Вокруг Света 2005 № 10 (2781) - [20]

Исполинские детекторы

Сегодня AMANDA трансформирована в новый проект – «Ледовый куб» (IceCube). По существу, на той же площадке вблизи полярной станции «Амундсен– Скотт» предстоит пробурить с помощью горячей воды еще 80 двухкилометровых шурфов и опустить туда еще 80 струн, на которых будут подвешены 4 800 цифровых оптических модулей. В результате образуется ледяной детектор с километровыми размерами (и с объемом ледового пространства, в котором размещены оптические модули размерами с кубический километр). В результате получится грандиозный телескоп-компьютер, передающий потребителям, где бы они ни находились, весь набор получаемых экспериментальных данных.

В 2010 году ледяной телескоп должен заработать в полную силу. Однако на открытие точечных внеземных источников нейтрино можно рассчитывать и до этого срока. Пищу для анализа дают результаты уже действующего проекта AMANDA. В феврале 2004 года в одном из ведущих физических журналов появилась подписанная более чем сотней авторов статья «Поиски внеземных точечных источников нейтрино с помощью телескопа AMANDA-II». Так, в 2000 году удалось зарегистрировать 1 555 частиц. Все они попали на детектор телескопа из северной части небосвода и так или иначе по длинным или коротким путям прошли сквозь земной шар. Это определенно нейтрино, так как проделать такой путь могут только они. Однако зарегистрированные нейтрино имеют скорее всего земное происхождение и относятся к классу «атмосферных», возникших в результате бомбардировки воздуха космическими лучами. Учеными были специально проанализированы наблюдения за некоторыми внеземными объектами, где, по их мнению, можно было бы ожидать нейтринные потоки. Однако никакого статистически достоверного превышения потока нейтрино над средним с этих направлений обнаружено не было. Распределение нейтрино по северному небосводу выглядело равномерным.

Найти точечные непрерывные источники нейтрино на небосводе пока не удалось даже с учетом данных, накопленных в 2001—2002 годах. Строительство «Ледового куба» позволит многократно увеличить рабочий объем детектора и даст новые шансы астрофизикам. В январе 2005 года на глубину 2,5 км был пробит первый из шурфов «Ледового куба» и в него опущена струна с 60 цифровыми оптическими модулями. Если обнаружатся нейтрино от объектов, возникших на ранней стадии Вселенной, то, быть может, удастся узнать, почему материя в нашем мире преобладает над антиматерией. Можно также надеяться, что исследование потоков позволит решить и самые важные вопросы: какова судьба нашей Вселенной? Продолжит ли она стремительное расширение, начавшееся во времена Большого взрыва, или перейдет из фазы расширения в фазу сжатия? Ответить на них возможно, подсчитав общую массу Вселенной. Ведь существует, как известно, критическая масса, в случае превышения которой расширение Вселенной должно смениться сжатием. Видимые звезды составляют, по современным оценкам, менее одного процента массы Вселенной. Остальная материя остается невидимой. Невидимка нейтрино – самая распространенная из элементарных частиц, имеющая к тому же массу покоя. Следовательно, от величины этой массы зависит, будет ли пройден критический предел. Таким образом, исследования нейтрино позволят предсказать будущее нашей Вселенной.

Успех в решении загадки солнечных нейтрино позволил с новой надеждой приступить к поискам высокоэнергетических нейтрино из далеких галактик и других объектов космоса. Предполагается, что в ядрах галактик, включая и нашу собственную – Млечный Путь, находятся черные дыры, которые являются таким сосредоточением материи, что удерживают даже кванты света. А соседние звезды и пылевая материя просто всасываются черной дырой. В феврале 2004 года немецкие астрофизики сообщили о «предсмертной» вспышке звезды, разорванной на части и «съеденной» черной дырой в галактике RXJ 1242-1119 в миллиарде световых лет от нас. Однако для так называемых активных ядер галактик, которые, по-видимому, возникли на более ранней фазе развития нашей Вселенной, подобное «хищничество» вполне заурядно. Ядра активных галактик примерно в 100—1 000 раз массивнее ядра нашей Галактики. Словно водяная воронка, дыра затягивает звезды и космическую пыль. Грандиозные массы вещества «падают» по спирали внутрь черной дыры, чтобы исчезнуть там навеки. При этом вещество нагревается и возникают чудовищные ударные волны. На фронтах этих волн идут ядерные реакции, в том числе приводящие к рождению высокоэнергетических нейтрино. Изучить их свойства – значит заглянуть в лабораторию черных дыр, активных ядер галактик, сверхновых звезд и таких до сих пор весьма таинственных объектов, как квазары (квазизвездные объекты). Наконец, изучение нейтрино высоких энергий может пролить свет на давнюю для физиков загадку космических лучей. Откуда в них берутся протоны с энергией, в 10 миллионов раз большей, чем та, которую может обеспечить даже самый современный ускоритель? И еще один вопрос: а какова реальная плотность нейтрино во Вселенной? Возможно, что создаваемые нейтринные телескопы-исполины в скором будущем помогут найти на них ответы.