткую продолжительность. Полученные же учеными ФИАНа результаты предоставляют возможность для рассмотрения многих проблем физики космических лучей, физики Солнца, гелиосферы и солнечно-земной физики.

    «Длительный, уже почти 60-летний период наблюдений, сопоставление полученных характеристик космических лучей с другими данными (по циклам солнечной активности и пр.) позволяет нам надеяться на формирование точных критериев по долгосрочному, краткосрочному и оперативному прогнозированию возникновения критичных потоков высокоэнергичных частиц в земной атмосфере. А это уже представляет собой не только научный, но и важный прикладной интерес, поскольку данные по потокам частиц как галактического, так и солнечного происхождения привлекаются к решению задач, связанных с изменениями климата и погоды, для объяснения многих атмосферных процессов (ионизация в тропосфере, грозовые явления), для оценок доз радиации на самолетных высотах и за пределами атмосферы и многое другое», – рассказывает Сергей Александрович.

Запуск радиозонда для измерения космических лучей в атмосфере

    Полученные на сегодняшний день экспериментальные данные по потокам ГКЛ в атмосфере позволили обнаружить ряд уникальных явлений. Так, например, было обнаружено, что интенсивность потоков частиц носит периодический характер. Причем можно наблюдать несколько циклов: «длинные» – 11- и 22-хлетние, хорошо согласующиеся с циклами солнечной активности, и «сезонный» – 3-хмесячный.

    Отдельное направление в рамках наблюдений за ГКЛ приобрели исследования т.н. высыпаний высокоэнергичных электронов магнитосферного происхождения. Магнитосфера Земли содержит заряженные частицы (протоны и электроны) в радиационных поясах. Взаимодействие магнитосферы с потоками высокоскоростной плазмы (солнечного ветра) приводит к дополнительному ускорению заряженных частиц, которые при определенных условиях могут вторгаться в земную атмосферу. Характеристики высыпающихся электронов, тесно связанные с межпланетными магнитными полями и активными процессами на Солнце, способны дать ценную информацию о механизмах взаимодействия магнитосферы Земли с солнечным ветром.

    Важность этих исследований, помимо чисто научного интереса, определяется тем, что потоки высыпающихся высокоэнергичных электронов оказывают влияние на физико-химические свойства земной атмосферы, создают опасность радиационного облучения на околоземной орбите, создают помехи в работе спутников, систем связи и наземного высокоточного оборудования. Высокоэнергичные электроны принимают деятельное, хотя и опосредованное, участие в формировании баланса озона в атмосфере Земли.

    Осознание важности высыпаний частиц в земную магнитосферу для прогнозирования и оценки магнитосферных процессов привели к росту интереса к данным ФИАН со стороны международного научного сообщества. В ФИАН были проведены многочисленные расчеты и численное моделирование распространения потока электронов в верхней атмосфере Земли. На основании долговременных наблюдений и расчетов сотрудниками ФИАН был составлен и опубликован уникальный «Каталог наблюдений высокоэнергичных магнитосферных электронных высыпаний», который продолжает пополняться новыми данными. Многолетние исследования фиановцев по космическим лучам в атмосфере Земли позволяют двигаться нашим ученым в авангарде международных работ, порою опережая их на несколько шагов.

    «В последние десятилетия предприняты колоссальные усилия для понимания и прогнозирования электронных высыпаний. Были организованы серии международных экспериментов с привлечением спутников и аэрозондов с целью одновременного наблюдения потоков электронов в космическом пространстве и в атмосфере. Проводимые ранее исследования позволили определить некоторые характеристики спектров высыпающихся электронов, соотнести их с данными по ГКЛ, солнечным циклам и пр.

