Eshe odin neplohoi obzor po kosmicheskim lucham sverhvysokih energii. (~10¹⁸šeV).

My uzhe pisali o svyazi zemnogo klimata s kosmicheskimi lucheami, i dazhe vyskazyvali mysl' o svyazi fluktuacii potoka kosmicheskih luchei s poluchayushimisya v modelyah fluktuaciyami tempa zvezdoobrazovaniya v okrestnostyah Solnca. Vot eshe odna rabota po toi zhe tematike.

Avtor modeliruet izmeneniya potoka kosmicheskih luchei na ochen' bol'shom vremennom masshtabe, i sravnivaet poluchennye rezul'taty s dannymi po paleoklimatu. Otmetim, chto dannye po zvezdoobrazovaniyu v okrestnostyah Solnca ispol'zovany v ramkah ochen' prostoi modeli. Bolee detal'no avtor modeliruet evolyuciyu parametrov geliosfery za schet evolyucii Solnca.

Sredi atmosfernyh livnei, zaregistrirovannyh v hode neskol'kih uspeshnyh zapuskov inzhenernoi seti atmosfernoi cherenkovskoi observatorii "P'er Ozhe", provodivshiesya s 2001 goda, bylo odno sobytie s ochen' bol'shim naklonom (zenitnyi ugol >70^o). Ono proizoshlo v noyabre 2002 goda. Avtory ispol'zovali neskol'ko algoritmov dlya obrabotki etogo sobytiya. Vyvod - observatoriya "P'er Ozhe" v polnoi konfiguracii budet s vysokoi dostovernost'yu registrirovat' podobnye sobytiya, chto sushestvenno rasshiryaet ee "pole zreniya" i uvelichivaet ozhidaemuyu chastotu dostupnyh ei sobytii.

Rech' idet o vysokih galakticheskih shirotah, t.e. ob oblastyah neba vne ploskosti Mlechnogo Puti. Vdali ot diska nashei Galaktiki gamma-istoyanikami mogut byt' kak vnegalakticheskie ob'ekty, tak i chto-to, naselyayushee galo Galaktiki, naprimer, molekulyarnye oblaka. Avtor rassmatrivaet vse eti varianty, a takzhe daet podrobnoe opisanie imeyushihsya dannyh (v pervuyu ochered' s pribora EGRET).

Posledovav primeru drugih uchastnikov, kollaboraciya H.E.S.S. ob'edinila chetyrehstranichnye stat'i o svoei rabote dlya materialov 28-i mezhdunarodnoi konferencii po kosmicheskim lucham v odin blok, kotoryi i predlagaetsya vashemu vnimaniyu.

Uchastniki kollaboracii HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy) ne stali razmenivat'sya na melochi i ob'edinili trinadcat' otdel'nyh korotkih zametok v odin bol'shoi material. Opisyvayutsya rezul'taty nablyudenii M87, M31, H1426+428, Mkn421, 1ES1959+650, SN1006, mnozhestva aktivnyh yader galaktik, a takzhe prosto rezul'taty obzorov neba. Dlya bol'shinstva istochnikov polucheny tol'ko verhnie predely, no est' i polozhitel'nye rezul'taty, t.e. nekotorye istochniki udaetsya uvidet' v zhestkom diapazone. Osobenno rekomenduem prochest' obzornuyu zametku (stranicy s 9 po 12), gde svedeny osnovnye rezul'taty i dan spisok zaregistrirovannyh istochnikov.

Standartnye solnechnye modeli ukazyvayut na to, chto v techenie poslednih 4.5 milliardov let svetimost' Solnca vozrastala. Obshii prirost - 30 procentov. Esli i v samom dele 4.5 milliarda let nazad Solnce bylo takim tusklym, to bOl'shaya chast' Zemli byla pokryta l'dom. Tem ne menee, geologicheskie dannye ukazyvayut na sushestvovanie togda zhidkoi vody. Imeem paradoks!

