Международная группа ученых получила новые указания на существование двойной сверхмассивной черной дыры в далекой галактике с помощью “Радиоастрона”.

Галактика OJ 287 находится на расстоянии 5 миллиардов световых лет от нас и не является обычным объектом на небе. Она принадлежит к особой категории галактик, называемых блазарами. Главной характеристикой блазара является то, что в его центре находится сверхмассивная черная дыра, аккрецирующая вещество, газ и пыль. Более того, пара осесимметричных релятивистских плазменных струй выбрасывается из центральной области и один из джетов направлен в сторону Земли. Точный механизм формирования этих струй до сих пор неизвестен. OJ 287 замечателен еще по одной причине. В его центре находится не одна, а две сверхмассивные черные дыры, причем вторичная (менее массивная) вращается вокруг первичной, дважды пронзая ее аккреционный диск каждые 12 лет. Эта система является единственным известным кандидатом на роль тесной двойной сверхмассивной черной дыры.

Один из главных вопросов, связанных сегодня с образованием сверхмассивных черных дыр, заключается в том, как пара таких черных дыр сливается в конечном итоге — так называемая проблема финального парсека. Их гравитационное излучение, как мы ожидаем, вскоре может быть обнаружено с помощью интерферометров космических гравитационных волн, что окончательно подтвердит существование двойной системы в OJ 287.

Рисунок, иллюстрирующий двойную сверхмассивную черную дыру.
Источник: R. Hurt (NASA/JPL) & Abhimanyu Susobhanan (Tata Institute of Fundamental Research).

Связь между этими открытыми вопросами достигается благодаря элегантному методу наблюдений, известному как радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ). Принцип РСДБ, предложенный советскими учеными Л.И. Матвеенко, Н.С. Кардашевым и Г.Б. Шоломицким в прошлом веке, заключается в одновременном наблюдении источника на небе разными телескопами. Синхронизация сигнала с каждой антенны и последующая корреляция позволяет восстанавливать изображения удаленных астрофизических объектов с высочайшим угловым разрешением, эквивалентным тому, которое достигалось бы телескопом размером с Землю. При этом, чем больше собирательная поверхность и чем короче длина волны наблюдения, тем выше угловое разрешение.

Международной группе исследователей из разных институтов мира, включая российские Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Московский Физико-Технический Институт и Крымскую Астрофизическую обсерваторию, удалось восстановить изображение OJ 287 с самым высоким разрешением (уровнем четкости), достигнутым на сегодняшний день, используя наземно-космические РСДБ-наблюдения. Участие 10-метровой орбитальной антенны «Спектр-Р» (космическая миссия «Радиоастрон», возглавляемая АКЦ ФИАН при поддержке Роскосмоса), помогло сформировать виртуальный радиотелескоп размером в 15 раз больше Земли. При этом было достигнуто разрешение около 12 угловых микросекунд или около 2 световых месяцев. Другими словами, полученное изображение настолько детализировано, что обладая таким разрешением, можно с Земли увидеть монету в 1 рубль на поверхности Луны.

«Мы еще никогда не наблюдали внутреннюю структуру кандидата в сверхмассивную двойную черную дыру OJ 287 с такой четкостью», — говорит главный руководитель лабораторий в ФИАН и МФТИ, член-корреспондент Юрий Ковалев.

Анализ полученных изображений показал, что плазменная струя объекта сильно изогнута, что подтверждает предсказания модели двойной сверхмассивной черной дыры. Наблюдения в поляризованном свете визуализировали топологию магнитного поля самой внутренней части струи и подтвердили его тороидальную конфигурацию. То есть начало джета оказалось пронизано спиральным магнитным полем.

«Эти результаты помогли нам продвинуться еще на один шаг в расширении наших знаний о морфологии релятивистских джетов вблизи центральной машины, подтвердить роль магнитных полей в запуске джетов. Мы получили новые указания на двойную систему сверхмассивных черных дыр в сердце OJ 287», — заключает ведущий научный сотрудник ФИАН и КрАО, профессор РАН Александр Пушкарев.

Руководитель Астрокосмического центра ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Лихачев добавляет: «В настоящий момент Астрокосмический центр ФИАН разрабатывает новое поколение наземно-космического интерферометра, проект «Миллиметрон». Он позволит напрямую построить изображение двойной черной дыры и ее окружения в центре этой и других галактик».

Публикация

J. L. Gómez и др. "Probing the innermost regions of AGN jets and their magnetic fields with RadioAstron. V. Space and ground millimeter-VLBI imaging of OJ 287". The Astrophysical Journal, 924, 122 (2022) 

Коллаж, показывающий системы наблюдений и изображения искривленного джета в активной галактике OJ 287. Сверху вниз: глобальная группа радиотелескопов, включая  космическую обсерваторию “Спектр-Р” (диаметр 10 м, не в масштабе) проекта “Радиоастрон”, обеспечивает наблюдения с рекордным разрешением 12 микросекунд дуги или около 2 световых месяцев; изображения, полученные в диапазоне миллиметровых и сантиметровых волн на наземных радиоинтерферометрах. © Эдуардо Рос (MPIfR); радиоизображения от Gómez и др. (The Astrophysical Journal, 2022 г.); Земной шар от worldmapgenerator.com; схематическое изображение «Радиоастрон» от НПО им. С.А. Лавочкина.

АНИ «ФИАН-информ»

В рамках проекта Российского научного фонда (РНФ) сотрудники лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины ФИАН разработали и запатентовали инновационный, недорогой и потенциально мобильный лазерно-аппликационный способ переноса высокой дозы металлических наночастиц с прозрачной диэлектрической подложки на (а)биотическую поверхность, требующую антибактериальной обработки. Этот способ хорошо зарекомендовал себя для тотального подавления биопленок широкого круга патогенных микроорганизмов III-ей и IV-ой группы in vitro.