    Созданный нами Каталог весьма полезен для изучения отношений между параметрами электронных спектров и сопутствующих явлений с целью лучшего понимания основной физики явления. Область исследований электронных высыпаний по-прежнему очень широка. Необходима дополнительная информация о динамике энергетических спектров, временно́й изменчивости высыпаний, относительном вкладе различных механизмов в истощение радиационного пояса в зависимости от типа геомагнитных возмущений. Что же касается практической «полезности», то, на наш взгляд, Каталог будет незаменим при моделировании атмосферных эффектов, например таких, как дополнительная ионизация соединений NOx и HOx, которые, в свою очередь, оказывают влияние на баланс озона в земной атмосфере», – отметил Владимир Салимгереевич, руководитель научного проекта.

      В январе 2017 года, после долгого перехода из г. Санкт-Петербург в Антарктиду, приступила к работе очередная смена полярников на станции Мирный, в которую входит и сотрудник ФИАН С.А. Бунчук. На протяжении долгого периода он будет проводить регулярные измерения космических лучей, осуществлять предварительную обработку и передачу результатов на материк, где предстоит проведение дальнейшего анализа данных, сопоставления их с ранее полученными результатами, с данными других станций, проведение расчетов по интенсивности ГКЛ.

   Проводимые в настоящее время исследования позволят ученым дополнить существующую базу данных новыми наблюдениями с целью уточнения уже обнаруженных зависимостей и установления новых закономерностей.

Е. Любченко, АНИ «ФИАН-информ»

Столетнее исследование космических лучей так и не привело к полному пониманию физики ускорения регистрируемых частиц. Однако регистрация протонов высоких энергий, обнаруженных на Солнце, вселяет надежду на получение новой информации о механизме генерации космических лучей. Научный сотрудник Лаборатории физики Солнца и космических лучей ФИАНа Александр Игоревич Подгорный рассказал о связи зарегистрированных потоков высокоэнергичных протонов с конкретными вспышками и активными областями на Солнце, обнаруженной в исследованиях совместной научной группы ФИАНа и ИНАСАНа.

Фотографии развития солнечной вспышки по данным аппарата SDO, опубликованным на сайте аппарата

    При солнечной вспышке происходит взрывное выделение энергии в солнечной короне над активной областью. За несколько минут энергия, запасенная в магнитном поле токового слоя, переходит в тепло и энергию ускоренных частиц. При этом наблюдаются такие проявления вспышки, как выбросы корональной массы, вызывающие ударную волну; видимое, ультрафиолетовое и микроволновое излучение на различных частотах; импульсные потоки релятивистских протонов (солнечные космические лучи) и др. Исследование солнечных космических лучей позволяет получать новую информацию об ускорении заряженных частиц в космосе, недоступную при исследовании галактических космических лучей, приходящих из далеких областей пространства.

    «Чем примечательны процессы ускорения частиц на Солнце? При ускорении в плазме, нагретой до относительно небольшой температуры, появляются частицы с гигантской энергией, типичной для галактических космических лучей. А потому понимание процесса ускорения позволит надеяться на продвижение к решению такой важной проблемы, как происхождение космических лучей,» – поясняет Александр Игоревич.

    В настоящее время наиболее популярным механизмом ускорения галактических космических лучей являются ударные волны, возникающие от вспышек сверхновых звезд и т.п. С другой стороны, в качестве основного механизма происхождения солнечных космических лучей рассматривается ускорение в ударных волнах от солнечных вспышек. Однако эти оценки построены на ряде произвольных предположений. И этот факт заставляет ученых сомневаться в однозначности «авторства» ударных волн в генерации космических лучей.

    Чтобы рассеять эти сомнения, группой ученых ФИАНа и ИНАСАНа был проведен тщательный анализ и сопоставление данных о солнечных вспышках и солнечных космических лучах.

    В ходе исследований производились исследование различий солнечных космических лучей, порождаемых вспышками в западной и восточной части солнечного диска. Результаты наблюдений за западными и восточными потоками привели к несколько неожиданным выводам.