Nir Shaviv (o rabotah kotorogo po kosmicheskim lucham i klimatu my uzhe pisali v odnom iz pervyh vypuskov) predlagaet takoe reshenie. Molodoe Solnce imelo bolee sil'nyi veter. Etot potok chastic bolee effektivno ostanavlival kosmicheskie luchi. T.o. potok kosmicheskih luchei, popadayushii na Zemlyu, byl slabee. Kak izvestno, kosmicheskie luchi igrayut dovol'no vazhnuyu klimatoobrazuyushuyu rol'. Sobiraya vmeste vse eti idei i dobavlyaya variacii galakticheskogo potoka kosmicheskih luchei (sm. ego bolee rannyuyu stat'yu), Nir ob'yasnyaet, kak pri tusklom Solnce na Zemle mogla sushestvovat' zhidkaya voda.

Est' takaya zagadka - "koleno" v spektre kosmicheskih luchei (sm. risunok nizhe, voobshe zhe na konferenciyah spektr kosmicheskih luchei lyubyat nakladyvat' na kartinku tipa etoi).

My pisali i gipoteze "edinstvennogo istochnika", kogda izlom v spektre ob'yasnyaetsya ne kakoi-to vselenskoi osobennost'yu, a prosto svyazyvaetsya s blizkih (desyatki-sotni parsek) nedavnim (10 000 let) vzryvom sverhnovoi. Ostatok etoi sverhnovoi i budet davat' ves' effekt.

V dannoi stat'e avtory predlagayut kandidata: eto Monogem Ring - blizkii ostatok sverhnovoi. Po vsei vidimosti, posle vzryva ostalas' neitronnaya zvezda, kotoruyu my vidim kak pul'sar PSR B0656+14.

Nachinat' chitat' luchshe imenno s tret'ei stat'i (astro-ph/0306371), v kotoroi sobstvenno opisan eksperiment. GRAND - eto nebol'shaya ustanovka iz 64 stancii po vosem' kamer kazhdaya, razmeshennyh na ploshadi 100 na 100 metrov. Eksperiment rabotaet s 1996 g. Osnovnym dostoinstvom, po mneniyu sozdatelei ustanovki, yavlyaetsya horoshee (dlya dannogo diapazona) uglovoe razreshenie, dostigaemoe blagodarya provolochnym kameram (za razrabotku etih ustroistv v 1992 g. Sharpak poluchil Nobelevskuyu premiyu). Sobstvenno, nichego vydayushegosya v samoi ustanovke net. Prosto, na nash vzglyad, ona yavlyaetsya pokazatel'nym primerom nebol'shih nedorogih eksperimentov, kotoryh sushestvuet dostatochno mnogo. (Polnaya stoimost', ukazannaya na stranice proekta, poryadka milliona dollarov. Seichas proekt ishet chastnoe sponsorstvo, poteryav podderzhku Nacional'nogo Nauchnogo Fonda. Osnovnye tekushie rashody na podderzhku ustanovki, sostavlyayushie okolo 200 dollarov v nedelyu, svyazany s ispol'zovaniem argona.) V pervyh dvuh stat'yah privodyatsya primery, chto mozhet davat' takaya ustanovka (krome studencheskogo praktikuma).

V pervoi stat'e opisana registraciya myuonnogo sobytiya, svyazannogo s solnechnoi vspyshkoi 15 aprelya 2001 g.

Vo vtoroi - opisyvaetsya poisk sovpadenii sobytii, zaregistrirovannyh GRANDom, s gamma-vspleskami BATSE. Ni odnogo sovpadeniya ne obnaruzheno (samyi sil'nyi kandidat - na urovne 2.7 sigma).

Povtorimsya, nichego vydayushegosya v etih dostizheniyah net. No, vozmozhno, komu-to budet interesno pochitat' pro rabotu nebol'shih ustanovok v SShA.

