กล้องโทรทรรศน์นี้คืออะไร?
กล้องโทรทรรศน์ไบคาลนิวตริโน (เครื่องตรวจจับปริมาณ Baikal Gigaton, Baikal-GVD) - หอดูดาวนิวตริโน
เมื่อการก่อสร้างแล้วเสร็จภายในปี 2020 ปริมาณเครื่องตรวจจับจะเปรียบได้กับเครื่องตรวจจับนิวตริโนที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน IceCube กล้องโทรทรรศน์พร้อมกับ IceCube, ANTARES และ KM3NeT เป็นส่วนหนึ่งของ Global Neutrino Network (GNN) ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของเครือข่ายในซีกโลกเหนือของโลก
หอดูดาวดำเนินการโดยความร่วมมือของไบคาลซึ่งรวมถึง:
- สถาบันวิจัยนิวเคลียร์ RAS
- สถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์
- มหาวิทยาลัยแห่งรัฐอีร์คุตสค์
- มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกตั้งชื่อตาม M.V. Lomonosova,
- มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ Nizhny Novgorod
- มหาวิทยาลัยเทคนิคทางทะเลแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก
- Компани Evologic (Германия),
- สถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งเช็ก Academy of Sciences
- สถาบันฟิสิกส์ทดลองและประยุกต์ มหาวิทยาลัยปราก
- มหาวิทยาลัยบราติสลาวา
- กล้องโทรทรรศน์จะทำงานอย่างไร?
กล้องโทรทรรศน์นิวตริโน BAIKAL-GVD ได้รับการออกแบบมาเพื่อการลงทะเบียนและการศึกษาฟลักซ์นิวทริโนพลังงานสูงพิเศษจากแหล่งทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ด้วยความช่วยเหลือนี้ นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะศึกษากระบวนการที่มีการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลที่เกิดขึ้นในจักรวาลในอดีตอันไกลโพ้น
ความลึกลับอย่างหนึ่งของฟิสิกส์ดาราศาสตร์สมัยใหม่คือกลไกการกำเนิดของนิวตริโนทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในจักรวาลมีพลังมากกว่านิวตริโนสุริยะหลายพันล้านเท่าและกล้องโทรทรรศน์นิวตริโนไบคาลด้วยลักษณะเฉพาะของมันจะสามารถชี้ให้เห็นความลึกลับนี้ได้
- กระบวนการพัฒนากล้องโทรทรรศน์?
กล้องโทรทรรศน์นิวตริโนใต้ทะเลลึกรุ่นแรกบนทะเลสาบไบคาลถูกนำไปใช้ในปี 1998 มันถูกใช้เพื่อวัดอนุภาคนิวตริโนที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลก
ผลการวิจัยได้นำไปสู่การสร้างขั้วโลกใต้ของกล้องโทรทรรศน์นิวตริโน IceCube มันเป็นครั้งแรกที่มีการบันทึกนิวตริโนพลังงานสูงซึ่งยืนยันความถูกต้องและโอกาสในการสร้างเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใกล้เคียงกัน
นิวตริโนคืออะไร?
