Профессор Николай Буднев: «Наше предназначение – изучение дальнего космоса»

Положительную оценку дали эксперты APPEC (Astroparticle Physics European Consortium) астрофизическим проектам, развивающимся в Прибайкалье. Первый – строительство крупнейшей в мире гамма-обсерватории TAIGA (Tunka Advanced Instrument for Gamma Astronomy and cosmic ray physics), второй – создание Байкальского глубокодонного нейтринного телескопа GVD (гигатонного водного детектора). В этих проектах ИГУ играет ключевую роль. Работа экспертов прошла в рамках международной конференции «Многокомпонентное исследование Вселенной» (Lake Baikal Three Messenger Conference), соорганизатором которой выступил Иркутский государственный университет.

О предназначении проектов, их нынешней стадии развития и, собственно, конференции и выводах экспертов рассказал декан физического факультета ИГУ, директор НИИ прикладной физики ИГУ, профессор Николай Буднев.

– Николай Михайлович, для начала объясните, пожалуйста, что такое многокомпонентное исследование Вселенной?

– Для того чтобы что-либо узнать об объектах Вселенной, мы должны каким-то образом получить оттуда информацию. И многие тысячи лет единственным носителем этой информации был свет, который видит наш глаз. Сначала люди воспринимали его невооруженным глазом, потом с помощью телескопов, научились фиксировать изображение с помощью фотопластинок, но, все равно, это был только видимый свет.

С физической точки зрения тот свет, который видит наш глаз – это кванты электромагнитного излучения (фотоны) небольшой энергии. А ведь от всех космических объектов идут и другие виды излучений, которые могут использоваться как другие носители информации.

В первую очередь – электромагнитное излучение другой энергии, других длин волн: радиоизлучение, рентгеновское излучение и даже фотоны с энергией недостижимой на Большом адронном коллайдере. Другими носителями информации выступают нейтрино, источником которых являются астрофизические объекты, где происходит генерация энергии. Например, нейтрино, родившиеся внутри нашего Солнца, способны пронзить всю толщу солнечного вещества и принести нам информацию о процессах, в которых обеспечивается генерация энергии Солнца. Еще одним носителем информации являются заряженные частицы, а это электроны, протоны, ядра, которые излучаются не только обычными звездами, но и квазарами, пульсарами и т.д. В них генерируется в миллиарды и миллиарды раз больше энергии, чем в обычных звездах типа Солнца.

Так вот, для того, чтобы получить наиболее полную информацию об астрофизических объектах желательно наблюдать весь спектр электромагнитного излучения, регистрировать нейтрино и заряженные частицы. Вот это и называется многокомпонентным исследованием Вселенной.

– На какой стадии развития исследования Вселенной находится мировая наука сегодня?

– Современная астрофизика уже научилась регистрировать объекты, излучающие энергию и в нашей галактике и на самом краю Вселенной. Достигается это с помощью очень сложных приборов – это радиотелескопы, рентгеновские телескопы, гамма-телескопы, нейтринные телескопы и т.д. Такие установки являются очень крупными и дорогостоящими объектами. Поэтому в мире их не так много – в общей сложности около двух десятков.

– Существует ли в России некий признанный центр по таким исследованиям?

– Подобный комплекс установок существует на Кавказе в Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН. Есть установка и в Якутии. Но они построены достаточно давно. В Прибайкалье же строятся установки последнего поколения, которые не просто конкурентоспособны, а даже превосходят во многих отношениях то, что есть где-либо в мире. Они предназначены для регистрации всех видов астрофизического излучения, всех видов носителей информации. Это Байкальский нейтринный телескоп, где ИГУ является очень активным участником, и Тункинская гамма-обсерватория, в проекте по созданию которой ИГУ – головная организация. Их предназначение – изучение дальнего космоса. Также в Прибайкалье работают и установки Института солнечно-земной физики СО РАН, однако они предназначены для изучения ближнего космоса, нашей Солнечной системы.

– Николай Михайлович, Вы говорили, что результаты конференции должны стать стартом для нового этапа развития исследований наших проектов? Скажите, оправдались ли Ваши ожидания?

– Участники конференции, заслушав доклады о Тункинском проекте и побывав непосредственно в гамма-обсерватории TAIGA, воочию увидели, что это реально развивающийся проект, в котором участвует большой коллектив, в том числе и очень много молодежи, включая наших студентов и аспирантов. Тут надо сказать, что APPEC является экспертной международной организацией, заключение которой является важнейшим фактором для принятия решения о финансировании тех или иных крупных астрофизических проектов. И, соответственно, заключение экспертов, которое будет подготовлено в ближайшее время, крайне важно для Тункинского проекта. Надеюсь, что и российские правительственные органы также учтут мнение этой авторитетнейшей европейской организации при определении приоритетов финансирования крупных проектов.

– Будем надеяться. А на какой стадии находится строительство гамма-обсерватории?