    Еще недавно прогнозы Всемирной организации здравоохранения о 20 миллионах смертей в год к 2025 году от бактериальных инфекций казались довольно абстрактными, но пандемия COVID-19 показала, что патогенные микроорганизмы фактически составляют нашу среду обитания и поэтому должны находиться под постоянным контролем, а их мутации и приобретение ими резистентности к современным антибиотикам требуют особых, надежных и, по возможности, универсальных биоцидных средств.
В настоящее время известно, что наночастицы материалов представляют собой мощное бактерицидное средство с широким спектром действия, определяемым целым рядом возможных механизмов воздействия на живые клетки: генерация активных форм кислорода, выделение биотоксичных ионов металлов, блокировка каналов метаболизма, электростатические и наномеханические воздействия. Однако, во многих случаях стоит вопрос доставки значительной дозы наночастиц в нужное место в нужное время, в то время как коллоидные растворы наночастиц зачастую имеют слишком малые концентрации действующего вещества.

    В ходе трехлетнего проекта РНФ под руководством главного научного сотрудника Отделения квантовой радиофизики ФИАН, д.ф.-м.н. А.А. Ионина коллективу, состоящему из научных сотрудников ФИАН, студента НИЯУ МИФИ, сотрудника ФИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалея, удалось разработать и запатентовать инновационный лазерно-аппликационный способ доставки высокой дозы наночастиц на (а)биотическую поверхность, требующую антибактериальной обработки, на основе известного в течение нескольких десятилетий в лазерной физике и материаловедении явления лазерного переноса вещества вперед (Laser-induced forward transfer, LIFT). В исследованиях коллектива этот способ хорошо зарекомендовал себя для тотального подавления (снижение числа колониеобразующих единиц, КОЕ, с 10-100 миллионов до нуля) биопленок широкого круга патогенных микроорганизмов III-ей и IV-ой группы in vitro путем лазерного переноса на нее с прозрачной диэлектрической подложки металлических пленок серебра, меди и никеля в виде высокой дозы бактерицидных наночастиц (Рис.1).

Рисунок 1. Вверху — Схема, принцип, вид наночастиц; внизу — результаты переноса металлических наночастиц на бактерии и инкубирования бактерий на слое наночастиц

    Проведенные исследования in vitro показали перспективность данного подхода с широким спектром антибактериального действия для всех использованных культур патогенных микроорганизмов для его простой, недорогой и потенциально мобильной (с помощью переносных ранцевых или мобильных хирургических лазеров) реализации in vivo на инфицированных ранах, а также других важных функциональных медицинских поверхностях. На неинфицированных ранах лабораторных мышей в ходе исследований по выявлению биосовместимости переносимых наночастиц in vivo обнаружена хорошая заживляемость ран и данные исследования предполагается теперь продолжить в рамках более широких лабораторных исследований.

    В ходе дальнейших исследований авторы предполагают физико-химическими методами более полно контролировать более широкий круг параметров биоцидных наночастиц (размер, химический состав и структуру, дзета-потенциал) и анализировать химические, молекулярно-клеточные аспекты взаимодействия наносимых наночастиц с биопленками и планктонными формами культур патогенных бактерий на молекулярном и клеточном уровне с помощью разработанных коллективом подходов экспресс-методов колебательной и фотолюминесцентной спектроскопии (Рис.2). Прямая визуализация взаимодействия наночастиц с биопленками будет осуществляться с привлечением доступных методов просвечивающей электронной микроскопии сверхвысокого разрешения, а связанные с ним химические взаимодействия на уровне атомных связей – методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Это позволит установить основные молекулярно-клеточные механизмы бактерицидного действия наночастиц, позволяющие разными путями преодолеть резистентность бактерий, выбрать наиболее оптимальные размеры и химический состав бактерицидных наночастиц и режимы их лазерной генерации, а также устройств на их основе (фильтры воды и т.п.). Ввиду актуальности антивирусной тематики, разрабатываемые антибактериальные подходы предполагается также in vitro тестировать на модельных вирусах (фагах), и установить молекулярно-клеточные механизмы противовирусной активности.

Рисунок 2. Фотолюминесцентные снимки бактерицидной активности различных поверхностных наноструктур кремния (нанорешетки, наночастицы) и ИК-спектроскопия ключевых молекулярных взаимодействий

    Результаты исследований коллектива опубликованы в ряде статей в высокоцитируемых научных журналах и представлены в пленарных и приглашенных докладах на международных конференциях.

АНИ "ФИАН-информ"

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), Московского физико-технического института (МФТИ) и Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) исследовали направления прихода астрофизических нейтрино с энергиями свыше триллиона электронвольт (ТэВ) и пришли к неожиданному выводу: все они рождаются вблизи черных дыр в центрах далеких активных галактик – мощных источников радиоизлучения. Ранее предполагалось, что в источниках этого класса можно получить только нейтрино с самыми высокими энергиями.

     Считается, что в центрах активных галактик нашей Вселенной располагаются массивные черные дыры. Они являются сердцем этих объектов со светимостью в сотни миллионов солнц. Эти активные галактики – квазары – хорошо видны с Земли как оптическими, так и радиотелескопами.

