При создании крупнейшего в мире гамма-телескопа в Намибии использовались не только изготовленные в Армении зеркала - наши ученые принимали непосредственное участие в разработке самой идеи создания таких телескопов, и начиналось все задолго до того, как коллаборация H.E.S.S. приступила к строительству обсерватории в Намибии.
Один такой экспериментальный телескоп был построен в свое время на станции космических лучей Ереванского физического института Нор-Амберд на горе Арагац. В силу ряда причин ему так и не суждено было заработать, однако идея осталась. В дальнейшем в ходе совместных работ западные партнеры оценили армянскую методику как ноу-хау. Что такое гамма астрофизика высоких энергий и в чем суть армянского ноу-хау, рассказали Новости Армении – NEWS.am сотрудники Ереванского физического института (ЕрФИ) Вардан Саакян и Ашот Ахперджанян.
Бурное развитие гамма астрофизики высоких энергий в мире началось после того, как в 1989 году был зарегистрирован поток гамма-квантов от Крабовидной туманности. Полученные результаты подтвердили тот факт, что явления, происходящие в космических источниках, можно изучать при помощи испускаемого ими гамма-излучения. «Предметом» изучения гамма астрофизики высоких энергий являются астрофизические источники различных классов, «средством» изучения – испускаемые ими гамма-кванты, а «методом» - регистрация черенковских вспышек, возникающих при прохождении заряженной компоненты атмосферных ливней через атмосферу (атмосферный ливень – это каскад вторичных частиц, которые возникают в результате взаимодействия космических лучей, в том числе гамма-квантов высоких энергий, с атмосферой Земли). Суть метода заключается в использовании так называемых атмосферных черенковских телескопов (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope IACT), которые представляют собой многозеркальный отражатель и многоканальный фотоприемник. Черенковская вспышка фокусируется на фотокамере, тем самым, создавая «изображение» вспышки, а дальнейшая математическая обработка дает возможность выделить первичные потоки гамма-квантов от астрофизических источников.
В Армении исследования в этой области стали проводиться еще с 1980-ых годов, когда в Ереванском физическом институте была сформирована группа под руководством Феликса Агароняна. Исследования проводились в трех направлениях: создание приборов для орбитальных станций для регистрации гамма-вспышек, теоретические исследования в области астрофизики высоких энергий и изучение возможностей черенковскоского метода для регистрации первичных гамма-квантов.
Группа была сформирована таким образом, чтобы осуществлять и теоретические, и экспериментальные исследования, а также создавать необходимые приборы. Так, семь членов группы были выпускниками Московского инженерно-физического института (Феликс Агаронян, Армен Атоян, Размик Мирзоян, Валерий Варданян, Вардан Саакян, Аветик Габриелян, Левон Погосян), пятеро – факультета физики Ереванского государственного университета (Ашот Ахперджанян, Алексан Авунджян, Симон Агаджанян, Геворг Манташян, Перч Казарян), трое – Ереванского политехнического института (Рубен Канканян, Маринэ Мкртчян, Гаянэ Мхитарян).
Именно эта группа впервые в мире предложила оснастить комплексную установку АНИ на горе Арагац, предназначенную для исследования космических лучей, системой из пяти телескопов IACT. «Такая система дает возможность регистрировать атмосферный ливень одновременно несколькими телескопами (стереоскопический метод) и сопоставлять полученные разными телескопами данные: в результате существенно повышается эффективность регистрации гамма-потоков», - отмечает А. Ахперджанян.
Первый экспериментальный телескоп в рамках данного проекта был построен на станции космических лучей Нор-Амберд. Была проведена юстировка телескопа, однако политические события конца 1980-ых – начала 1990-ых наложили свой отпечаток: из-за недостатка финансирования работы были прекращены.
Черенковский телескоп, созданный в ЕрФИ и установленный на горе Арагац в Армении
Разработанный в ЕрФИ стереоскопический метод регистрации атмосферных ливней позже был реализован уже в рамках международной коллаборации - в 1991 году ЕрФИ предложил оснастить установку HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy) на острове Ла-Пальма (Испания) пятью черенковскими телескопами. «По технической документации ЕрФИ был построен первый телескоп HEGRA, а также были предоставлены вся оптика, угловые датчики, фотокамера. Была также осуществлена оптимизация системы и описана теоретическая часть на основе расчетов по методу Монте-Карло», - перечисляет А. Ахперджанян.
Активный этап научного эксперимента в рамках коллаборации HEGRA (Армения, Германия, Испания) был осуществлен в 1998-2002 годах: были зарегистрированы потоки гамма-квантов от астрофизических источников различных классов, полученные экспериментальные данные были описаны теоретически. «Эксперимент HEGRA подтвердил высокую эффективность стереоскопического метода, в результате дальнейшие проекты в области гамма астрофизики высоких энергий - H.E.S.S., MAGIC, VERITAS,- также были основаны на разработанном в ЕрФИ методе», - отмечают ученые.
Успех проекта HEGRA воодушевил ученых на создание телескопов нового поколения H.E.S.S. и MAGIC, также с активным участием членов группы ЕрФИ. В частности, одним из инициаторов проекта H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) стал Ф. Агаронян, а участниками – А. Ахперджанян и В. Саакян. Большой вклад в проектирование и строительство H.E.S.S. внес Р. Канканян. В числе инициаторов проекта по созданию MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) телескопов был Р. Мирзоян.
