EN
Проекты

Система орбитальных телескопов «ЭРА»

Центральной задачей проекта является решение загадки природы и происхождения космических лучей предельно высоких энергий (КЛ ПВЭ, энергии >50 ЭэВ) на основе метода орбитального детектирования флуоресцентного свечения широких атмосферных ливней (ШАЛ). С этой целью на низкой околоземной орбите будет развернута система флуоресцентных телескопов (ФТ) «ЭРА» с площадью зеркал порядка 2 кв.м и фотодетекторами на фотоумножителях (кремнеевых или вакуумных). На первом этапе будет создана система из двух ФТ, обеспечивающих регистрацию КЛ ПВЭ в режиме стерео-наблюдений, что позволит заметно повысить точность реконструкции основных параметров КЛ. По имеющимся оценкам, система из двух ФТ в течение 5 лет сможет зарегистрировать более 100  КЛ ПВЭ, из них 4 – с энергией выше 100 ЭэВ при обеспечении равномерной экспозиции небесной сферы.  В дальнейшем планируется увеличение числа ФТ до 10, что на порядок увеличит статистику событий. Это приведёт к кратному увеличению имеющейся статистики КЛ ПВЭ и позволит сделать важнейший шаг к решению задачи поиска источников и механизмов ускорения КЛ ПВЭ.

Вспомогательными научными и практическими задачами являются мониторинг свечения атмосферы, изучение транзиентных световых явлений, метеоров и других явлений в ближнем УФ-диапазоне.  Технологические образцы первых ФТ будут использованы в составе наземного комплекса ТАЙГА-100.

1. Научные задачи проекта

  1. Важнейшая задача проекта – изучение космических лучей (КЛ) за пределом Грейзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК) с целью разрешения проблемы их природы и происхождения – фундаментальной астрофизической задачи, которая остаётся нерешённой более полувека. С помощью системы орбитальных флуоресцентных телескопов “ЭРА” будет впервые проведено исследование КЛ с энергией более 50 ЭэВ с равномерной экспозицией по всей небесной сфере на основе регистрации ультрафиолетового свечения, возникающего при развитии широких атмосферных ливней (ШАЛ), порождаемых такими КЛ. Определение параметров – энергии, направления прихода и типа – позволит прояснить механизм возникновения излома в спектре КЛ при энергиях 40–60 ЭэВ и, возможно, указать на один из их источников. Кроме этого, наблюдение ШАЛ от КЛ таких энергий даст информацию для проверки моделей адронных взаимодействий при энергиях, по крайней мере на порядок превосходящих достижимые на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН-е (в системе ЦМ), а также поиска новой физики за пределами Стандартной модели. Очень важно, что эксперимент сможет разрешить разногласия между результатами ведущих наземных экспериментов Pierre Auger Observatory и Telescope Array в части энергетического спектра КЛ ПВЭ, их химического состава и анизотропии направлений прихода в области выше 50 ЭэВ.
  2. Регистрация и изучение редких релятивистских трековых событий в атмосфере Земли: восходящих широких атмосферных ливней, порождённых космическими лучами, «чиркающими» атмосферу (открытых в эксперименте ANITA), получение ограничений на поток или регистрация нуклеаритов, релятивистских пылинок, фотонов и нейтрино ультравысоких энергий, макроскопической тёмной материи, а также изучение ШАЛ-подобных событий, впервые зарегистрированных в орбитальном эксперименте «ТУС» на спутнике «Ломоносов» (2016–2017 гг.), природа некоторых из которых остаётся невыясненной.
  3. Выяснение природы сверх-ярких вспышек, зарегистрированных в ультрафиолетовой области излучения орбитальными экспериментами  «ТУС» и «УФ атмосфера» (Mini-EUSO) вдали от областей грозовой активности.

2. Организации-исполнители

3. Ожидаемые результаты мирового уровня

  1. Впервые в мире будет создана система орбитальных флуоресцентных телескопов (ФТ), нацеленная на решение фундаментальной загадки природы и происхождения космических лучей за пределом Грейзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК)
  2. В ходе проведения эксперимента впервые будет зарегистрировано несколько десятков КЛ ПВЭ с борта ИСЗ, определены их энергии, направления прихода и вероятный тип первичной частицы – лёгкая (протон) или тяжёлая (ядро железа).
  3. Проведены первые наблюдения всей небесной сферы одним прибором.
  4. Выяснена причина разногласий спектров Pierre Auger Observatory и Telescope Array. Определение энергии, направлений прихода и типов нескольких десятков первичных частиц ПВЭ позволит проверить гипотезы о существовании близкого (на расстоянии не более ~20 Мпк) источника соответствующих КЛ и, возможно, идентифицировать такой источник.

Ожидаемое число событий КЛПВЭ, которое может зарегиcтрировать система телескопов «ЭРА». Красная линия – число событий в поле зрения, синия – число задетектированных событий, зеленые и лиловые точки – спектры PAO и TA. Число событий для системы «ЭРА» рассчитано исходя из спектра PAO.

Лаборатория космических лучей
предельно высоких энергий, 2015-2024