"Спектр" и НИКА на границе мироздания

В 2017 году на орбиту планируется вывести космическую обсерваторию "Спектр-РГ. Телескопы "Спектра" просканируют в рентгеновском диапазоне весь небосвод, посчитают галактики и, возможно, заглянут в далекое прошлое, пытаясь ответить на вопрос — как зародилась и эволюционировала Вселенная. В это же время в Дубне ученые с помощью коллайдера НИКА хотят смоделировать процесс первых мгновений того, что произошло миллиарды лет назад. По сути — воссоздать рождение мира.

В НПО имени Лавочкина готовится "Спектр-РГ". Орбитальная обсерватория для изучения Вселенной в рентгеновском диапазоне. Чтобы наблюдениям не мешали атмосфера и радиационные пояса Земли, аппарат будет работать в так называемой точке Лагранжа в полутора миллионах километров от Земли. Запуск планируется в 2017 году.

"Вот мы можем здесь видеть один из фрагментов двигательной установки: бак двигательной установки с двигателями коррекции и стабилизации. На этой же платформе установлены средства, которые обеспечивают подсоединение солнечной батареи и приведение их во вращение в зависимости от того, какая ориентация относительно Солнца, чтобы можно было всегда иметь питание на борту", — говорит главный конструктор обсерватории "Спектр-РГ" Владимир Бабышкин.

Телескопы "Спектра" просканируют небосвод, посчитают галактики и, возможно, заглянут в далекое прошлое. Научная программа "Рентген-Гамма" рассчитана на 7 лет, но практика "Радиоастрона" – "пионера" серии спутников "Спектр", который успешно работает в космосе уже 5 лет, показывает – это не предел.

"космос является естественной лабораторией, и мы можем, когда говорим о сверхплотных состояниях вещества, таких как нейтронные звезды или черные дыры, там совершенно уникальное уравнение состояния. Могу привести такой пример: ядерная реакция была открыта с помощью наблюдений на солнце. и отсюда пошла фактически вся наша атомная физика", — говорит заместитель директора Института космических исследований РАН Михаил Павлинский.

Наблюдая за звездами, астрофизики планируют открыть более 100 тысяч новых скоплений галактик и, возможно, понять: из чего образовалась материя, и почему во всей Вселенной она занимает ничтожно малые четыре процента?

"Мы ожидаем, что мы увидим все массивные скопления галактик, то есть, скопление галактик с массами больше, чем 3 на 1014 масс Солнца. Увидев все вот эти скопления до такого расстояния, мы сможем проследить не просто их положение, но и проследить эволюцию, то есть, как вот эти массивные скопления эволюционировали с расширением, с развитием Вселенной как приближались к нашему времени", — говорит заведующий лабораторией релятивистских компактных объектов Отдела астрофизики высоких энергий Института космических исследований ран ИКИ Александр Лутовинов.

В это же время, когда полетит в космос "Спектр-РГ", условия первых мгновений жизни Вселенной попробуют смоделировать на Земле. В 120 километрах от Москвы, на российском ускорителе заряженных частиц, который еще называют коллайдером.

"Здесь смыкаются физика сегодняшнего дня с физикой ранней Вселенной, с космосом, потому что, оказывается, процессы, которые мы изучаем в физике элементарных частиц, и процессы, которые изучает космика, наблюдая космические объекты, вот здесь смыкаются, потому что законы одни и те же. Как бы мы с двух разных сторон приближаемся к понимаю истины", — объясняет начальник отдела фундаментальных взаимодействий Объединенного Института ядерных исследований Дмитрий Казаков.

В Дубне в Объединенном Институте ядерных исследований начался главный этап международного проекта НИКА. Название амбициозное, как и научные задачи. НИКА – это аббревиатура (Nuclotron-based Ion Collider facility) и, одновременно, имя древнегреческой богини победы.

"НИКА — это не первый проект, который работает в области тяжелых ионов, но НИКА – первый проект, который может получить ту информацию, какую до нас еще никто не получал. А именно – что произошло в первую секунду после Большого взрыва, как родилась та Вселенная, в которой мы с вами живем. Это так называемая "барионная" Вселенная, в которой есть протоны, нейтроны, из них образуются ядра, из ядер – атомы, молекулы и все Сущее, что мы видим, что окружает нас. Впервые в лабораторных условиях будет воссоздана максимальная плотность барионной материи, та, которая существовала в первые мгновения жизни Вселенной, та, которая существует сейчас только в нейтронных звездах", — говорит директор Лаборатории физики высоких энергий Объединенного Института ядерных исследований Владимир Кекелидзе.

