Τι είναι αυτό το τηλεσκόπιο;
Baikal Neutrino Telescope (Baikal Gigaton Volume Detector, Baikal-GVD) - παρατηρητήριο νετρίνων,
Με την ολοκλήρωση της κατασκευής έως το 2020, ο όγκοςο ανιχνευτής θα είναι συγκρίσιμος με τον μεγαλύτερο ανιχνευτή νετρίνων μέχρι σήμερα, το IceCube. Το τηλεσκόπιο, μαζί με το IceCube, το ANTARES και το KM3NeT, είναι μέρος του Παγκόσμιου Δικτύου Neutrino (GNN) ως ουσιαστικό στοιχείο του δικτύου στο Βόρειο Ημισφαίριο της Γης.
Το παρατηρητήριο λειτουργεί από τη συνεργασία Baikal, η οποία περιλαμβάνει:
- Ινστιτούτο Πυρηνικών Ερευνών RAS,
- Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας,
- Κρατικό Πανεπιστήμιο του Ιρκούτσκ,
- Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας που πήρε το όνομά του. M. V. Lomonosova,
- Κρατικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Νίζνι Νόβγκοροντ,
- Κρατικό Ναυτικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο Αγίας Πετρούπολης,
- Evologic εταιρεία (Γερμανία),
- Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής της Τσεχικής Ακαδημίας Επιστημών,
- Ινστιτούτο Πειραματικής και Εφαρμοσμένης Φυσικής, Πανεπιστήμιο της Πράγας,
- Πανεπιστήμιο της Μπρατισλάβα.
- Πώς θα λειτουργήσει το τηλεσκόπιο;
Το τηλεσκόπιο νετρίνων BAIKAL-GVD έχει σχεδιαστεί γιακαταγραφή και μελέτη ροών νετρίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας από αστροφυσικές πηγές. Με τη βοήθειά του, οι επιστήμονες σχεδιάζουν να μελετήσουν διαδικασίες με τεράστια απελευθέρωση ενέργειας που συνέβησαν στο Σύμπαν στο μακρινό παρελθόν.
Ένα από τα μυστήρια της σύγχρονης αστροφυσικής είναιΟ μηχανισμός γέννησης των αστροφυσικών νετρίνων στο Σύμπαν, δισεκατομμύρια φορές πιο ενεργητικός από τα ηλιακά νετρίνα, και το τηλεσκόπιο Baikal neutrino, χάρη στα μοναδικά χαρακτηριστικά του, θα είναι σε θέση να ρίξει φως σε αυτό το μυστήριο.
- Διαδικασία ανάπτυξης τηλεσκοπίων;
Η πρώτη έκδοση του τηλεσκοπίου νετρίνων βαθέων υδάτων στη λίμνη Βαϊκάλη αναπτύχθηκε το 1998. Χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση των σωματιδίων νετρίνων που παράγονται στην ατμόσφαιρα της Γης.
Τα αποτελέσματα της έρευνας οδήγησαν στη δημιουργία τουΝότιος πόλος του τηλεσκοπίου νετρίνο IceCube. Σε αυτό εντοπίστηκαν για πρώτη φορά τα νετρίνα υψηλής ενέργειας, γεγονός που επιβεβαίωσε την ορθότητα και τις προοπτικές δημιουργίας δικτύου τηλεσκοπίων παρόμοιου μεγέθους.
Τι είναι τα νετρίνα;
Τα νετρίνα είναι ένας εξαιρετικός «αφηγητής» για τους αστροφυσικούς κατακλυσμούς. Πετά μέσα στο Σύμπαν, ουσιαστικά δεν απορροφάται από κανέναν και τίποτα.
Δεδομένου ότι αυτό το σωματίδιο είναι ουδέτερο, δεν εκτρέπεται από μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία, πράγμα που σημαίνει ότι η πηγή του βρίσκεται ακριβώς στην κατεύθυνση από την οποία ανιχνεύθηκε η εμφάνιση των νετρίνων.