Mnogie navernoe pomnyat diskussii po povodu vozmozhnosti sozdaniya mikroskopicheskih (i dazhe menee togo, i slova-to podhodyashego net) chernyh dyr na uskoritelyah. V prirode eto postoyanno proishodit samo soboi (imeyutsya vvidu stolknoveniya ochen' energichnyh chastic) blagodarya sushestvovaniyu kosmicheskih luchei sootvetstvuyushih energii. Vopros v tom, kakova ona - "sootvetstvuyushaya energiya". Esli eto plankovskii masshtab, to zabud'te i pro uskoriteli, i pro kosmicheskie luchi. No v sovremennyh mnogomernyh teoriyah masshtab okazyvaetsya kuda kak men'she plankovskogo: rech' idet vsego lish' o TeVah. Takie luchi my vidim, tochnee vidim t.n. shirokie atmosfernye livni (ShALy), porozhdaemye etimi chasticami.

Avtory obsuzhdayut, kak mozhno popytat'sya uvidet' (ili zakryt') effekty, svyazannye s raspadom ob'ektov, obrazuyushihsya pri vzaimodeistvii kosmicheskih luchei sverhvysokih energii s chasticami v atmosfere Zemli. Naprimer, esli obrazuetsya ochen' malen'kaya chernaya dyra, to ona budet tut zhe "isparyat'sya", i, sootvetstvenno, my budem videt' produkty etogo "ispareniya". Okazyvaetsya, chto nesmotrya na vsyu ekzotiku otlichit' raspad ekzoticheskogo ob'ekta ot obychnyh reakcii ne tak-to i prosto. No mozhno. Avtory pokazyvayut, kakie osobennosti budut "vydavat'" raspad gravitacionnyh ob'ektov. Pravda, v etoi korotkoi zametke oni ne obsuzhdayut, na kakih ustanovkah mozhno provesti reshayushie nablyudeniya...

Obsuzhdaya svyaz' ekzoticheskoi fundamental'noi fiziki i astronomii vysokih energii, otmetim, chto nablyudeniya chastic vysokih energii potencial'no mogut davat' vazhnuyu informaciyu ob ochen' mnogih fundamental'nyh processah na bol'shih energeticheskih masshtabah. V chastnosti, est' vazhnye astronomicheskie predely na vozmozhnoe narushenie lorenc-invariantnosti. No laboratornye fiziki tozhe ne otstayut: sm. stat'yu "Tests of Lorentz Invariance Using a Microwave Resonator: An Update".

DAMA - podzemnaya observatoriya v Gran Sasso (Italiya). Ona vklyuchaet v sebya neskol'ko detektorov, kotorye v chastnosti prizvany zaregistrirovat' chasticy temnoi materii. Daetsya obzor vseh eksperimentov observatorii. Opisyvayutsya poluchennye na dannyi moment rezul'taty (vklyuchaya spornoe obnaruzhenie godichnoi modulyacii, chto bylo interpretirovano kak otkrytie temnoi materii v laboratorii!). Obsuzhdayutsya dal'neishie plany.

Soglasno teorii Kalucy-Kleina nashe prostranstvo-vremya krome chetyreh izvestnyh izmerenii imeet eshe odno (po krainei mere) zamknutoe izmerenie, radius kotorogo mnogo men'she obychnyh bytovyh masshtabov, no mnogo bol'she plankovskogo. Chasticy poluchayut vozmozhnost' dvigat'sya v novom napravlenii, no dlya etogo oni dolzhny obladat' bol'shoi energiei - de-Broelevskaya dlina volny dolzhna celoe chislo raz ulozhit'sya po okruzhnosti zamknutogo izmereniya. V rezul'tate lyubaya chastica (v tom chisle malomassivnaya ili bezmassovaya) porozhdaet tak nazyvaemuyu "bashnyu Kalucy-Kleina" - semeistvo chastic, sootvetstvuyushih raznym urovnyam vozbuzhdeniya po zamknutomu izmereniyu. Vse chasticy "bashni" krome pervoi - ochen' tyazhelye. Vozniknovenie "bashni" - chisto geometricheskii effekt - on deistvuet na lyubye chasticy ne zavisimo ot ih svoistv.