    Ранее российские ученые Александр Плавин, Юрий Андреевич и Юрий Юрьевич Ковалевы и Сергей Троицкий установили связь между происхождением нейтрино наиболее высоких энергий (выше 200 ТэВ) и радио-квазарами. Уже это было удивительно, потому что теоретические статьи 1990-х годов указывали, что астрофизические нейтрино будут рождаться только при энергиях от 1000 ТэВ.

    Нейтрино – мельчайшие элементарные частицы, у которых масса едва отлична от нуля, зато они могут пересекать Вселенную, практически не взаимодействуя с веществом и не имея никаких задержек на своем пути. Триллионы нейтрино в секунду проходят сквозь каждого человека на Земле, оставаясь совершенно незамеченными. Для регистрации нейтрино международная коллаборация ученых построила в Антарктиде специальный подледный телескоп – черенковский детектор IceCube, занимающий объем в 1 кубический километр льда. А в России сейчас заканчивают сооружение подводного телескопа Baikal GVD в озере Байкал, объем которого уже приближается к IceCube. На уже начавшей работу части установки идет набор данных. Эти инструменты изучают небо в разных полусферах: Северной и Южной.

 
Нейтринная обсерватория IceCube NSF
(предоставлено Ф. Педрерос)

    Проанализировав данные, собранные за 7 лет на телескопе IceCube, ученые первоначально выбрали для анализа диапазон выше 200 ТэВ, чтобы изучить, с какого направления пришли эти нейтрино. Оказалось, что заметная их часть родилась в квазарах, выделенных радиотелескопами по их высокой яркости. Точнее, нейтрино родились где-то в центрах квазаров. Там располагаются массивные черные дыры, питающие их аккреционные диски, а также сверхбыстрые выбросы очень горячего газа. Более того, существует связь между мощными вспышками радиоизлучения в этих квазарах и регистрацией нейтрино на телескопе IceCube. Поскольку нейтрино распространяются по Вселенной со скоростью света, они приходят к нам одновременно со вспышками.

Участники байкальского эксперимента готовят к погружению под покрывающий озеро лед детектор черенковского излучения (оптический модуль). Фотоэлектронный умножитель и прочая электроника помещены внутрь выдерживающего давление полутора километров воды прозрачного шара. Это – часть телескопа, которая собирает и передает по кабелю на берег информацию о слабенькой вспышке, сопровождающей взаимодействие нейтрино в воде. Автор фото – Баир Шайбонов

    Теперь в своей новой статье, опубликованной 19 февраля 2021 года в авторитетном международном журнале The Astrophysical Journal, российские ученые утверждают, что нейтрино энергий в десятки ТэВ тоже испускаются квазарами. В результате получается, что все – ну хорошо, почти все, – астрофизические нейтрино высоких энергий рождаются в квазарах. Заметим, кроме астрофизических, есть нейтрино, которые рождаются в атмосфере Земли, и даже в самом детекторе IceCube во время взаимодействия космических лучей с веществом.

   Аспирант и научный сотрудник ФИАН и МФТИ Александр Плавин отметил:

«Массовое рождение нейтрино в квазарах теперь факт, с которым приходится считаться другим исследователям-астрофизикам. Это крайне важно для детального понимания процессов внутри активных галактик, которые приводят к выделению огромного количества энергии».

    Соавтор открытия из ФИАН и МФТИ член-корреспондент РАН Юрий Ковалев пояснил результаты в программе Гамбургский счет на ОТР.

    В сентябре 2020-го года консорциум семи научных организаций – ФИАН, МФТИ, ИЯИ РАН, ОИЯИ, САО РАН, ГАИШ МГУ, Иркутский государственный университет – выиграл грант Минобрнауки по теме «Нейтрино и астрофизика частиц». Около 100 ученых будут работать над решением вопроса о происхождении нейтрино, а также изучать его свойства. Проектом также предусмотрены и другие исследования, направленные на понимание природы астрофизических нейтрино высоких энергий, в том числе поиск фотонов того же диапазона энергий на установке «Ковер-3» Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН (Северный Кавказ).

    Связь нейтрино и радио-квазаров вызвала большой интерес в мире. Начинается совместная работа российских ученых с нейтринным экспериментом ANTARES в Средиземном море. Свежая статья европейских и американских ученых независимо подтвердила открытие российской группы по данным радиотелескопов в США и Финляндии. Новые события прихода астрофизических нейтрино теперь отслеживаются крупными мировыми радиотелескопами и антенными решетками.

    В 2021 году российские ученые соберут первые данные с телескопа Baikal GVD и проанализируют их совместно с данными РАТАН-600 и мировых сетей радиотелескопов, позволяющих в деталях рассмотреть центры квазаров. Нас ждет много интересного.

Карта неба. Чем темнее (от белого к желтому-красному-синему-черному), тем больше вероятность прихода нейтрино из данного направления. Квазары показаны зелеными кружками. Внимательный глаз может заметить, что зеленые кружки предпочитают не находиться в белых областях

А. Плавин и Ю.Ю. Ковалев для АНИ «ФИАН-информ»

Ученые ФИАН играют важную роль в эксперименте Belle II, который проводится на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB. О том, какие проблемы стоят перед современной физикой элементарных частиц, как устроен эксперимент и каких открытий можно ожидать в ближайшем будущем, рассказал доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник лаборатории тяжелых кварков и лептонов ФИАН Павел Николаевич Пахлов.

     Физика элементарных частиц изучает, как устроена материя на самом глубинном уровне – сейчас наука имеет возможность исследовать законы физики на масштабах одной тысячной размера протона. Ученые, работающие в этой области, пытаются выяснить, из каких «кирпичиков» складывается окружающий нас мир, и какими силами они друг к другу притягиваются. Роль «кирпичиков» играют разнообразные частицы, такие как электроны и кварки, а силы – это фундаментальные взаимодействия четырех типов. Самым первым из них была обнаружена гравитация, и по иронии судьбы сейчас именно ее ученые понимают хуже всего.