Πηγές διαστήματος που φτάνουν στη Γητα νετρίνα είναι εκρήξεις σουπερνόβα, μαύρες τρύπες, ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες ή δυαδικά συστήματα αστεριών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα νετρίνα είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για τη μελέτη των διαδικασιών που πραγματοποιούνται στο διάστημα.
Γιατί χρειάζεται ένα τηλεσκόπιο νετρίνο;
Η ανακάλυψη των αστροφυσικών νετρίνων υψηλής ενέργειας το 2013 σηματοδότησε τη γέννηση ενός νέου πεδίου γνώσης - της αστροφυσικής νετρίνων υψηλής ενέργειας.
Αυτό συνέβη όταν στάθμευε στο Νότιο ΠόλοΣτο πάχος του πάγου της Ανταρκτικής, ο ανιχνευτής IceCube εντόπισε για πρώτη φορά νετρίνα με ενέργειες πάνω από 1000 TeV. Μέχρι σήμερα, το πείραμα IceCube έχει ανιχνεύσει περισσότερα από 100 αστροφυσικά νετρίνα υψηλής ενέργειας στο νότιο ημισφαίριο.
Για να ανιχνεύσετε νετρίνα από πέρα από τον ουρανόσφαίρα, ένα τηλεσκόπιο νετρίνου κλίμακας gigaton απαιτείται στο Βόρειο Ημισφαίριο. Επομένως, από το 2015, το τηλεσκόπιο νετρίνου δεύτερης γενιάς Baikal-GVD κατασκευάζεται ενεργά στη λίμνη Βαϊκάλη.
Διαδικασία εργασίας Baikal-GVD
Το τηλεσκόπιο νετρίνων Baikal είναιανιχνευτής νετρίνων που βρίσκεται στη λίμνη Βαϊκάλη σε απόσταση 3,6 χλμ. από την ακτή, όπου το βάθος της λίμνης φτάνει τα 1.366 μ. Η τοποθεσία εγκατάστασης δεν επιλέχθηκε τυχαία.
- Πρώτον, υπάρχει σιδηρόδρομος και γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτήν την περιοχή. 55 χλμ. από τον ανιχνευτή υπάρχει ένα μεγάλο βιομηχανικό και επιστημονικό κέντρο - η πόλη του Ιρκούτσκ.
- Δεύτερον, το νερό της λίμνης είναι γλυκό, γεγονός που αποτρέπει πιθανή ζημιά στον εξοπλισμό.
- Τρίτον, για δύο μήνες το χρόνο η λίμνη καλύπτεται με ισχυρό κάλυμμα πάγου, επιτρέποντας την εκτέλεση εργασιών εγκατάστασης χωρίς φόβο.
- Επίσης, η Βαϊκάλη δεν έχει τη λάμψη του φόντου από το Κ40 και τη βιοφωταύγεια, η οποία είναι φλεγμονής.
Όταν ένα νετρίνο διέρχεται από το πάχος της Βαϊκάληςνερό, υπάρχει πιθανότητα κάποια από τα άπιαστα σωματίδια να σταματήσουν ακόμα από το νερό. Στην περίπτωση μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται είτε ένα μιόνιο είτε ένας καταρράκτης ντους σωματιδίων υψηλής ενέργειας.
Τόσο το μιόνιο όσο και ο καταρράκτης του ντους προκαλούν τη λάμψη του νερού, που ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov στη φυσική, ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε από τους Σοβιετικούς φυσικούς P. A. Cherenkov και S. I. Vavilov.
Αυτή η λάμψη εμφανίζεται όταν ένα φορτισμένοένα σωματίδιο (για παράδειγμα, ένα μιόνιο) κινείται στο νερό με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο νερό (η ταχύτητα του φωτός στο νερό μειώνεται σε αντίστροφη αναλογία με τον δείκτη διάθλασης).
Στην πραγματικότητα, συμβαίνει ένα φαινόμενο στο οποίο το μιόν προσπερνά το φως Το καθήκον του ανιχνευτή είναι να καταχωρίσει την ακτινοβολία Cherenkov και να διαχωρίσει τα συμβάντα με αστροφυσικά νετρίνα από άλλα πιθανά συμβάντα.