Otobrat' energiyu u tyazhelyh chastic "bashni" mozhno, naprimer, stolknuv dve takie chasticy. V rezul'tate takogo stolknoveniya voznikayut dve chasticy kosmicheskih luchei so sverhvysokoi energiei. Ravnomernoe raspredelenie KK-chastic v prostranstve delaet ih stolknoveniya kraine redkimi, odnako esli oni skoncentrirovany v kompaktnyh ob'ektah (zvezdah, relyativistskih zvezdah, MACHO i t.d.) ili obrazuyut sobstvennye skopleniya (svyazannye sostoyaniya KK-chastic), to rassmatrivaemyi mehanizm generacii vysokoenergichnyh chastic stanovitsya bolee real'nym.

Proishozhdenie kosmicheskih luchei sverhvysokih energii ostaetsya zagadkoi. Situaciya nemnogo pohozha na tu, chto byla s kosmicheskimi gamma-vspleskami do sputnika BeppoSAX. I tochno takzhe raznye avtory pytayutsya issledovat' problemu raspredeleniya nablyudaemyh sobytii na nebe.

Na nizhnem risunke pokazano raspredelenie na nebe 99 sobytii: 49 ot ustanovki SUGAR, rabotavshei v Avstralii s yanvarya 1968 g. po fevral' 1979, i 50 ot yaponskoi ustanovki AGASA, rabotayushei s aprelya 1990 g. po nastoyashee vremya (ispol'zovany dannye do maya 2000 g.). Nikakoi aniztropii glazom ne vidno. Detal'nyi analiz (sm. verhnii risunok) podtverzhdaet takoi vyvod. Na verhnem risunke pokazano raspredelenie intensivnosti kosmicheskih luchei s energiyami vyshe 10^19.6 eV v ekvatorial'nyh koordinatah. Vse horosho soglasuetsya so sluchainym raspredeleniem.

Etoi zhe tematike posvyashena korotkaya zametka K.Hoivata i dr. (astro-ph/0305206) "Chislennyi analiz dostovernosti anizotropii kosmicheskih luchei".

Priyatno soznavat', chto u nas v strane poluchayut horoshie eksperimental'nye rezul'taty. Bolee togo, oborudovanie obnovlyaetsya i sovershenstvuetsya.

Horosho izvestna problema s kosmicheskimi luchami sverhvysokih energii. Obychno upominayut dva eksperimenta v etoi oblasti: AGASA i HiRes. Krome nih kosmicheskie luchi samyh-samyh bol'shih energii vidit eshe i Yakutskii eksperiment.

V stat'e opisyvaetsya izmerenie spektra kosmicheskih luchei na energiyah vyshe 10¹⁵ eV. Rezul'taty sravnivayutsya s poluchennymi drugimi eksperimentami (Akeno, AGASA i HiRes). Na energiyah nizhe primerno 10¹⁹ eV eksperimenty dayut pohozhie rezul'taty. Na bolee vysokih energiyah poyavlyayutsya razlichiya (yakutskie rezul'taty lezhat, kstati, eshe vyshe AGASA), no zdes' veliki neopredelennosti. Prichem neopredelennosti kak statisticheskie (malo sobytii), tak i sistematicheskie. Kak neodnokratno otmechali raznye avtory, tol'ko eksperiment novogo pokoleniya (Ozhe - Auger) smozhet dat' neobhodimye dannye dlya resheniya zagadki kosmicheskih luchei sverhvysokih energii.

Proveryat' mnogie teorii v laboratoriyah ochen' trudno. Poetomu stremyatsya naiti "estestvennye" (prirodnye) laboratorii. Kak pravilo zdes' na pomosh' prihodit astronomiya.

Postroenie teorii kvantovoi gravitacii - odna iz osnovnyh celei sovremennoi fundamental'noi fiziki. Vse bolee-menee razumnye popytki sdelat' eto vklyuchayut dopolnitel'nye izmereniya. Inogda eti dopolnitel'nye izmereniya imeyut malyi razmer, inogda - bol'shoi.