    Другие три взаимодействия удалось описать единым образом, и все они участвуют в формировании материи. Электромагнетизм собирает из заряженных частиц (ядер и электронов) атомы и отвечает за всю химию. Ядра, в свою очередь, формируются так называемым сильным взаимодействием, которое также ответственно за удержание в протонах и нейтронах еще более маленьких частиц, кварков. Последнее взаимодействие – слабое – долгое время казалось ненужным, однако в тридцатые годы прошлого столетия выяснилось, что именно благодаря ему существуют термоядерный синтез, отвечающий за горение звезд и обеспечивающий нас энергией.

    Объединение электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий на основе калибровочного принципа произошло в шестидесятых годах двадцатого века. Ученым удалось создать достаточно красивую модель, названную Стандартной. Она хорошо описывала все известные на тот момент частицы, и более того, сумела предсказать обнаружение новых. В 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) после многолетних поисков была обнаружена последняя частица Стандартной модели – бозон Хиггса.

    Несмотря на все успехи и достоинства этой теории, физики имели к Стандартной модели претензии еще с момента ее создания. Первым ее недостатком считается то обстоятельство, что она искусственно подстроена под описание экспериментальных данных, а не выведена исходя из какого-то фундаментального первого принципа. Следующее слабое место проявилось при попытке использовать Стандартную модель для описания Вселенной, причем не только ее нынешнего вида, но и эволюции. Астрофизика и космология требуют новых ингредиентов, таких как взаимодействия, нарушающие барионное число, или частиц, ответственных за быстрое раннее расширение (инфляцию), не заложенных в Стандартную модель. Но, возможно, это проблемы космологии, а не теории частиц? Однако в девяностые годы оказалось, что существует такой таинственный объект как темная материя. При расчете масс галактик для описания движения звезд выяснилось, что должно существовать огромное количество материи, которая является невидимой, а значит, не участвует в электромагнитном взаимодействии и не описывается Стандартной моделью. Наконец, третья претензия – техническая: при расчетах на больших масштабах энергии взаимодействий в модели появляются противоречия. Сегодня физики ставят перед собой задачу построить новую теорию, лишенную недостатков Стандартной модели, однако пока что сложно даже наметить ее контуры.

    «Сейчас в нашей области физики наступает кризис (а в науке это прекрасно, это заставляет людей больше думать, позволяет совершить прорыв): почти все эксперименты удовлетворительно описываются неудовлетворительной теорией. Но мы уже подошли к той черте, за которой Стандартная модель должна сломаться. Поэтому существует уверенность, что скоро мы найдем что-то, что укажет, в каком направлении должна двигаться теория», – объясняет Павел Николаевич.

    Существует два возможных направления развития экспериментальных исследований. Одно из них – увеличение энергии в экспериментах по столкновению частиц. Создание Большого адронного коллайдера позволило в несколько раз поднять энергетическую планку. Хотя исследования на БАК ведутся уже более десяти лет, ученым пока не удалось обнаружить никаких отклонений от Стандартной модели. Увеличить энергию в существующей конфигурации почти невозможно, поэтому в настоящий момент идут работы по поднятию светимости (количества соударений частиц в секунду), что позволит увеличить вероятность обнаружения каких-то редких событий.

    Второе направление – поиск редких явлений при относительно невысоких энергиях взаимодействия. Демонстрировать отклонение от предсказаний Стандартной модели могут и довольно легкие частицы. Примером может служить аномальный магнитный момента мюона, масса которого в десять раз меньше массы протона, но который чувствует существование частиц тяжелее протона в сотни и даже тысячи раз. Другие интересные частицы, изучением которых как раз и занимается группа Павла Николаевича, – B-мезоны. В них содержится тяжелый b-кварк, аналогичный d-кваркам – составным частям протонов и нейтронов, но имеющий гораздо большую массу и быстро распадающийся. Интерес к этим частицам Павел Николаевич объясняет так:

    «Тяжелые кварки "знают" все физические законы, в том числе и то, что происходит при больших энергиях. За время до распада B-мезоны успевают "вспомнить" всю физику от начальных классов до неизвестных ученым закономерностей, и изучая такие распады, мы как бы "допрашиваем" частицы о том, как устроена физика, причем и на энергиях пока для нас недостижимых. Чем тяжелее частица, тем ближе ей эта интересующая нас шкала высоких энергий».

    Рождаются B-мезоны парами при столкновениях электронов и позитронов. За время жизни, составляющее несколько пикосекунд, они успевают пролететь расстояние порядка сотни микрон, а затем за счет слабого взаимодействия происходит распад. Напрямую B-мезоны обнаружить нельзя, регистрируются только продукты их распада. Получившиеся частицы также нестабильны и распадаются на еще более легкие. Задача физиков – по результатам измерений восстановить всю цепочку распадов, рассчитать ее свойства и сверить с моделью. Если в результате обнаружат расхождение с теорией, то это и будет свидетельствовать об отклонении от Стандартной модели.