В отличие от Большого Адронного коллайдера в швейцарском ЦЕРНе в Дубне не стали рыть тоннели и копать шахты – нуклотрон создается на базе уже существующего ускорителя заряженных частиц. По сути, НИКА – это каскад из трех ускорителей. Первый – сверхпроводящий ионный синхротрон-нуклотрон. Второй, так называемый бустер, обеспечивает частицам необходимое ускорение. Плюс два кольца коллайдера, в котором и будут сталкиваться протоны.

Авторы проекта НИКА еще называют его "Вселенная в лаборатории". Ведь эксперимент по столкновению тяжелых ионов позволит получить ответ, как первичная плазма переходит в привычный для нас мир частиц.

"Плазму мы не наблюдаем в обыденной жизни, но в природе плазмы гораздо больше, чем твердых, жидких и газообразных тел, к которым мы привыкли. Например, Солнце – это плазма. Вообще это звезды. Поэтому вот эту субстанцию, которая пока еще плохо изучена и непонятна, и это одна из задач этого коллайдера – изучить эту субстанцию, она называется кварк-глеонная плазма", — рассказывает начальник отдела фундаментальных взаимодействий Объединенного Института ядерных исследований Дмитрий Казаков.

Немаловажная особенность НИКИ: многие компоненты коллайдера – отечественные. Так, в самом Объединенном Институте действует завод по изготовлению сверхпроводящих магнитов, в том числе для коллайдера НИКА.

"То, что мы можем делать лучше всех в мире, мы делаем сами. Магниты – это наш конек, это лучшее, что мы можем делать, и к нам приезжают из Германии, из ЦЕРНа за этими магнитами", — говорит Владимир Кекелидзе.

Кроме поисков тайн мироздания НИКА может решать и вполне прикладные задачи. Например, исследовать влияние ионных пучков на живые организмы. На базе коллайдера можно развивать адронные и углеродные технологии, чтобы лечить человека от самых серьезных болезней, таких как онкология. Еще одно важное направление ядерных исследований – тестирование микроэлектроники для космических программ.

"Это очень важно, поскольку космические аппараты, которые летают в дальнем космосе, подвергаются воздействию тяжелых ионов. Именно тяжелые ионы – наиболее агрессивная среда и наиболее сложная компонента. Проникая, даже один ион может уничтожить целый блок электроники. Поэтому изучение стойкости электроники и схем к ионизационному излучению, к облучению тяжелыми ионами – важнейший этап продвижения технологий для космических аппаратов", — продолжает Владимир Кекелидзе.

"Спектр-РГ" и НИКА, кроме глобальных задач, объединяет и то, что оба проекта — и космический, и наземный – международные.

Два главных телескопа "Спектра": российский ART-XC и немецкий eROSITA будут отмечать на небосводе интересующие ученых объекты, а наземные телескопы рассматривать их детально.

"Нам понадобятся наблюдения с Земли крупными телескопами. И в России, конечно, мы будем подключать все существующие телескопы. Например, БТА, 6-метровый телескоп, новый телескоп, который недавно был введен в эксплуатацию МГУ на Кавказе — два с половиной метра. В Иркутске есть Саянская обсерватория. И так далее. В Терсколе двухметровый телескоп Института астрономии. Естественно, у нас будут западные партнеры, которые будут помогать и проявляют огромный интерес к нашим наблюдениям. К сожалению, у нас нет телескопов на южном небе. Но и здесь мы надеемся на коллаборацию с научными группами на западе", — говорит заместитель директора Института космических исследований РАН Михаил Павлинский.

Ядерщики из Дубны тесно сотрудничают с коллегами из европейского ЦЕРНа и Брукхейвенского ядерного центра в США. Оборудование и программное обеспечение для НИКИ разрабатывается специалистами из России, Германии, Болгарии.

"Сейчас около 30 научных работников Болгарии работают в институте, их них половина работают в лаборатории физики высоких энергий. Я бы сказал, две трети занимаются непосредственно комплексом НИКА. Это наш существенный вклад, те сотрудники — они пришли сюда со студенческой скамьи и сейчас, надеемся, будут защищать диссертации кандидатов физико-математических наук, То есть, они здесь развиваются, выросли и вносят существенный вклад в создание вот этого детектора", — говорит профессор кафедры атомной физики Софийского университета (Болгария) Румен Ценов.

Благодаря проектам "Спектр" и НИКА у землян появляется все больше возможностей для изучения структуры Вселенной и ее фундаментальных сил – темной материи и темной энергии. Следующий шаг – создание приборов, которые позволят заглянуть еще дальше – за границы мироздания.