В статье дает обзор по истории и современному состоянию детекторов нейтрино высоких энергий. Имеются ввиду проекты типа Amanda, IseCube etc. (в противопоставлении детекторам низкоэнергичных нейтрино, подобных Borexino etc.). Автор также рассуждает о том, какие открытия нас ждут при вводе в строй детекторов нового поколения с объемом рабочего тела порядка кубического километра.

ArDM - это новый детектор частиц темного вещества, устанавливаемый в ЦЕРНе. Рабочим телом будет тонна жидкого аргона.

Коротенький обзор по геонейтрино. Это электронные нейтрино, рождающиеся в бета-распаде. Они излучаются радиоактивными элементами в недрах Земли. В настоящее время два детектора (KamLAND в Японии и Borexino Италии) регистрируют нейтрино от распрада тория и урана. Планируются новые проекты. Все это очень важно для геофизических исследований.

Ввиду краткости и понятности - советую всем прочесть.

Авторы (справедливо) полагают, что получение прямых изображений экзопланет - это крайне важная задача. Конечно, такая мысль не нова, и люди уже занимаются разработкой мощных космических проектов, которые позволят "в промышленных масштабах" получать такие данные. Но до осуществления крупных проектов пока далековато. А потому авторы защищают идею о достаточно быстром создании космического телескопа-коронографа 1-2-метрового диаметра для получения прямых изображений. В частности, авторы предлагают уделить больше внимания супер-землям (с массой раз в десять больше земной), т.к. они потенциально обитаемы, а искать их и исследовать гораздо проще.

На сегодняшний день теория инфляции с одной стороны является стандартным элементом космологической картины, а с другой - нет никаких прямых подтверждений того, что наш мир прошел через стадию инфляции. По всей видимости, наиболее реалистичные возможности "увидеть" следы инфляции связаны с первичными гравитационными волнами. Вопрос их прямой регистрации, скорее всего, дело будущего. Но можно попытаться увидеть "отпечаток" их существования в микроволновом фоне.

В рамках проекта "За Эйнштейном" (Beyond Eistein) планируется запуск спутника, который должен будет разглядеть В-моды поляризации реликтового излучения. Их обнаружение будет (по астрофизическим меркам) прямым указанием на инфляцию. Если же не увидят ... Это еще не значит, что инфляционный сценарий неверен. Кроме того, в качестве "побочных результатов" спутник даст много данным, нужным в космологии и изучении Галактики.

См. также другие работы: в которых развивается концепция CMBPol: arxiv:0811.3915, arxiv:0811.3916, arxiv:0811.3918, arxiv:0811.3919, arxiv:0811.3920.

Одной из задач для системы радиотелескопов SKA будет поиск новых пульсаров. Причем, речь идет не только и не столько о простом увеличении числа открытых объектов, или об обнаружении пульсаров в близких галактиках, а об открытии экзотических систем. Например, можно лелеять мечту о нобелевской премии за обнаружение пары пульсар плюс черная дыра, видимой почти с ребра (т.е., чтобы пульсар "просвечивал" окрестности черной дыры).

В статье детально разбирается, как SKA сможет исследовать радиопульсары. Замечу, однако, что окончательный дизайн системы еще не выбран, поэтому оценки могут слегка поползти. По сути, продолжается борьба между пульсарной и внегалактической программами, которые требуют разного дизайна системы. Существенно, что когда SKA начнет работу, то для исследований пульсаров ограничением может стать объем данных. Нужны будут очень мощные вычислительные средства для обработки наблюдений. По сути, планируя программы, ученые экстраполируют рост вычислительной мощности компьютеров и стоимости хранения данных. Используемые оценки: в 2015 году 10 Pflop будут стоить 100 миллионов долларов. Т.е., без прогресса в этой области справится с будущими наблюдениями будет непросто.

Ожидается, что SKA увидит более 20 000 пульсаров (из них 6000 - миллисекундные). Всего в Галактике около 30 000 нормальных пульсаров и столько же милисекундных, чьи сигналы попадают на Землю (напомню, что излучение пульсара сконцентрировано в достаточно узком конусе). Разумеется, надо учесть, что из данной точки Земли не все небо доступно для наблюдений. Кстати, эти оценки позволяют рассчитывать на десяток систем пульсар плюс черная дыра, так что одна из них может иметь плоскость орбиты вблизи луча зрения. Оптимизация системы для пульсарных исследований позволит несколько увеличить это число, но на мой взгляд, маловероятно, что это будет сделано в ущерб внегалактическим исследованиям.

Кстати, в Living Reviews in Relativity (которые в этом году празднуют десятилетие, и "Троицкий вариант" напишет об этом) появился апдейт обзора по двойным и миллисекундным пульсарам, который будет хорошим дополнением к данной статье по пульсарам на SKA.