 
На мезонной фабрике SuperKEKB (изображение с 24hitech.ru)

    Эксперимент Belle II, в котором принимают участие ученые ФИАН, проводится на ускорителе, расположенном в японском городе Цукуба. На протяжении двадцатого века Япония имела сильную школу теоретической физики, однако в области больших экспериментов традиционно соревновались между собой США и Европа (иногда СССР). В восьмидесятые годы Япония включилась в эту гонку, построив первый крупный ускоритель. Эксперименты на нем оказались неудачными, однако позднее в этом же тоннеле была построена B-фабрика (KEKB), называемая так за большое количество рождаемых в столкновениях B-мезонов. Она проработала более 10 лет и дала множество важных, интересных и подчас неожиданных результатов. Два года назад был официально запущен ускоритель следующего поколения – SuperKEKB, который позволит увеличить количество рождаемых B-мезонов на два порядка. Этот ускоритель гораздо скромнее Большого адронного коллайдера, как по размерам (подземное кольцо диаметром 4 км), так и по масштабам денежных вложений. Однако его преимущество – огромное число сталкивающихся электронов и позитронов. При наличии большого числа частиц основной проблемой является их удержание: необходимо провести частицу, не теряя, по кольцу тысячи раз, при этом пучки удерживаются с точностью в нескольких нанометров. Успешно решить задачу удалось за счет продвинутой магнитооптической системы, а рекордная светимость была достигнута сильным сжатием пучков в точке взаимодействия.

    Помимо ускорителя успех эксперимента определяется детектором. Уже сейчас ясно, что сконструированный детектор, в создании которого активное участие принимали ученые ФИАН, получился удачным. Детектор представляет собой «сэндвич» из под-детекторов, каждый из которых предназначен для решения конкретной задачи. Около точки взаимодействия расположены вершинные детекторы размером всего около 10 сантиметров из кремниевых пластинок, которые измеряют трек частиц с точностью до десятков микрон; данные с них считываются десятками тысяч электронных каналов. Чуть дальше расположена дрейфовая камера, которая реконструирует треки продуктов распада B-мезонов. По изгибу трека в магнитном поле измеряется импульс частицы, а для определения типа частицы используется черенковский детектор, принцип действия которого был разработан в ФИАН в середине прошлого века. Следующей частью детектора является калориметр, регистрирующий фотоны. Наконец, на наибольшем удалении от зоны взаимодействия стоит созданная нашими учеными мюонная система. Мюоны мало взаимодействуют с веществом, поэтому пролетают дальше других частиц и попадают в сцинтиллятор – вещество, излучающее свет при прохождении сквозь него частиц. Эта система состоит из большого количества слоев и является самой большой по объёму и весу – суммарно она покрывает площадь более тысячи квадратных метров. Сцинтилляционный пластик, используемый в системе, был произведен в России по особой технологии, позволяющей очень эффективно собирать сцинтилляционный свет.

Схема детектора эксперимента Belle II (изображение с www.kek.jp)

    Российские физики из ФИАН регулярно бывают в Японии: они не только обрабатывают экспериментальные данные и обсуждают результаты, но и следят за правильной работой детектора. Работа ускорителя обходится очень дорого (потребляемая им мощность сравнима с мощностью целой электростанции), поэтому нельзя, чтобы ускоритель работал вхолостую, детектор должен функционировать и записывать интересные события постоянно. За секунду происходит около миллиарда столкновений, большинство из которых неинтересные, поэтому электроника детектора должна очень быстро принимать решение – сохранить считываемое событие или нет (записывать все подряд просто физически невозможно). Электроника работает на пределе возможностей, и часто возникают сбои, так что ученым приходится перезагружать систему или останавливать ее для ремонтных работ.

     В данный момент идет процесс настройки детектора и плавного увеличения светимости. Павел Николаевич оптимистично смотрит в будущее:

    «Пока в нашем эксперименте только начался набор данных, почти никаких результатов еще нет, и мы можем говорить только о планах. Предвкушение получения новых, никем пока не исследованных данных – самое интересное время для ученых, особенно для молодых. Обычно кажется, что если в какой-то области произошло открытие, то это очень интересная область. Но ведь открытие уже сделано, значит, скорее всего, дальше все будет скучно. А у нас уже очевидно, что ускоритель и детектор работают, значит скоро нас ожидает целый поток новых данных. Велики шансы, что в ближайшие лет пять будет открыто что-то, указывающее направление развития физики элементарных частиц на следующие десятилетия».

К. Кудеяров, ФИАН

    Специалистам НПО им. С.А. Лавочкина не удалось наладить связь со спутником «Спектр-Р». Попытки продолжались с 10 января до 30 мая 2019 г. Государственная комиссия рассмотрела вопрос технического состояния спутника 30 мая 2019 г. и приняла решение завершить наблюдательную программу «РадиоАстрона». Спутник успешно проработал 7.5 лет вместо запланированных трех. Связь с аппаратом прервалась из-за накопления бортовым приемо-передающим устройством высокого уровня космического излучения. В настоящий момент Астрокосмический центр ФИАН работает над завершением сбора, корреляции и архивации полученного громадного объема уникальных научных данных, международные научные группы продолжают обработку, анализ и публикацию результатов.

    Коллектив проекта выражает глубочайшую благодарность своим партнерам в реализации проекта в России и за ее пределами. Астрокосмический центр ФИАН надеется на продолжение сотрудничества в рамках проекта «Миллиметрон», который разовьет успехи «РадиоАстрона» в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

Н. Кардашев, Ю. Ковалев для АНИ «ФИАН-информ»

_____________________
Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством совместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

25 марта 2019 года в 19:44 по японскому времени возобновил свою работу электрон-позитронный суперколлайдер SuperKEKB (Цукуба, Япония). Детектор Belle-II, полностью оснащенный усовершенствованными подсистемами, включая современный вершинный детектор, был успешно запущен и начал набор первых физических данных. Символично, что это знаковое событие произошло накануне сезона цветения сакуры в Японии.

