Нейтринная астрономия

Расшифровка информации, содержащейся в космических электромагнитных волнах позволяет решать ряд важных задач изучения Вселенной. Но подобные методы не дают возможности заглянуть внутрь звезд и выяснить характер происходящих там процессов. Дело в том, что электромагнитные излучения, которые рождаются в недрах звезды, не могут "пробиться" сквозь толщу ее вещества к поверхности и до нас не доходят. Что происходит в центральной части звезды? В каком состоянии находится ее вещество? Какие ядерные реакции протекают в ее глубинах? На все эти вопросы могла бы дать ответ нейтринная астрономия.

Нейтринная астрономия связана с открытием и изучением особой ядерной частицы – нейтрино

Нейтринная астрономия связана с открытием и изучением особой ядерной частицы – нейтрино. Эта частица чрезвычайно мала, обладает ничтожной массой и не имеет электрического заряда. Благодаря своим свойствам нейтрино может совершенно беспрепятственно проходить сквозь гигантские толщи вещества. Длина свободного пробега этой частицы, то есть среднее расстояние, которое она способна пройти в веществе, не испытывая соударений с другими частицами, исчисляется миллионами миллиардов километров, а для заметного поглощения нейтрино веществом необходимо, чтобы его плотность достигала чудовищной величины: 1012–1015 граммов в одном кубическом сантиметре. Даже сверхплотные звезды (например, белые карлики, плотность которых 108 граммов в кубическом сантиметре), являются "прозрачными" для нейтрино.

Нейтрино являются непосредственными "участниками" ядерных превращений, протекающих в недрах звезд. Известно, например, что различным типам ядерных реакций соответствует испускание нейтрино и антинейтрино различных энергий.

Но каким образом регистрировать и исследовать нейтринные потоки из космоса? В нейтринной астрономии нейтрино можно обнаружить косвенным путем. Надо только заставить их вступить в какое-либо взаимодействие с другими частицами и зарегистрировать результат. Но метод обнаружения нейтринного излучения позволяет фиксировать его только в тех случаях, когда на каждый квадратный сантиметр поверхности ежесекундно падает не менее миллиарда миллиардов частиц.

Нейтринная астрономия решила и эту задачу. На помощь астрофизикам должна прийти ядерная реакция с участием "неуловимых" частиц. При взаимодействии нейтрино с ядром одного из изотопов хлора, последнее превращается в ядро изотопа аргона и, кроме того, образуется один электрон. В отличие от нейтрино, эти частицы можно регистрировать обычными методами. В то же время можно через определенные промежутки времени определять радиоактивным методом количество образовавшегося аргона.

В качестве "объектива" нейтринного телескопа может быть использован резервуар, содержащий несколько десятков тонн четыреххлористого углерода. Подобное устройство позволило бы регистрировать нейтринные потоки интенсивностью до 10 млрд. частиц на квадратный сантиметр в секунду. Такая чувствительность тоже еще не вполне достаточна, но имеются возможности чисто технических усовершенствований, способных значительно ее увеличить.

Вторая трудность, с которой придется встретиться нейтринной астрономии, – это помехи со стороны других космических излучений. Однако от этих помех можно избавиться весьма оригинальным способом. В отличие от обычных оптических и радионаблюдений, изучение нейтринных потоков Солнца будет, очевидно, производиться не в дневное время, а ночью, когда наше дневное светило погружается под горизонт. При этом нейтринный телескоп должен смотреть не в небо, а... в Землю. Таким образом, наблюдения будут осуществляться сквозь всю толщу нашей планеты. Поглощая все другие излучения, кроме нейтринного, Земля послужит отличным фильтром.

В последние годы в связи с открытием античастиц много говорится о возможности существования космических миров, целиком построенных из антиматерии. Но есть ли такие миры в действительности? Единственный реальный путь, позволяющий получить ответ на поставленный вопрос, указывает нейтринная астрономия. При ядерных реакциях, происходящих в недрах обычных звезд, излучаются потоки антинейтрино. Но если бы Солнце состояло из антиматерии, оно испускало бы нейтрино. Поэтому если удастся установить, что какая-либо галактика излучает ноток нейтрино, мы сможем с полной уверенностью утверждать, что эта галактика состоит из антивещества.

Инструменты