В России создан прототип оригинального гамма-телескопа, способного с беспрецедентной точностью отличать сигналы от космического фона. Эта разработка, предназначенная для будущей отечественной орбитальной обсерватории, может совершить переворот в гамма-астрономии, а ее запуск на орбиту намечен после 2030 года.
В нашей стране продолжается создание оборудования для перспективной российской космической гамма-обсерватории «ГАММА-400». Весной 2026 года в Институте космофизики НИЯУ МИФИ был успешно испытан действующий прототип ее ключевого элемента — одноименного гамма-телескопа. Прибор, общая масса которого в итоге достигнет примерно двух тонн, уже прошел калибровку на ускорительном комплексе «Пахра» в Троицке, подтвердившую оптимальность заложенных технических решений. Хотя запуск обсерватории неоднократно переносился и сейчас, по актуальной информации на сайте НПО Лавочкина, намечен на «после 2030 года», проект продолжает активно развиваться: недавние испытания прототипа подтверждают его высокую готовность.
Основная задача «ГАММА-400» — получить новые данные о высокоэнергетическом гамма-излучении, исходящем из самых динамичных областей Вселенной: галактической плоскости, Галактического центра и Солнца. Новый российский телескоп будет измерять гамма-кванты с энергией до нескольких тераэлектронвольт (ТэВ) и потоки космических электронов и позитронов с энергией до 20 ТэВ. Ключевая цель этих измерений — поиск аномалий в спектрах, которые могут указывать на распад или аннигиляцию частиц неуловимой темной материи. При этом по своим параметрам телескоп превосходит существующие аналоги. Например, его угловое разрешение для фотонов с энергией выше 30 ГэВ составляет 0,01° при энергетическом эквиваленте в 100 ГэВ, что в 5-10 раз лучше, чем у многих современных космических и наземных гамма-телескопов.
 |
| Оборудование НИЯУ МИФИ. |
| Источник: НИЯУ МИФИ |
Устройство гамма-телескопа основано на физике конверсии. Поскольку гамма-излучение невозможно сфокусировать из-за его сверхкороткой длины волны, прибор определяет направление прихода гамма-кванта косвенным путем. Попадая на конвертер-трекер из вольфрама, гамма-квант порождает электронно-позитронную пару. Эти заряженные частицы оставляют треки, которые регистрируются специальной системой, что позволяет определить исходное направление. Однако главная сложность гамма-астрономии — отделить полезный сигнал от мощного фона космических лучей, состоящих из протонов и электронов.
Учёные НИЯУ МИФИ решили эту проблему. Для фильтрации сигнала в телескопе предусмотрена антисовпадательная защита: гамма-квант не взаимодействует с ней, в то время как заряженные частицы оставляют в ней след. Если частица срабатывает одновременно в двух подсистемах, она отбраковывается. Коварным эффектом для этой логики стал «обратный ток» — вторичные частицы ливня от конверсии гамма-кванта могут возвращаться назад и создавать ложное срабатывание защиты, как это происходит с американским аналогом, телескопом «Ферми». Российским физикам удалось преодолеть и этот недостаток, сделав антисовпадательную защиту времячувствительной. Благодаря временному разрешению в несколько сотен пикосекунд система анализирует задержку сигнала: если срабатывание происходит с наносекундной задержкой, что соответствует времени полета частицы от первых детекторов до калориметра и обратно, то это ложный сигнал, и событие засчитывается как гамма-квант.
В режиме непрерывного наблюдения за одним источником, который может длиться около 100 дней, обсерватория начнет выполнять широкий спектр научных задач. Помимо поисков темной материи, телескоп будет изучать высокоэнергетическое излучение пульсаров и других компактных объектов, отслеживать солнечные вспышки и их влияние на спектр гамма-излучения, а также исследовать природу загадочных гамма-всплесков. В дополнение к тяжелому телескопу в МИФИ разрабатываются малые детекторы «Наталия» и «Надежда», предназначенные для установки на небольшие космические аппараты.
Как ожидается, общая продолжительность активной работы «ГАММА-400» с новым 2-тонным телескопом российской разработки на высокоэллиптической орбите составит около семи лет. Орбитальная обсерватория будет весить около 6 тонн.
Михаил Петровский