Первое адронное событие физического набора данных в детекторе Belle-II

    11 марта 2019 года с ускорения электронов в одном из двух колец коллайдера SuperKEKB стартовал третий этап запуска Super-B-фабрики SuperKEKB, а уже 25 марта 2019 года зарегистрировано первое событие аннигиляции электронов и позитронов в детекторе Belle-II. Физический запуск полностью укомплектованного детектора Belle-II, с помощью которого эксперимент начинает полноценный набор физических данных – третий этап проекта, а первые два – тестовые, проходили в 2018 году.

    Детектор Belle-II и электрон-позитронный суперколлайдер SuperKEKB представляют собой созданную впервые в мире Super-B-фабрику. Её предшественнику, – ускорителю KEKB, работавшему с 1999 по 2010 год, – удалось установить мировой рекорд светимости для электрон-позитронного коллайдеров. Планируется, что SuperKEKB достигнет светимости, в 40 раз превышающей достигнутую ранее, в то время как эксперимент Belle-II осуществит набор данных, превосходящий объем данных эксперимента Belle, более чем в 50 раз. Гигантская статистика предоставит возможность обнаружить новые явления в физике элементарных частиц и раскрыть секреты ранней Вселенной.

    Эксперимент Belle-II выполнит разнообразные прецизионные измерения в физике тяжелых адронов. Особое внимание будет уделено фундаментальным исследованиям свойств прелестных и очарованных кварков и тау-лептонов. Недавно появилось множество указаний на проявление, так называемой, Новой физики в распадах B-мезонов, содержащих прелестные кварки. Физические данные, накопленные экспериментом Belle-II, позволят дать однозначный ответ на вопрос о существовании Новой физики. Уникальный поиск частиц темной материи – еще одна из приоритетных задач эксперимента Belle-II.

Первое событие кандидатов рождения пары B- анти-B-мезонов
физического набора данных в детекторе Belle-II

    Физики Лаборатории тяжёлых кварков и лептонов (ФИАН) являются членами международных коллабораций Belle & Belle-II (KEK, Япония). При их непосредственном участии создана, установлена и отлажена наибольшая по площади подсистема Belle-II, торцевой детектор для регистрации мюонов и долгоживущих нейтральных каонов. В настоящий момент молодые ученые находятся в международном научном центре KEK и дежурят на ускорителе в сменах по набору физических данных эксперимента Belle-II.

Оригинальный пресс-релиз можно найти на сайте: https://www.kek.jp/en/newsroom/2019/03/25/2030/

По материалам АНИ «ФИАН-информ»

С 10 января 2019 года специалистам НПО им. Лавочкина не удается наладить связь со спутником "Спектр-Р". В рамках командных сеансов со станциями дальней космической связи в Медвежьих Озерах и Уссурийске не включается бортовой передатчик широконаправленных антенн.

При этом есть хорошие новости. Станции слежения и сбора научной информации проекта в Пущино (Россия) и Грин Бенк (США) продолжают детектировать узкополосный сигнал на частоте 8.4 ГГц от высоконаправленной 1.5-метровой антенны "Спектр-Р". Более того, бортовой аппаратурой происходит захват частоты в рамках т.н. "замкнутой петли" при излучении сигнала на 7.2 ГГц с Земли в сторону спутника. Это косвенно свидетельствует, что питание на борту спутника есть, обеспечиваются необходимые условия сохранения работоспособности служебной и научной аппаратуры.

Предварительные оценки указывают на надежду на восстановление связи. Коллеги из НПО продолжают работу.

Наблюдения "РадиоАстрона" в рамках научной программы AO6 продолжатся как только связь будет восстановлена.

Мы ожидаем поступления новых заявок на конкурс AO7 к 21 января 2019 г. для формирования очередного, уже седьмого года сильной научной программы наблюдений наземно-космического интерферометра.

Н. Кардашев и Ю.Ковалев (АКЦ ФИАН) для АНИ "ФИАН-информ"

_____________________________

Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством совместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

Мы живем в эпоху, когда изучение Солнца наземными обсерваториями постепенно уходит в прошлое. Наземные обсерватории зависят от погодных условий, смены дня и ночи. Кроме того, их возможности ограничены тем, что большая часть солнечного излучения поглощается атмосферой Земли. Для исследований солнечной активности необходимо проводить наблюдения в космосе, и ФИАН является активным игроком в этой области: с самого начала космической эры ученые института участвуют в создании научных приборов для космических аппаратов. Об одном из таких проектов нам рассказал главный научный сотрудник ФИАН, доктор физ.-мат. наук Сергей Александрович Богачев.

    Традиционно космические исследования, проводимые институтами Российской Академии наук, направлены на развитие фундаментальной науки: в ходе таких экспериментов обычно накапливается большой объем данных, которые не устаревают и могут изучаться в течение долгого времени. Однако в настоящее время огромную важность приобретают и прикладные задачи, требующие исследования солнечной активности: изучение влияния Солнца на спутниковую навигацию, учёт состояния Солнца при прогнозировании различных погодных явлений и многое другое. Эти задачи не могут быть решены отдельными измерениями и требуют непрерывного мониторинга солнечной активности в режиме реального времени. Это, в числе прочего, накладывает особые требования на используемую аппаратуру: необходима высокая надежность приборов, а также быстрая обработка получаемых данных на Земле.