    Оказалось, что особенности характеристик потоков частиц связаны с ориентацией силовых линий межпланетных магнитных полей, которые расположены таким образом, что западные частицы пролетают межпланетное пространство вдоль поля, не испытывая рассеяния. Отсутствие линий межпланетного магнитного поля, соединяющих восточную вспышку с Землей, не позволяет протонам от восточной вспышки достичь регистратора без столкновений, двигаясь вдоль линии поля, в результате чего они испытывают рассеяние и, соответственно, достигают регистратора медленнее своих западных «коллег».

Вверху: Одиночное протонное событие над активной областью после увеличения магнитного потока (см. точку «15 февраля»). Внизу: Типичное развитие активной области, давшей вблизи центра солнечного диска одиночную вспышку с потоком ускоренных протонов. В выделенном прямоугольнике – момент вспышки

    Протоны от вспышек, возникших на западной части солнечного диска, приходят к орбите Земли с запаздыванием относительно времени вспышки, равным пролетному времени частиц (15-20 минут). То есть, дополнительной временнóй задержки, которая должна возникнуть в случае их порождения ударной волной, не происходит. Следовательно, ускорение этих протонов не может быть связано с ударной волной.

    Потоки протонов от вспышки, происшедшей на восточной части диска, могут достичь Земли, распространяясь поперек магнитного поля с солнечным ветром. Следовательно, дрейфовое движение должно привести к задержке прихода фронта протонов от восточной вспышки к Земле на 3-4 дня. В действительности же задержка фронта протонов от восточных вспышек по отношению к солнечной вспышке составляет всего лишь около 3-5 часов, что связано с турбулентным рассеянием на флуктуациях поля. Факт рассеяния дополнительно подтверждается формой спектра протонного потока.

    Эти результаты, представленные на международной конференции «Динамика Солнца и ее влияние на процессы на Земле» в Болгарии, были с интересом встречены зарубежными коллегами.

    «Исследования связи солнечных космических лучей с корональными выбросами показали, что их генератором является не ударная волна, возникающая после выброса, а сама солнечная вспышка, происходящая над активной областью. При этом сама генерация ускоренных протонов длится около 10 минут, т.е. не превышает длительности самой вспышки.

    Условия порождения релятивистских частиц солнечных космических лучей создаются в токовом слое в окрестности особой X-линии магнитного поля. Механизм ускорения протонов во вспышечном токовом слое был продемонстрирован нами с помощью численного моделирования процессов. Спектры смоделированных потоков согласуются с наблюдаемыми, что позволяет говорить об адекватности построенной модели реальным процессам,» – рассказывает Александр Игоревич.

    Кроме этого, ученые установили, что потоки протонов, как от восточных, так и западных вспышек, обладают еще и «медленной» компонентой: они продолжают регистрироваться часами после окончания вспышки.

Импульсы потока ускоренных протонов от западных (слева) и восточных (справа) вспышек, измеренные на аппарате GOES. Первоначально – некоторый фоновый поток, затем (отметка 18,5 – для западной и 27 – для восточной вспышек) наблюдается основной поток протонов высоких энергий, который, в свою очередь, сменяется длинным и затянутым «хвостом», вызванным рассеянием протонов в турбулентной плазме

    Для объяснения этого явления ученые предложили следующий механизм. В начальный момент времени (около 20-30 мин) протоны распространяются в межпланетной плазме по законам движения частиц в вакууме. Однако через короткий промежуток времени начинают играть роль плазменные процессы, развивается пучковая неустойчивость, и происходит рассеяние протонов в турбулентной плазме. Перенос частиц вдоль поля (от западных вспышек) становиться диффузионным и его скорость уменьшается на несколько порядков, а скорость диффузии поперек поля (от восточных вспышек) возрастает. При этом скорость распространения потока от восточных вспышек может даже превзойти скорость солнечного ветра.