Πόσο κόστισε το τηλεσκόπιο;
Το κατασκευαστικό έργο κόστισε περίπου2,5 δισεκατομμύρια ρούβλια, καλύπτει μια περιοχή περίπου 0,5 km² και έχει σχεδιαστεί για την αναζήτηση πηγών νετρίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των βάθη των αναδυόμενων ή ετοιμοθάνατων γαλαξιών.
Η μελέτη αυτών των σωματιδίων θα βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν πώς δημιουργήθηκε και εξελίχθηκε το σύμπαν κατά τη διάρκεια της ιστορίας.
Υπόγειοι ανιχνευτές νετρίνων
Εκτός από πολλά υποβρύχια νετρίναανιχνευτές, υπάρχουν και υπόγειοι ανιχνευτές που λειτουργούν με την ίδια αρχή. Η διαφορά τους είναι ότι για ανίχνευση χρησιμοποιείται τεχνητή δεξαμενή με ειδικό νερό.
Επίσης, λόγω της θέσης τους, αυτά τα τηλεσκόπια χρησιμοποιούν επίγεια πετρώματα ως φίλτρο σωματιδίων, εξοικονομώντας ανιχνευτές από την ανίχνευση εξωτερικής ακτινοβολίας (φόντο), όπως το διάστημα.
- Σούπερ καμιοκαντέ
Ο μεγαλύτερος υπόγειος ανιχνευτής νετρίνων είναι ο Super-Kamiokande, ο οποίος βρίσκεται λίγο βόρεια του Τόκιο, σε ένα ορυχείο ψευδαργύρου σε βάθος 1 χιλιομέτρου.
Ο ανιχνευτής είναι μια δεξαμενή με διάμετρο40 m και ύψος 42 m, το οποίο είναι κατασκευασμένο από ανοξείδωτο ατσάλι. Είναι γεμάτο με 50.000 τόνους καθαρού νερού. Στα τοιχώματα της δεξαμενής υπάρχουν 11.146 φωτοπολλαπλασιαστές, η υψηλή ευαισθησία των οποίων επιτρέπει την καταγραφή ακόμη και ενός κβαντικού φωτός. Το Super-Kamiokande ολοκληρώθηκε το 1983.
- SNO
Ένας άλλος ανιχνευτής, αρκετές φορές μικρότερος από το Super-Kamiokande, βρίσκεται κοντά στην καναδική πόλη Sudbury σε ένα ορυχείο σε βάθος δύο χιλιομέτρων - το Sudbury Neutrino Observatory.
Το SNO είναι μια ακρυλική σφαίρα με διάμετρο 12 μέτρα και πάχος τοιχώματος 5,5 cm, η οποία είναι γεμάτη με βαρύ νερό D2O και καλύπτεται με 9.600 σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστή.
Χαρακτηριστικά του τηλεσκοπίου νετρίνων Baikal-GVD
Έχει εγκατασταθεί το τηλεσκόπιο Baikal neutrinoαπόσταση 3,5 χλμ. από την ακτή σε βάθος 750 έως 1300 μ. στη νότια λεκάνη της λίμνης Βαϊκάλης. Αυτή η λίμνη επιλέχθηκε για να φιλοξενήσει το τηλεσκόπιο λόγω του γεγονότος ότι υπάρχουν περιοχές βάθους έως 1 χλμ. Κοντά στην ακτή και κατάλληλες για την εγκατάσταση επιστημονικού εξοπλισμού. Το νερό Baikal έχει την απαραίτητη διαφάνεια για πειράματα.
Επιπλέον, η λίμνη καλύπτεται με πάγο για περίπου δύο μήνες το χρόνο, γεγονός που καθιστά την εγκατάσταση και τη συντήρηση του τηλεσκοπίου πολύ πιο εύκολη σε σύγκριση με άλλα έργα όταν τα τηλεσκόπια αναπτύσσονται από πλοία.
Διαβάστε περισσότερα
Ο Ουρανός έχει λάβει την κατάσταση του πιο παράξενου πλανήτη στο ηλιακό σύστημα. Γιατί;
Οι άνθρωποι μπορούν να αντέξουν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ακόμη και χωρίς πηγές θερμότητας
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;