Изображение Солнца, полученное аппаратурой ФИАН в 2009 году на борту российского космического аппарата КОРОНАС-Фотон.
Изображение предоставлено С.А. Богачевым

    Первый российский проект по наблюдению Солнца для прикладных целей получил название «СОЛЯРИС», разработка его концепции поручена «Роскосмосом» ФИАНу. «Этот проект будет полностью открытым: результаты наших измерений будут доступны в Интернете. Мы воспринимаем такой формат с большим энтузиазмом: с одной стороны, открытый проект – это современно, а с другой – это серьезный вызов и большая ответственность» - считает главный научный сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН Сергей Александрович Богачев, который стал руководителем «СОЛЯРИСА». Сейчас завершается последний год научной стадии проекта, целью которого было определить основные черты будущей космической миссии: на какой орбите должен находиться космический аппарат, какие измерительные приборы он должен нести на борту и ряд других вопросов.

    Ученые решили поместить спутник на не вполне обычной орбите, которую отечественные аппараты еще не посещали: в точке Лагранжа L1. В этой точке, расположенной на расстоянии 1.5 миллионов километров от Солнца, силы притяжения Земли и Солнца уравновешивают друг друга, кроме того, в ней почти отсутствует воздействие магнитного поля Земли – космический аппарат будет находиться по сути в идеальных условиях, что позволит проводить измерения без помех со стороны Земли.

Расположение точек Лагранжа. Космический аппарат будет вести наблюдения из точки L1.
Изображение предоставлено С.А. Богачевым

    В ходе обсуждения облика будущей космической обсерватории сформировалась коллаборация из четырёх научных организаций, каждая из которых взяла на себя ответственность за определённый участок научной программы. Так ФИАН, одновременно являющийся координатором проекта, взял на себя задачу создания космических телескопов – приборов, которые позволят получать и передавать на Землю в режиме реального времени изображения Солнца и тем самым прямо наблюдать формирование активных солнечных процессов – вспышек, выбросов вещества, гигантских протуберанцев. Созданием прибора для регистрации потоков ускоренных частиц (протонов и электронов) займется НИИЯФ МГУ. Жесткое излучение Солнца, которое также как частицы оказывает влияние на космические аппараты и верхнюю атмосферу Земли, позволит детектировать блок приборов, разрабатываемый в ИАФ МИФИ. Наконец, будет проводиться наблюдение за солнечным ветром – непрерывными потоками плазмы, испускаемыми Солнцем. Наблюдать солнечный ветер вблизи Земли невозможно из-за воздействия магнитного поля на плазму, а вот в точке Лагранжа подобные возмущения отсутствуют. Разработкой аппаратуры для этих наблюдений занимается ИКИ РАН. На сегодняшний день завершается теоретическая проработка проекта, в ближайшее время ученые планируют перейти к практической реализации.

    Наблюдения за солнечной активностью имеют важнейшее значения для поддержки функционирования навигационных спутников, без которых уже сегодня невозможно представить нашу жизнь: последствия солнечных вспышек – одна из основных причин сбоев в их работе. Исследования также облегчат прогнозирование погоды: солнце оказывает заметное влияние на движение воздушных масс в атмосфере Земли, а кроме того является основной причиной магнитных бурь и полярных сияний. Результаты подобных измерений вызывают большой интерес в обществе: уже сегодня сайт центра космической погоды ФИАНа, публикующий данные с зарубежных аппаратов, посещают 10-15 тысяч людей в сутки. Запуск собственного аппарата позволит вывести эту работу на новый уровень. Также Сергей Александрович особо подчеркнул важность подобных проектов для пилотируемой космонавтики:

    «Даже если сейчас это нереально, то в какой-то момент люди обязательно полетят на Марс или другие планеты. Оказываясь вне защитного поля Земли, человек подвергается воздействию радиации, поэтому ему просто необходимо наблюдать за солнечной активностью. Можно сказать, что страна, которая первая научится точно прогнозировать космическую погоду, завоюет Солнечную систему».

К. Кудеяров, АНИ «ФИАН-информ»

26 апреля 2018 года: в 00:38 по японскому времени в международном научном центре KEK (г. Цукуба, Япония) произошло первое столкновение электронов и позитронов в суперколлайдере SuperKEKB. Детектор Belle-II, установленный в точке столкновения пучков, впервые зарегистрировал процесс электрон-позитронной аннигиляции (аннигиляции материи и антиматерии), в результате которой образовались новые частицы, в том числе содержащие пары b анти-b кварков. Это первое электрон-позитронное столкновение в лаборатории физики элементарных частиц KEK за последние 8 лет; предыдущий коллайдер KEKB (и детектор Belle) остановил набор данных в 2010 году.

 Одно из первых событий в детекторе Belle-II
Изображение предоставлено международной коллаборацией Belle-II

    Новый детектор Belle-II на суперколлайдере SuperKEKB был спроектирован и построен международной коллабораций, включающей более 750 ученых из 25 стран. По сравнению с предыдущим детектором Belle, детектор Belle-II обладает значительными преимуществами и позволяет детектировать и реконструировать события с существенно большей частотой за счет рекордной светимости коллайдера SuperKEKB, превышающую светимость коллайдера KEKB в 40 раз! За десятилетие работы планируется зарегистрировать более 50 миллиардов событий, содержащих пары B-анти-B-мезонов, что в 50 раз превышает весь образец данных проекта KEKB/Belle.

    Новый суперколлайдер SuperKEKB совместно с детектором Belle-II, представляет собой научный комплекс, предназначенный для поиска Новой физики за пределами Стандартной модели с помощью измерения редких распадов элементарных частиц, содержащих прелестные и очарованные кварки, а также с помощью исследования распадов тау-лептонов. К основным задачам эксперимента Belle-II относятся поиск новых частиц, поиск причин доминирования материи над антиматерией, а также поиск ответов на другие открытые фундаментальные вопросы Вселенной.