WSO-UV (или ВКО-УФ) - это то, во что превратился Спектр-УФ, давно планировавшийся у нас в стране. Теперь это международный проект (Германия, Испания, Италия, Китай, Россия). В обзоре приводятся основные научные задачи проекта. Среди них изучение межзвездной среды и динамики аккреционных потоков в двойных системах.
arxiv:0810.4551 Теоретический отчет для DUSEL (DUSEL theory white paper)
Authors: S. Raby et al.
Comments: 45 pages

DUSEL - Deep Underground Science and Engineering Laboratory. Она будет находиться в известной шахте Хоумстейк, в Южной Дакоте. Красивую картинку по этому поводу можно увидеть тут.

В начале 2009 года NSF будет проводить отбор проектов для первой стадии работы лаборатории. Теоретики не стоят в стороне, а провели конференцию, где и были выработаны идеи, суммированные в данном отчете.

Основные задачи, которые теоретики хотели бы поставить перед новой лабораторией:
Поиск распада протона,
Изучение нейтринных осцилляций и нарушения CP
Поиск астрофизических нейтрино
Поиск темной материи
Поиск безнейтринного двойного бета-распада
Поиск нейтрон-антинейтронных осцилляций.

Нейтриные детекторы или строят в подземных лабораториях, или погружают регистрирующую аппаратуру в антарктический лед, или под воду. Уже 10 лет работает эксперимент на озере Байкал. Там зимой со льда под воду опускают фотодетекторы, и несколько месяцев можно вести наблюдения нейтрино.

Сейчас разные коллаборации стремятся построить детекторы с эффективным объемом порядка кубичесого километра. Есть такие планы и в рамках байкальского проекта. В статье рассказывается о современном статусе эксперимента и о планах по созданию километрового детектора (сейчас идет работа с прототипом, о нем см. также arxiv:0811.1110).

В 2013 году планируется к запуску аппарат SVOM - Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor. На нем будет два гамма-детектора (один в мягком гамма, или даже скорее в жестком рентгене до 250 кэВ, но с возможностью построения изображений - прибор ECLAIR) и рентгеновский и оптический телескопы. Гамма-приборы, естественно имеют большое поле зрения, которое у них совпадает. Рентгеновский и оптический телескопы имеют поля примерно 20 на 20 угловых минут. Разумеется, они тоже совпадают.

Создатели ожидают, что аппарат будет наблюдать около 80 гамма-всплесков в год, получать данные о послесвечениях и, конечно же, быстро сбрасывать информацию для проведения наземных наблюдений на мощных телескопах.

Инструмент небольшой, но создатели надеются, что за счет правильного выбора программы они смогут сильно продвинуться в поиске всплесков на красных смещениях выше 6.

В рентгеновском диапазоне для построения изображений используют зеркала косого падения. Поэтому при небольшой реальной собирающей площади телескопы получаются длинными. Сейчас при создании таких инструментом как XMM-Newton и Chandra мы уже подошли к пределу: не влезает под обтекатель (или в грузовой отсек Шаттла). Поэтому, чтобы создать инструменты следующего поколения придется разносить объектив и детектор (примерно как в "воздушных телескопах" 18 века).

Большие миссии, основанные на разнесенных конфигурируемых п полете аппаратах, пока только планируются. Но уже идут работы над более скромными миссиями, построенными по такой технологии. Американцы планируют сделать проект NuSTAR. Там, правда, две части телескопа все-таки будут соединены легкой фермой. А вот европейский Simbol-X будет действительно состоять из двух совершенно отдельных отсеков. Описание проекта можно найти в этом небольшом материале.

Два спутника будут летать на расстоянии 20 метров друг от друга. Точность относительной ориентации спутников будет порядка нескольких миллиметров в направлении перпендикулярном соединяющей спутники оси, и несколько сантиметров - вдоль оси.

Важно подчеркнуть, что и Simbol-X, и NuStar?, будут не просто технологическими прототипами, а реально работающими очень хорошими астрономическими инструментами. Другое дело, что кроме решения астрофизических задач они еще должны проложить путь для крупных проектов следующего поколения.

За последние несколько дней все создающиеся большие нейтринные детекторы отметились короткой заметкой о текущих достижениях. В данной рассказывается об ANTARES. Он создается вблизи Марселя. Первые несколько ниток детекторов уже работают, и в статье обсуждаются результаты, полученные на них. Пока все по плану.

IceCube, который строится в Антарктиде, тоже уже имеет рабочие нити. В статье arxiv:0810.3698 описывается измерение нейтринный осцилляций на этом детекторе.

Наконец NEMO строится у берегов Сицилии. О нем рассказывается в заметке arxiv:0810.3119. Пока это не часть будущего большого детектора, а технологический прототип, но все равно детекторы работают и какие-то данные идут.

Проект SKA - Километровой антенной решетки - все еще обсуждается. Даже место строительства и окончательный дизайн не выбраны. Кандидатов два: Австралияи Южная Африка. Обе страны очень хотят получить проект, поэтому активно работают над прототипами. Пока, на мой взгляд, Австралийцы далеко впереди, что во многом связано с тем, что эта страна традиционно занимается радиоастрономией на высочайшем уровне.

ASKAP - прототип SKA, строящийся в Австралии. Даже если со SKA что-то сорвется, прототип все равно будет введн в строй. Это сам по себе сильный научный инструмент. В представляемом материале детально описывается, какие научные программы планируется реализовывать на ASKAP.