Обсерватория H.E.S.S. была создана совместными усилиями Германии, Франции, Великобритании, Ирландии, Чехии, Армении, Намибии, Южной Африки, Польши, Австрии, Швеции и Австралии. С армянской стороны в коллаборации H.E.S.S. участвуют ЕрФИ (как один из учредителей) и Национальная академия наук, ставшая членом после того, как при ее содействии армянское ЗАО «Галактика», которое изготовило зеркала для телескопа H.E.S.S. II, предоставило 200 дополнительных зеркал в качестве оплаты дальнейшего участия армянской стороны в проекте.
«Члены группы из ЕрФИ выражают огромную благодарность руководству НАН Армении и директору ЗАО «Галактика» Ара Мирзояну за этот вклад и за всестороннюю поддержку», - говорит В. Саакян.
В 2009 году Армения приняла у себя один из форумов в рамках коллаборации H.E.S.S., на который приехали 95 участников проекта.
Обсерватория H.E.S.S., расположенная в Намибии на высоте 1800 метров над уровнем моря, состояла из четырех телескопов IACT, а недавно к ним добавился пятый, самый большой в мире черенковский телескоп H.E.S.S. II. Первые четыре телескопа были задействованы еще в 2003 году, а H.E.S.S. II был запущен 26 июля 2012 года. Общая площадь отражения каждого из четырех маленьких телескопов составляет 107 м2, а оптическая камера, состоящая из 960 фотоумножителей с угловыми размерами 0.16°, обеспечивает 5°-ое поле зрения телескопа. Параметры пятого телескопа H.E.S.S. II составляют соответственно: 614м2, 2048, 0.07° и 3.2°.
Обсерватория H.E.S.S. в Намибии
«Установка H.E.S.S. уникальна как по своим техническим характеристикам, так и по количеству зафиксированных на сегодняшний день гамма-источников, - говорит Вардан Саакян, - на 1 августа 2012 года обнаружено 80 новых источников: пульсаров, активных галактических ядер, двойных систем, молекулярных облаков, скоплений звезд, остатков сверхновых и т.д.» Ученые уверены, что полученные результаты имеют принципиальное значение для астрофизики высоких энергий.
«Мы сделали важный шаг на пути решения задачи столетней давности – объяснения происхождения космических лучей, - продолжает ученый, - Анализ полученного впервые в мире изображения остатка сверхновой звезды RX J1713.7-3946 показывает, что в таких объектах частицы могут ускоряться до энергий выше 100ТэВ. То есть экспериментально было доказано, что подобные объекты действительно могут являться источниками галактических космических лучей».
Другой важный результат - обнаружение в Млечном пути восьми новых гамма-источников, из которых как минимум два не были зафиксированы в радиодиапазоне.
Многочисленные новейшие данные, полученные коллаборацией H.E.S.S., опубликованы в более 100 научных статьях в рейтинговых журналах с высоким коэффициентом влияния, среди которых Nature и Science.
Следует отметить, что благодаря своим открытиям и достижениям H.E.S.S. является единственной установкой в области гамма астрофизики высоких энергий, которая включена в первую десятку рейтинга астрономических обсерваторий - High-Impact Astronomical Observatories - в одном ряду с такими обсерваториями как SDSS, Swift, HST, ESO, Chandra и другие. В то время как ряд известных обсерваторий, размещенных на Земле или на спутниках, в частности, INTEGRAL, XMM, Gemini, Subaru и др., на каждую из которых было потрачено более $1 миллиарда, в эту десятку не вошли.
Проект H.E.S.S, в том числе и ЕрФИ, был удостоен высшей награды, присуждаемой коллаборациям – европейской премии Декарта. Премия присуждена с формулировкой: «…for the revolution of existing astronomical observation techniques and increase of our knowledge and understanding of the Milky Way and beyond», что буквально означает: «..за революционное развитие существующих методов астрофизических исследований и за расширение нашего знания и понимания об источниках в Млечном пути и вне его». Премия имени Бруно Росси американского астрономического общества в 2010 году была присуждена Ф. Агароняну, В. Гофману, Г. Фёлку и коллаборации H.E.S.S. с формулировкой: «…for their outstanding contributions to imaging TeV Astronomy, which addressed fundamental questions related to particle acceleration and the origin of the Cosmic Rays through the study of SNRs, and nearby AGNs», то есть: «за существенный вклад в астрономию ТэВ диапазона, направленный на изучение ускорения частиц и исследование фундаментальных вопросов возникновения космических лучей». Работы в области гамма астрономии высоких энергий были удостоены высокой оценки также в Армении. В 2005 году Ф.Агароняну, А.Ахперджаняну и В. Саакяну была вручена премия президента Армении в области физики.
Отметим также, что в настоящее время за счет средств, выделяемых Государственным комитетом науки, Армения имеет возможность выплачивать ежегодный членский взнос для участия в коллаборации H.E.S.S.
Анаит Саркисян
Новости Армении - NEWS.am