    В марте 2018 года KEK начал новый этап запуска асимметричного электронно-позитронного коллайдера SuperKEKB с новой чрезвычайно сложной системой сверхпроводящих фокусирующих магнитов и с детектором Belle-II, установленным в точке взаимодействия. Впервые пучок электронов с энергией 7 ГэВ был успешно запущен и сохранен в высокоэнергетическом кольце 21 марта, а пучок позитронов с энергией 4 ГэВ в низкоэнергетическом кольце 31 марта. С тех пор прецизионная настройка сталкивающихся пучков ускорителя в точке взаимодействия детектора Belle-II продолжалась в течение нескольких недель.

    В отличие от Большого адронного коллайдера в ЦЕРН (Женева, Швейцария), являющегося ускорителем с самой высокой энергией сталкивающихся протонов, электрон-позитронный суперколлайдер SuperKEKB спроектирован для достижения рекордной светимости. Сегодня SuperKEKB является мировым лидером по светимости.

    Полностью пресс релиз можно найти на сайте: https://www.kek.jp/en/newsroom/2018/04/26/0700/

    Подробную информация об эксперименте Belle-II на суперколлайдере SuperKEKB можно найти на сайте http://belle2.jp/

    Физики Лаборатории тяжёлых кварков и лептонов ФИАН являются членами международных коллабораций Belle & Belle-II (KEK, Япония). При их непосредственном участии создана самая большая по площади подсистема Belle-II, торцевой детектор для регистрации мюонов и долгоживущих нейтральных каонов.

В июне 2018 г. к концу подходит пятый год открытой научной программы наблюдений наземно-космического радиоинтерферометра РадиоАстрон. С июля 2018 года стартует новый, шестой, этап наблюдательной программы – АО-6 на 2018-2019 гг.

 Художественное изображение РадиоАстрона.
Источник: АКЦ ФИАН

    AO-6 традиционно была сформирована из поданных на конкурс предложений, куда принимались заявки двух типов: “ключевая научная программа” (KSP) и “общее наблюдательное время” (GOT).

     Подробнее с правилами конкурса можно ознакомиться на сайте конкурса.

    Научная экспертиза поступивших проектов осуществлялась международным научным советом экспертов проекта РадиоАстрон, результаты утверждены его руководителем, академиком Н.С. Кардашевым. В международный совет экспертов на период AO-6 вошли:

– Matthew Lister (председатель, Университет Пердью, США),

– David Jauncey (CSIRO, Австралия),

– Alexander Pushkarev (КрАО, Россия), Olaf Wucknitz (MPIfR, Германия),

– Benito Marcote (JIVE, Голландия),

– Liz Humphreys (Европейская Южная Обсерватория).

    В рамках периода АО-6 для наблюдений было отобрано 13 проектов:

• GOT: “Слежение за изменениями видности суперкомпактных водяных мазерных пятен с целью изучения межзвездной микротурбулентности”, PI: Hiroshi Imai (Университет Кагошимы, Япония);

• KSP: “Мониторинг субструктуры в дисках рассеяния радиоизлучения пульсаров”, PI: Carl Gwinn (UCSB, США);

• GOT: “Двумерное картографирование межзвездного рассеивающего экрана в направлении пульсара в Крабовидной туманности”, PI: Robert Main (CITA, Канада);

• GOT: “Эпизодическая аккреция и выброс вещества в процессе формирования массивных звезд по наблюдениям РадиоАстрона в линии воды 22 ГГц”, PI: Ольга Баяндина (АКЦ ФИАН, Россия);

• GOT: “Наблюдение ярких “водяных фонтанов” и звездных водяных мазеров с высоким угловым разрешением”, PI: Михаил Щуров (АКЦ ФИАН, Россия);

• GOT: “Необычное АЯГ PKS 0521-365 под пристальным взором наземно-космического РСДБ”, PI: Eduardo Ros (MPIfR, Германия; Университет Валенсии, Испания);

• KSP: “Исследование межзвездного рассеяния с помощью наблюдений субструктуры рефракционного рассеяния в АЯГ с помощью наземно-космического радиоинтерферометра РадиоАстрон”, PI: Михаил Лисаков (АКЦ ФИАН, Россия);

• KSP: “Структура яркого загадочного блазара AO 0235+164 с двадцатикратным увеличением”, PI: Leonid Gurvits (JIVE, Голландия; TU Delft, Голландия);

• GOT: “Измерение угловых размеров быстро движущихся компонент в мегамазере NGC 4258”, PI: James Moran (CfA, США);

• GOT: “Заглядывая в область формирования джета радиогалактики Лебедь А”, PI: Uwe Bach (MPIfR, Германия);

• KSP: “Исследование наиболее глубоких областей джетов АЯГ и их магнитных полей”, PI: Jose L. Gomez (IAA, Испания);

• GOT: “Наблюдения активных галактических ядер методом многочастотного синтеза на частоте 22 ГГц”, PI: Виктор Зуга (АКЦ ФИАН, Россия);

• GOT: “N113 – выдающийся водяной мазер в области звездообразования в Большом Магеллановом Облаке”, PI: Андрей Соболев (УрФУ, Россия).

    Из представленного списка приоритет "A" (высший) имеют четыре проекта, "B" – семь, "C" – два проекта. Соавторы заявок представляют 20 стран мира в количестве более 150 человек. Наибольшее количество исследователей – из России, следом идут Германия, Испания, США, Австралия и Канада.

АКЦ ФИАН для АНИ «ФИАН-информ»