Российский космический телескоп «Гамма-400», запуск которого ожидается в 2016 году, сможет увидеть астрономические объекты в гамма-диапазоне с непревзойденно высоким разрешением, а также, возможно, позволит обнаружить следы темной материи.

Об этом в интервью РИА Новости рассказал заместитель научного руководителя проекта Николай Топчиев, ведущий научный сотрудник Лаборатории космических лучей Физического института РАН имени Лебедева (ФИАН).

Что видно в гамма-небе

Гамма-излучением называют следующий за рентгеновским диапазон электромагнитного спектра с длиной волны ниже 5–10 тысячных долей нанометра (5–10 пикометров).

Рис. 1. Космический аппарат «Гамма-400» в полете.

Многие процессы во Вселенной сопровождаются гамма-излучением. Впервые так называемые гамма-всплески обнаружил в 1967 году один из американских спутников серии Vela, предназначенный для слежения за ядерными испытаниями. Сейчас каждый год фиксируется порядка сотни гамма-всплесков. Астрономы считают, что источники этих сверхмощных вспышек находятся на расстоянии в миллиарды световых лет, их порождают взрывы сверхновых и превращение звезд в черные дыры.

Помимо вспышек в гамма-диапазоне, было обнаружено гамма-излучение от дискретных источников (пульсаров, квазаров, активных ядер галактик). Также было зафиксировано фоновое галактическое и внегалактическое излучение, свечение многих других космических объектов, в числе которых, например, гигантские «уши» нашей Галактики – пузыри над ее центром, обнаруженные обсерваторией «Ферми».

Гамма-телескопы

Целенаправленное изучение гамма-Вселенной началось в 1970-е годы, когда на межпланетных станциях устанавливали первые датчики гамма-излучения.

В 1989 году на орбиту был запущен советский гамма- и рентгеновский телескоп «Гранат». Через четыре года его работы вышла из строя система ориентации, и телескоп перешел в режим ненаправленных наблюдений. Аппарат закончил работу в 1998 году и смог получить, в частности, новые данные об излучении центра Галактики, ряде «кандидатов» в черные дыры.

Рис. 2. Советский гамма-телескоп «Анна-3».

Также СССР в 1990 году был запущен гамма-телескоп «Гамма-1», однако из-за вышедшей из строя системы питания искровых камер ему не удалось получить научные результаты с высоким угловым разрешением. Астрофизические наблюдения в гамма-диапазоне велись также с модуля «Квант» на станции «Мир». Сейчас на орбите функционирует запущенная в 2002 году европейская обсерватория «Интеграл», в работе которой участвуют российские ученые.

США в 1991 году вывели в космос большую гамма-обсерваторию «Комптон» (Compton Gamma Ray Observatory), которая проработала на орбите до 2000 года. Ей на смену в 2008 году американцами был запущен гамма-телескоп «Ферми» (Fermi Gamma-ray Space Telescope), который отличается рекордно высокой чувствительностью и разрешением.

Засечь темную материю

Однако будущая российская гамма-обсерватория «Гамма-400» сможет перекрыть рекорды «Ферми», сказал Топчиев.

«Это аппарат следующего поколения. Угловое разрешение у нас будет в пять раз лучше, чем у "Ферми». Он открыл 1,5 тысячи дискретных гамма-источников, однако половина из них не может быть идентифицирована ни с одним источником в других диапазонах, потому что не хватает угловой точности. У нас она будет значительно лучше", – сказал собеседник агентства.

Одной из нерешенных задач гамма-астрономии остается проблема идентификации источников гамма-излучения. Далеко не всегда ясно, какому объекту в оптическом или радиодиапазоне соответствует тот или иной гамма-источник. Кроме того, остается неясной сама природа многих источников. Решить эту задачу и поможет высокое разрешение «Гамма-400».

Кроме того, добавил Топчиев, российский аппарат сможет значительно точнее «сортировать» гамма-кванты по энергиям.