Dostatochno davno obsuzhdaetsya vozmozhnost' proverki teorii kvantovoi gravitacii po nablyudeniyam kosmicheskih luchei (podrazumevaem zdes' pod etim protony i yadra) i gamma-kvantov vysokih energii. Oba etih napravleniya seichas aktivno razvivayutsya, i my ne raz ob etom pisali (sm. arhivy). V dannom obzore rech' idet o nablyudeniyah gamma-kvantov na nazemnyh ustanovkah (o razlichnyh eksperimentah sm. spisok). Osnovnoi metod zaklyuchaetsya i poiske narusheniya Lorenc-invariantnosti. Pri etom skorost' rasprostranenii fotonov raznoi energii budet razlichnoi. Sootvetstvenno, esli byl uzkii (po vremeni) vsplesk, soderzhashii fotony raznyh chastot, to po mere rasprostraneniya impul's budet ushiryat'sya (mozhno skazat' "za schet vzaimodeistviya s vakuumom"). Sovremennye dannye pozvolyayut postavit' dostatochno zhestkie predely na takoe ushirenie, chtoby eto bylo interesno s tochki zreniya proverki predskazaniya teorii. Razumeetsya, novye eksperimenty dayut bolee zhestkie predely (svyazano eto v pervuyu ochered' s uvelicheniem razmera zerkala, chto pozvolyaet nabirat' bolee horoshuyu statistiku).

Mozhno takzhe porekomendovat' stat'yu Blank i dr., gde dostatochno podrobno razobrano, kak nablyudeniya na nazemnyh gamma-teleskopah mogut davat' ogranicheniya na parametry novyh teorii. Krome togo, sm. sovsem svezhuyu rabotu New constraints on space-time Planck scale fluctuations from established high energy astronomy observations.

Obzor on i est' obzor, odnako tut rech' idet ob otnositel'no malopopulyarizovannom, no aktivno razvivaemom razdele nablyudatel'noi astronomii - nazemnyh teleskopah, nablyudayushih gamma-izluchenie (energii poryadka 10 GeV i vyshe). Konechno, napryamuyu takoi kvant zdes', na poverhnosti Zemli, ne poimaesh'. Registriruyut opticheskuyu vspyshku, voznikshuyu posle proniknoveniya zhestkogo gamma-kvanta v atmosferu.

Seichas v etoi oblasti rabotaet mnozhestvo eksperimentov, i mnogo novyh instrumentov nahoditsya v raznoi stadii sozdaniya (smotri spisok zdes') Oni dayut dovol'no interesnye rezul'taty. V gamma-diapazone zaregistrirovany aktivnye yadra galaktik, ostatki sverhnovyh (i, po vsei vidimosti, neitronnye zvezdy v nih).

Krome nazemnyh planiruyutsya i ochen' interesnye kosmicheskie proekty. EUSO - teleskop, kotoryi smotrit vniz!!! Pochitaite - ne pozhaleete.

Nebol'shoi obzor po kosmicheskim lucham sverhvysokih energii. Kratko opisany vse osnovnye problemy i gipotezy. Obsuzhdayutsya razlichnye vozmozhnye istochniki chastic stol' vysokih energii: i astrofizicheskie (neitronnye zvezdy, gamma-vspleski, aktivnye yadra galaktik), i kosmomikrofizicheskie (razlichnye vidy elementarnyh chastic i ob'ektov). Kratko zatragivaetsya vopros o rashozhdenii dannyh eksperimentov HiRes i AGASA (spisok eksperimentov sm. zdes') Osnovnoi vyvod v tom, chto poka statistika mala, i nado zhdat' novyh bol'shih eksperimentov (AUGER, EUSO), kotorye dolzhny dat' dostatochnye dannye dlya resheniya zagadki kosmicheskih luchei sverhvysokih energii.

Predvaritel'nye rezul'taty obrabotki dannyh po poisku drobnyh zaryadov vo vremya missii AMS-01 v iyune 1998 g. Konechno zhe, est' tol'ko verhnii predel ....

^{(Arhiv Kosmicheskie luchi:} v.2, 2004, v.1, 2002-2003)