    «Конечно, полученные результаты требуют дополнительного подтверждения. И это уже следующий шаг наших исследований – весьма трудоемкий и длительный, но необходимый. Однако уже сейчас можно говорить, что теория порождения космических лучей ударными волнами требует если не пересмотра, то корректировки и дополнительного анализа,» – отметил в заключение Александр Игоревич.

Е. Любченко, АНИ «ФИАН-информ»

На научном семинаре в ФИАН был представлен доклад о проекте «СФЕРА-Антарктида», направленном на исследование космических лучей в области сверхвысоких энергий. Проект подготовлен специалистами НИИЯФ МГУ. Он был разработан на основе успешно реализованного эксперимента на озере Байкал, который проводился в рамках проекта «СФЕРА». В эксперименте использовался новейший аэростатный прибор «СФЕРА-2» (http://sphere.sinp.msu.ru/).

    Эксперимент был осуществлен силами групп из НИИЯФ МГУ и ФИАН при активной поддержке ИЯИ РАН. В ходе эксперимента были получены данные об энергетическом спектре и химическом составе космических лучей в области сверхвысоких энергий (10¹⁶-10¹⁸ эВ).

    В Антарктиде с помощью нового прибора планируется провести исследования (см. рисунок 1) для понимания природы источников космических лучей сверхвысоких энергий — элементарных частиц и ядер атомов, образовавшихся в галактических и внегалактических источниках.

Рисунок 1. Схема эксперимента

    Одной из основных задач эксперимента «СФЕРА» является изучение процессов, происходящих во Вселенной в области высоких и предельно высоких энергий (10¹⁸-10²⁰ эВ).

    Для выполнения исследований создается установка «СФЕРА-А» — единственный в РФ и уникальный с точки зрения применяемой методики измерений, инструмент для поиска и изучения источников первичных космических лучей (ПКЛ) в Южном полушарии небесной сферы Земли, которое недоступно для наблюдения с территории России.

    Частота прихода таких событий настолько мала, что единственным методом их изучения является регистрация вспышек света возникающих при попадании первичной частицы в атмосферу Земли. Измерения проводятся только в условиях ясной и безлунной ночи из-за малой яркости этих вспышек. Длительная полярная ночь, чистая атмосфера, устойчивые циркумполярные воздушные потоки и наличие развитой инфраструктуры полярных станций РФ в Антарктиде делают её наиболее подходящим местом для проведения эксперимента.

Рисунок 2. Оптическая система установки «СФЕРА-А»

    Установка «СФЕРА-А» способна регистрировать два типа свечения: флуоресцентный свет и отраженный от снежной поверхности черенковский свет. Флуоресцентный свет генерируется за счёт ионизации молекул атмосферы от каскада вторичных частиц. Каскад образуется в результате взаимодействия первичной частицы с частицами земной атмосферы.

    Черенковский свет возникает за счёт того, что частицы каскада движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в атмосфере. При этом флуоресцентный свет излучается изотропно и несет информацию о форме каскада вторичных частиц, что позволяет определить тип первичной частицы (протон, ядро железа и т.п). Черенковский свет излучается направленно вдоль оси развития каскада и дает возможность оценивать энергию и направление прихода первичной частицы. «СФЕРА-А» является, пожалуй, единственной установкой, которая может эффективно регистрировать оба типа светового излучения одним детектором.

    Детектирующим элементом установки является сверхчувствительная и сверхбыстрая видеокамера, которая способна регистрировать единицы фотонов с частотой до 10 млн. кадров в секунду. Матрица детектора состоит из ~3300 кремниевых фотоумножителей. Входное окно оптической системы 0,18 м², а полный угол обзора ±25° (~0,6 cр), см. рисунок 2.

    Установка поднимается на аэростате на высоту ~30 км (см. рисунок 1) и регистрирует вспышки от попадающих в атмосферу частиц (см. рисунок 3).

    Реализацию проекта планируется осуществить в 3 этапа:

1) Разработка и запуск прототипа (3-5 года);

2) Создание и запуск экспериментально образца установки «СФЕРА-А» (2-3 года);

3) Проведение регулярных стартов в Антарктиде (2-3 года).

