|
Темная материи поможет понять эволюцию галактик
|
|
|
|
Все любят сделку "два к одному" - даже физики, стремящиеся решить оставшиеся без ответа вопросы о космосе. Теперь ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики получают именно такую возможность: детекторы частиц, первоначально разработанные для поиска темной материи, теперь могут быть включены в состав Line Emission Mapper (LEM), космического рентгеновского зонда, запланированного на 2030-е годы. Одной из основных целей LEM является составление карты рентгеновского излучения галактик с беспрецедентной точностью, чтобы лучше понять формирование галактик и историю Вселенной. "Это была бы одна из немногих систем спектроскопии действительно высокого разрешения в космосе", - сказал Крис Кенни, старший научный сотрудник SLAC. "С технологической точки зрения рентгеновская спектроскопия представляет большой интерес для SLAC. И то, что наша технология используется над атмосферой, очень интересно".
|
|
|
|
Галактики и скопления галактик являются крупнейшими объектами в космосе, и понимание их эволюции поможет физикам получить более четкое представление об истории Вселенной. Один из способов, которым ученые могут составить карту эволюции галактик, - это измерение рентгеновских лучей, исходящих от звезд, сверхновых и черных дыр внутри галактик и их окружения. Измерение направления и интенсивности этих рентгеновских лучей раскрывает информацию о составе объектов, их излучающих, и, в свою очередь, дает ученым ключ к пониманию того, чем занимались эти объекты за последние десятки миллиардов лет. Для достижения этой цели требуются космические приборы, способные различать тончайшие линии рентгеновского излучения, исходящие из окологалактической среды, или газового гало, окружающего галактики, и межгалактической среды, или плазмы между галактиками. Зонд также должен обнаруживать рентгеновские лучи, исходящие от газового гало Млечного Пути, но каким-то образом отфильтровывать все остальные космические лучи.
|
|
|
К счастью для команды разработчиков LEM, исследователи SLAC уже создали идеальный инструмент для этой работы: сверхпроводящие датчики края перехода (TES), первоначально разработанные для обнаружения темной материи в рамках криогенного поиска темной материи (CDMS). Эти тонкопленочные датчики, изготовленные из наноматериалов, являются точными калориметрами, работающими при сверхнизких температурах. "Мы взяли конструкцию, которую использовали для детектора темной материи, оптимизированную для действительно хорошего энергетического разрешения. Но он довольно мал, поэтому мы распределили его по гораздо большей площади, чтобы добиться такого же охвата, как и фокальная плоскость рентгеновского снимка", - сказал Ной Курински, штатный научный сотрудник SLAC. Курински и его коллеги из SLAC сотрудничали с исследователями из Северо-Западного университета в Иллинойсе, чтобы разработать идеальный дизайн для перепрофилированного TESs, который они описали в недавней статье, опубликованной в журнале астрономических телескопов, инструментов и систем.
|
|
|
|
Мэтт Черри, штатный инженер SLAC, занимается изготовлением этих датчиков в SLAC уже более десяти лет, но после недавнего двухлетнего перерыва в производстве TESs он обрадовался возможности создать их снова. "Благодаря CDMS у нас есть действительно хорошо разработанная, хорошо зарекомендовавшая себя технология создания этих датчиков, и мы уже завершили обработку", - сказал он. "Я подумал: "О, это замечательно, я бы с удовольствием сделал это снова", и это было именно то, что им было нужно". Для LEM датчик, основанный на конструкции Курински, расположен за рентгеновским детектором зонда и действует как фоновый детектор, отображая энергию космических лучей, которая затем может быть вычтена из рентгеновских данных. "Цель состояла в том, чтобы просто отметить, куда попадает космический луч в пределах определенной области, но поскольку разрешение настолько хорошее, мы действительно можем реконструировать местоположение событий в миллиметровом масштабе, что действительно круто", - сказал Куринский. Без такого точного картирования космических лучей ученые теряют 15-20% собранных данных, потому что сигнал неразличим, объяснил он. Но датчик, построенный SLAC, должен исключить необходимость вообще удалять какие-либо данные.
|
|
|
|
Команда SLAC отправила несколько недавно изготовленных датчиков NASA Goddard для тестирования ближе к концу 2023 года, и на данный момент они намного превзошли ожидания команды LEM. "Они в восторге", - сказал Курински. "Команда LEM предоставила нам список требований, которым они хотели, чтобы мы соответствовали, но наш датчик уже намного лучше этого". Он с оптимизмом смотрит на то, что успех этих датчиков и, надеюсь, миссии LEM приведет к новому сотрудничеству с будущими миссиями. "Если мы сможем продемонстрировать, что это работает действительно хорошо, то для нас это потенциальное поле роста", - сказал Куринский. "Любая миссия, использующая TESs для обнаружения фотонов, также может легко интегрировать один из них". Кроме того, Курински и его коллеги изучают, как наборы этих детекторов могут быть реализованы в будущем космическом эксперименте по гамма-излучению. Для Черри невероятно приятно помогать проектировать и изготавливать инструмент, с которым он хорошо знаком, для достижения новой научной цели. "Это было весело, и это оказалось чрезвычайно полезным для кого-то еще", - сказал он. "Это то, с чем SLAC хорошо справляется при расстановке приоритетов. Мы налаживаем сотрудничество и занимаемся подобными проектами, потому что это интересно, и этим стоит заниматься".
|
|
|
|
Источник
|