นิวตริโนเป็น "นักเล่าเรื่อง" ที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับความหายนะทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ มันบินไปทั่วทั้งจักรวาล โดยแทบไม่ถูกใครหรือสิ่งใดๆ ดูดกลืนเลย
เนื่องจากอนุภาคนี้มีความเป็นกลาง จึงไม่ถูกเบี่ยงเบนจากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าแหล่งกำเนิดของมันอยู่ในทิศทางที่ตรวจพบลักษณะของนิวตริโนอย่างแม่นยำ
แหล่งที่มาของอวกาศที่มาถึงโลกนิวตริโนคือการระเบิดของซูเปอร์โนวาหลุมดำนิวเคลียสของกาแลกติกหรือระบบดาวคู่ นั่นคือเหตุผลที่นิวตริโนเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในอวกาศ
เหตุใดจึงจำเป็นต้องมีกล้องโทรทรรศน์นิวตริโน
การค้นพบนิวทริโนทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์พลังงานสูงในปี 2013 ถือเป็นการกำเนิดของความรู้ใหม่ นั่นคือ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์นิวตริโนพลังงานสูง
เรื่องนี้เกิดขึ้นเมื่อประจำการที่ขั้วโลกใต้ในความหนาของน้ำแข็งแอนตาร์กติก เครื่องตรวจจับ IceCube ตรวจพบนิวตริโนที่มีพลังงานมากกว่า 1,000 TeV เป็นครั้งแรก จนถึงปัจจุบัน การทดลอง IceCube ได้ตรวจพบนิวตริโนทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์พลังงานสูงมากกว่า 100 ตัวในซีกโลกใต้
เพื่อตรวจจับนิวตริโนจากทั่วท้องฟ้าทรงกลมต้องใช้กล้องโทรทรรศน์นิวตริโนขนาดกิกะตันในซีกโลกเหนือ ดังนั้นตั้งแต่ปี 2015 กล้องโทรทรรศน์นิวตริโนรุ่นที่สองของ Baikal-GVD จึงถูกสร้างขึ้นอย่างจริงจังบนทะเลสาบไบคาล
กระบวนการทำงานBaikal-GVD
กล้องโทรทรรศน์ไบคาลนิวตริโนคือเครื่องตรวจจับนิวตริโนตั้งอยู่ในทะเลสาบไบคาลห่างจากชายฝั่ง 3.6 กม. ซึ่งความลึกของทะเลสาบถึง 1,366 ม. สถานที่ติดตั้งไม่ได้ถูกเลือกโดยบังเอิญ
- ประการแรกมีทางรถไฟและสายไฟฟ้าในบริเวณนี้ ห่างจากเครื่องตรวจจับ 55 กม. มีศูนย์อุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ - เมืองอีร์คุตสค์
- ประการที่สอง น้ำในทะเลสาบมีความสด ซึ่งช่วยป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับอุปกรณ์
- ประการที่สาม เป็นเวลาสองเดือนของปี ทะเลสาบจะถูกปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งปกคลุมอย่างแข็งแกร่ง ช่วยให้งานติดตั้งสามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องกลัว
- นอกจากนี้ไบคาลยังไม่มีแสงพื้นหลังจาก K40 และการเรืองแสงทางชีวภาพซึ่งเป็นลักษณะของแสงแฟลร์
เมื่อนิวทริโนเคลื่อนผ่านความหนาของไบคาลน้ำ มีโอกาสที่อนุภาคที่เข้าใจยากบางส่วนจะยังคงหยุดอยู่กับน้ำ ในกรณีของการโต้ตอบดังกล่าว จะเกิดมิวออนหรือน้ำตกที่มีอนุภาคพลังงานสูงเกิดขึ้น
ทั้งมิวออนและน้ำตกที่ตกลงมาทำให้น้ำเรืองแสง ซึ่งเรียกว่ารังสีเชเรนคอฟในฟิสิกส์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ค้นพบโดยนักฟิสิกส์โซเวียต P. A. Cherenkov และ S. I. Vavilov
การเรืองแสงนี้เกิดขึ้นเมื่อมีการชาร์จอนุภาค (เช่น มิวออน) เคลื่อนที่ในน้ำด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วแสงในน้ำ (ความเร็วแสงในน้ำจะลดลงในสัดส่วนผกผันกับดัชนีการหักเหของแสง)
ในความเป็นจริงปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นที่ muon แซงแสง หน้าที่ของเครื่องตรวจจับคือการลงทะเบียนการแผ่รังสี Cherenkov และเพื่อแยกเหตุการณ์ที่มีนิวตริโนทางดาราศาสตร์ออกจากเหตุการณ์อื่น ๆ
กล้องโทรทรรศน์ราคาเท่าไหร่?