    Стоимость разработки и создания действующего прототипа установки оценивается в ~15 млн. руб., запуск экспериментально образца установки «СФЕРА-А» в ~30 млн. руб., для проведения регулярных запусков 10 аппаратов потребуется ~150 млн. руб. Общая стоимость проекта составит менее 200 млн. руб. Для сравнения, при реализации подобного проекта «Pierre Auger Observatory» было потрачено около 50 млн. долларов  США для создания сети из 1600 наземных детекторов на площади ~3000 км².

    К осуществлению проекта планируется привлечь сотрудников нескольких организаций:

•    НИИ ядерной физики имени Д.В.Скобельцына, МГУ имени М.В.Ломоносова (НИИЯФ МГУ);

•    Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН);

•    Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ);

•    Charles University in Prague (Карлов университет, Чехия);

•    Государственный научный центр "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" (ААНИИ);

•    Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)

•    Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН);

•    Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга (ГАИШ);

•    Национальный исследовательский ядерный университет (МИФИ);

•    Региональная общественная организация специалистов в области твердотельных оптоэлектронных комплексов (РОО СО ТОПЭК);

•    РосАэроСистемы («Авгуръ»);

•    Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики (ДКБА).

Рисунок 3. Пример смоделированного события с энергией первичной частицы 4×10¹⁹ эВ.
Угол входа в атмосферу 54 градуса от вертикали

    Старший научный сотрудник НИИЯФ МГУ Дмитрий Чернов – участник проекта «СФЕРА-Антарктида» – так прокомментировал новую разработку:

    «Наш прибор имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими существующими и проектируемыми приборами: высокая точность определения энергии частиц первичных космических лучей, низкий энергетический порог, высокая точность определения глубины максимума развития каскада частиц в атмосфере Земли, сравнительно низкая стоимость проведения эксперимента по сравнению с существующими наземными и проектируемыми космическими установками, возможность проведения регулярных запусков в период полярной ночи».

    Заведующая Лаборатории теоретических и экспериментальных исследований взаимодействий и переноса излучений в различных средах отдела космических наук НИИЯФ МГУ Татьяна Роганова добавляет:

    «Развитие экспериментальной методики, использующей отраженный от снежной (водной) поверхности черенковский свет, является чрезвычайно перспективным. Воплощенная в жизнь в эксперименте СФЕРА-2 идея академика А.Е. Чудакова, опирающаяся на современную электронную и приборную базу, показала свою реализуемость и возможность дальнейшего развития. Проект СФЕРА-Антарктида заслуживает самой высокой оценки и поддержки. В настоящее время этот проект включает в себя в основном российские организации, в дальнейшем возможно расширение участия зарубежных партнеров. Следует отметить, что проведение такого рода исследований в Антарктиде позволит расширить круг исследований, проводимых на этом континенте с участием российских ученых. В то же время проведение такого эксперимента даст необходимый толчок развитию и использованию в России аэростатной техники».

    Главный научный сотрудник ФИАН, профессор Юрий Стожков прокомментировал:

    «Предлагаемый проект направлен на решение фундаментальной проблемы – поиску источников частиц сверхвысоких энергий вплоть до 10²¹ эВ. Предлагается оригинальный метод решения поставленной задачи, который заключается в организации полета высотного аэростата с научной аппаратурой на борту на высоте ~30 км вокруг Антарктиды по циркумполярному кольцу. Высокоэнергичные частицы образуют ливни в атмосфере, которые дают свечение атмосферы и отраженный световой сигнал от заснеженной поверхности. Регистрация световых вспышек позволит определить направление прихода высокоэнергичной частицы и ее энергию.

    Проект безусловно относится к числу амбициозных, и в случае успеха позволит российской науке существенно укрепить свои позиции в мире в области фундаментальных физических исследований.»

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»