«Энергетическое разрешение у нас будет в десять раз лучше, чем у "Ферми». Это значит, что при построении энергетического спектра мы можем видеть более тонкие вещи, какие-то очень тонкие гамма-линии", – сказал ученый.

Рис. 3. Схема телескопа «Гамма-400».

Топчиев подчеркнул, что будущая обсерватория не будет дублировать уже работающие аппараты. «Гамма-400» будет единственным космическим инструментом, работающим с гамма-квантами с энергиями до 3 тысяч гигаэлектронвольт, что в 10 раз больше, чем диапазон «Ферми». Первоначальная верхняя граница энергии, 400 гигаэлектронвольт, осталась только в названии аппарата.

«До этого никто такие энергии в космосе не измерял», – сказал он.

Ученый отметил, что эти особенности аппарата дают возможность зафиксировать следы таинственной темной материи, на долю которой приходится 23% массы Вселенной (еще около 72% приходится на темную энергию, а на «обычную» материю – лишь 4,6%). Темная материя состоит из тяжелых частиц, которые практически не взаимодействуют с обычной материей и проявляют себя только через гравитацию (Weakly Interacting Massive Particles – WIMP). Как считают ученые, заметить темную материю можно по следам аннигиляции ее частиц – по потокам гамма-квантов.

«Должен быть некий избыток на общем фоне. Мы меряем фон, по идее, должен быть такой спектр, а мы получаем избыток, и если мы его обнаружим, можно будет говорить о следах темной материи», – сказал Топчиев.

Трудная судьба

Как и у многих других российских космических исследовательских проектов, у телескопа «Гамма-400» непростая судьба. Разработка проекта орбитальной обсерватории была начата еще в середине 1980-х годов в стенах ФИАНа. В его создании участвовал нобелевский лауреат Виталий Гинзбург.

Долгое время, по словам Топчиева, «Гамма-400» имела статус НИР – научно-исследовательской разработки. Только в 2009 году работы по проекту перешли в стадию опытно-конструкторских работ.

Проект включен в Федеральную космическую программу, в ней указан срок запуска – 2013 год.

«Сейчас в Роскосмосе называют срок запуска – 2016–2017 год. В 2013 году начнется реальное изготовление аппарата, сборка, испытания», – сказал Топчиев.

По его словам, сейчас готовится эскизный проект аппарата, есть лабораторные образцы приборов. К созданию обсерватории привлечены специалисты итальянского Национального института ядерной физики.

«На эскизный проект Роскосмос в 2009 году выделял 2 миллиона долларов. На 2011 год – 3,5 миллиона долларов», – добавил собеседник агентства.

Научную аппаратуру будет производить ВНИИЭМ, а сам спутник – НПО имени Лавочкина. Аппарат будет создан на базе новой НПО имени Лавочкина платформы «Навигатор». Масса научной аппаратуры составит 2,6 тонны, а общая масса обсерватории – 3,5 тонны.

«Гамма-400» будет работать на высокоэллиптической орбите с апогеем 300 тысяч километров и перигеем 500 километров, куда ее выведет тяжелая ракета – либо «Зенит», либо «Протон».

«Через полгода орбита станет более круглой и выйдет из радиационных поясов (областей с высокой концентрацией заряженных частиц, попавших в "ловушку» земного магнитного поля). Поэтому мы сможем использовать для наблюдений 90% времени", – сказал Топчиев.

После «Ферми»

Обсерватория «Гамма-400», как ожидается, проработает на орбите семь лет. По мнению Топчиева, не исключено, что со временем к проекту присоединятся ученые из США.

«Американцы уже интересуются, есть контакты, взаимный интерес. "Ферми» протянет еще года два, а потом что? «Ферми» многое открыл, но поставил много интересных вопросов, естественно, ученым из Штатов будет интересно. Тем более, что у них в перспективе никаких новых аппаратов не планируется", – сказал ученый.