โครงการก่อสร้างมีราคาประมาณ2.5 พันล้านรูเบิล ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 0.5 กม. ² และออกแบบมาเพื่อค้นหาแหล่งกำเนิดนิวตริโนพลังงานสูงพิเศษ รวมถึงในส่วนลึกของกาแลคซีที่กำลังเกิดใหม่หรือกำลังจะตาย
การศึกษาอนุภาคเหล่านี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าเอกภพกำเนิดและวิวัฒนาการมาอย่างไรในช่วงประวัติศาสตร์
เครื่องตรวจจับนิวตริโนใต้ดิน
นอกเหนือจากนิวตริโนใต้น้ำหลายชนิดแล้วเครื่องตรวจจับก็ยังมีเครื่องตรวจจับใต้ดินที่ทำงานบนหลักการเดียวกัน ความแตกต่างคือใช้อ่างเก็บน้ำเทียมที่มีน้ำพิเศษในการตรวจจับ
นอกจากนี้เนื่องจากตำแหน่งของพวกมันกล้องโทรทรรศน์เหล่านี้ใช้หินบกเป็นตัวกรองอนุภาคช่วยประหยัดเครื่องตรวจจับจากการตรวจจับรังสีภายนอก (พื้นหลัง) เช่นอวกาศ
- Super-kamiokande
เครื่องตรวจจับนิวตริโนใต้ดินที่ใหญ่ที่สุดคือ Super-Kamiokande ซึ่งตั้งอยู่ทางเหนือของโตเกียวเล็กน้อย ในเหมืองสังกะสีที่ระดับความลึก 1 กม.
เครื่องตรวจจับเป็นอ่างเก็บน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง40 ม. และสูง 42 ม. ซึ่งทำจากสแตนเลส เต็มไปด้วยน้ำบริสุทธิ์ 50,000 ตัน บนผนังของรถถังมีตัวแปลงแสง 11,146 ตัวซึ่งความไวแสงสูงทำให้สามารถลงทะเบียนควอนตัมแสงได้แม้แต่ตัวเดียว Super-Kamiokande สร้างเสร็จในปี 1983
- สน
เครื่องตรวจจับอีกเครื่องหนึ่งซึ่งเล็กกว่า Super-Kamiokande หลายเท่าตั้งอยู่ใกล้เมือง Sudbury ของแคนาดาในเหมืองที่ระดับความลึก 2 กิโลเมตร - หอดูดาว Sudbury Neutrino
SNO เป็นทรงกลมอะคริลิกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 เมตร และผนังหนา 5.5 ซม. ซึ่งเต็มไปด้วยน้ำหนัก D2O และหุ้มด้วยหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ 9,600 หลอด
คุณสมบัติของกล้องโทรทรรศน์นิวตริโน Baikal-GVD
ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์นิวตริโนไบคาลระยะทาง 3.5 กม. จากชายฝั่งที่ความลึก 750 ถึง 1300 ม. ในลุ่มน้ำทางตอนใต้ของทะเลสาบไบคาล ทะเลสาบแห่งนี้ได้รับเลือกให้เป็นที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์เนื่องจากมีพื้นที่ลึกถึง 1 กม. ใกล้ชายฝั่งและเหมาะสำหรับติดตั้งอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ น้ำไบคาลมีความโปร่งใสที่จำเป็นสำหรับการทดลอง
นอกจากนี้ทะเลสาบยังปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งประมาณสองเดือนต่อปีซึ่งทำให้การติดตั้งและบำรุงรักษากล้องโทรทรรศน์ทำได้ง่ายขึ้นมากเมื่อเทียบกับโครงการอื่น ๆ เมื่อนำกล้องโทรทรรศน์จากเรือ
อ่านเพิ่มเติม
ดาวมฤตยูได้รับสถานะของดาวเคราะห์ที่แปลกประหลาดที่สุดในระบบสุริยะ ทำไม?
มนุษย์สามารถทนต่ออุณหภูมิที่ต่ำมากได้แม้ไม่มีแหล่งความร้อน
นักฟิสิกส์ได้สร้างอะนาล็อกของหลุมดำและยืนยันทฤษฎีของ Hawking นำไปสู่ที่ไหน?