– Сегодня уже найдены основные решения всех технических проблем, которые связанны с созданием обсерватории. Развернута первая стадия установки, что составляет примерно 5% от ее проектных параметров.

– Что уже может делать установка?

– Основная задача – это регистрация гамма-излучения, фотонов очень высоких энергий от различных объектов во Вселенной. С помощью тех детекторов, которые уже развернуты и работают, только за один сезон работы зарегистрировано в несколько раз больше фотонов сверхвысоких энергий, чем было зарегистрировано до сих пор с помощью всех других телескопов во всем мире за все время наблюдений. Источником послужила Крабовидная туманность.

– Скажите, гамма-обсерватория нацелена именно на Крабовидную туманность?

– Нет, это временно. Данная туманность – это объект, от которого идет наиболее мощное излучение. Поэтому, пока установка относительно маленькая, мы нацелены на этот объект. Впоследствии будут исследоваться и многие другие уже известные объекты и, мы думаем, что будут открыты и новые. Для этого нужно существенно развивать установку, увеличивать количество детекторов, тем самым увеличивая ее чувствительность.

– Где будет вестись дальнейшая обработка данных? В ИГУ?

– Данные, полученные в Тункинской долине, будут обрабатываться и анализироваться во всех организациях-участниках эксперимента: и в Иркутском университете, и в Московском, и в Германии. Естественно, это только начало. Но наблюдение высокоэнергичной части спектра очень существенно для детального понимания природы и процессов, которые происходят в наиболее мощных объектах по генерации энергии в нашей Галактике.

– Когда установка заработает на полную мощность?

– Это может произойти в 2020-2022 году. На самом деле, это достаточно быстро и намного быстрее, чем сможет выйти на полную мощность другой альтернативный по методике проект СТА, который развивается огромной европейской коллаборацией с гигантским бюджетом (на сегодня существует на уровне проекта).

– А Байкальский нейтринный телескоп? На какой стадии находится его создание?

– Байкальский нейтринный телескоп – это тоже совершенно уникальный проект, который сейчас развивается очень быстрыми темпами. Толчком к его сегодняшнему развитию послужило решение, принятое два года назад Объединенным институтом ядерных исследований в Дубне, о выделении на проект по 5 млн долларов в год до 2020 года.

– Получается, подобных телескопов в мире нет?

– Успешно работает нейтринный телескоп IceCube объемом кубический километр в толще льда на Южном полюсе, но наблюдает он определенную часть неба. А вот в северном полушарии на данный момент нет действующих нейтринных телескопов. Правда, также существует проект создания в Средиземном море нейтринного телескопа подобного объема, но там до сих пор не решен вопрос финансирования, есть и другие проблемы. Байкальский нейтринный телескоп, как я уже сказал, очень активно строится и к 2020 году он может достичь таких же размеров и параметров, как и телескоп на Южном полюсе.
В этом проекте мирового уровня Иркутский госуниверситет принимает очень активное участие. Наши сотрудники выполняют целый ряд задач в рамках создания телескопа, это, например, создание системы кабельных коммуникаций, системы постоянного мониторинга пространственной конфигурации подводной установки и т.д.

– Что можно сказать о проценте готовности?

– Данная установка, как и гамма-установка в Тункинской долине, будет состоять из нескольких частей-кластеров. Развертывание каждого из них опять же будет увеличивать чувствительность установки. На сегодняшний день завершено создание первого кластера, а их в установке к 2020 году должно быть 12. Надеемся, что скорость развертывания дополнительных кластеров с каждым годом будет увеличиваться.

Справка

* Не имеющая аналогов в мире гамма-обсерватория строится на базе Тункинского Астрофизического центра коллективного пользования ИГУ в рамках международной коллаборации TAIGA (Tunka Advanced Instrument for Cosmic Ray Physics and Gamma Astronomy), в которую более десятка ведущих российских и зарубежных научных организаций и университетов. Комплекс создается для решения задач астрофизики элементарных частиц и гамма-астрономии, что позволит России вернуться в число мировых лидеров в области астрофизики и физики высоких энергий. На сегодняшний день завершена первая очередь работ.

* Байкальский нейтринный телескоп создается российскими учеными для исследования истории возникновения, развития Вселенной и изучения самых сложных задач мироздания. Строительство первого в мире Байкальского глубоководного нейтринного телескопа НТ200 был построен в 1998 году, он состоял из двух сотен светочувствительных фотоумножителей, закрепленных на восьми тросах на глубине больше километра. В исследованиях участвуют ученые из Института ядерных исследований РАН, Объединенного института ядерных исследований (г.Дубна), Иркутского государственного университета, Московского государственного университета и других российских и зарубежных университетов и институтов. В 2010 году начато строительство крупнейшего в мире нейтринного телескопа НТ1000 объемом кубический километр. Он будет содержать больше 10 тысяч сверхчувствительных приборов. Это сложнейшая измерительная система, которая позволит получить такие данные о Вселенной, которые невозможно получить никакими другими методами.