В Архиве приводится только относительно краткое резюме отчета. Весь 120-страничный документ доступен здесь.

Небольшой хороший обзор по проекту астрометрического спутника Gaia. Запуск - в декабре 2011, научная работа - с середины 2012 в течение 5-6 лет. Потом несколько лет обработки данных с выпуском промежуточных каталогов. Итоговый каталог - 2021.

Основная задача - определение динамической структуры Галактики. Так, например, можно будет воссоздать динамическую историю формирования Галатики, т.к. поглощение спутников и т.п. оставляет "следы" в фазовой структуре. Также, разумеется, можно будет детально исследовать структуру спиральных рукавов и многое другое.

Частицы космических лучей могут иметь очень большие энергии. Происхождение таких частиц пока остается загадкой. Не в последнюю очередь это связано с тем, что таких частиц просто мало: одна в год на площадь в несколько сотен квадратных километров. Для наблюдений таких частиц строят гигантские комплексы. Такие как обсерватория имени Пьера Оже и Telescope Array. Но все равно статистика набирается медленно.

Напомню, что частицы не регистрируются непосредственно. Влетая в атмосферу на высоте в несколько десятков километров, частицы взаимодействуют с молекулами земной атмосферы. В итоге возникает поток вторичных частиц и вспышка в оптическом диапазоне. Наземные детекторы регистрируют и то, и другое.

Уже давно высказывалась идея, что было бы неплохо наблюдать из космоса сразу всю атмосферу видимой части Земли. Можно отслеживать вспышки, связанные с влетом энергичных частиц. Тогда эффективно происходит сбор информации с площади в десятки миллионов квадратных километров. Для этого надо запустить соответствующий детектор. Уже много лет идут рзработки таких проектов. Пока, правда, ни один из них не получил приоритетноо финансирования.

В обзоре описываются основные подходы, проблемы и задачи в осуществлении такого космического проекта. Будем надеяться, что все-таки в ближайшие годы один из проектов будет реализован.

Обсудить в ЖЖ-сообществе ru_astroph.
Обсудить на Астрофоруме в Научной панораме.

Описываются преимущества проекта подземного водного черенковского детектора Deep-TITAND, предназначенного для поиска нейтрино достаточной высокой энергии (~15 MeV) от взрывов сверхновых. Для сравнения, Супер-Камиоканде имел всего 32 килотонны воды. Проект Гипер-Камиоканде предполагает 0.5 мегатонн воды. Первый мог видеть нейтрино от коллапса только в масштабе нашей Галактики (уже М31 дает всего порядка одного события), второй - сможет дотянуться всего лишь до 1-2 Мпк, а на таком расстоянии коллапсы происходят редко. Deep-TITAND сможет "видеть" до 3-5 Мпк. На таком расстоянии сидит сразу несколько галактик с достаточно большим темпом звездообразования.

Идея состоит в том, чтобы пожертвовать нейтрино низкой энергии ради разумной стоимости. Поэтому детектор предлагают ставить не очень глубоко под землей, и не очень плотно располагать фотоумножители. Зато можно будет видеть примерно коллапс в год.

Описывается проект небольшого спутника, предназначенного для измерения поляризации гамма-всплесков в диапазоне 2-500 кэВ. Проект направлен в январе этого года в НАСА. Ожидается, что за 2 года работы прибор даст измерения для сотни гамма-всплесков.

Прототипы детекторов уже успешно тестировались в баллонных экспериментах, также активно проводилось моделирование ожидаемых результатов. Все основные технологии отработаны, поэтому можно сделать надежную недорогую миссию, которая выдаст очень востребованный результат, т.к. поляризационные наблюдения крайне необходимы для проверок меделей работы центральной машины гамма-всплесков.

О других поляризационных детекторах см. arxiv:0810.2693, arxiv:0810.2700 (это о планируемомо поляризационном детекторе на XEUS), arxiv:0810.2780 (это о планируемом детекторе на борту китайского спутника HXMT).

Нейтринный детектор IceCube, сооружаемый в Антарктиде, готов уже наполовину. Соответственно, уже детектируются события. О современном статусе проекта и некоторых его предварительных результатах можно прочесть в статье.

О свежих результатах с СуперКамиоканде по осцилляциям солнечных и атмосферных нейтрино можно прочесть тут: arxiv:0810.0573.

На антакртическом плато холодно, ясно и сухо. Идеальное место для астрономических наблюдений, особенно если говорить о наземных приборах для изучения микроволнового фона. В самом деле, уже чть ли не десяток экспериментов был осуществлен в этой области. Это не только приборы, установленные на земле, но и балонные эксперименты. Авторы суммируют полученные результаты и использовавшиеся метода, и рассказывают о новом проекте 10-метрового телескопа - SPT (Soth Pole Telescope), который будет исследовать анизотропию реликта на масштабе менее 1 градуса. Сам телескоп был установлен чуть более года назад, но полная реализация проекта потребует времени.