Большой понятный обзор по нейтринным телескопам (с картинками!). Рассказано о всех типах детекторов (солнечные нейтрино, атмосферные нейтрино, нейтрино высоких энергий). Кратко дается астрофизическая мотивация для разных исследований. Описаны как первые эксперименты, так и те, что только планируются.

Очень советуем всем, кто хочет узнать больше о нейтринных наблюдениях.

Академик Юрий Николаевич Парийский пытается предсказать, что может произойти в радиоастрономии в ближайшие десятилетия: какие инструменты построят (наземные с площадью 10⁹ м², космические, объединят все частные телевизионные антенны), что будут изучать (пределы Вселенной, прото объекты, реликтовое излучение и тела в Солнечной системе). "Но все эти предсказания сильнее всего зависят от того, какой девиз выберет наша цивилизация: 'Вперед, к Человеку разумному' или 'Назад к обезьянам'."

SPIREX (South Pole InfraRed EXplorer Telescope) - небольшой 60-сантиметровый телескоп, установленный в 1994 г. в Антарктиде на станции Амундсен-Скотт. Одной из задач инструмента было показать на практике, что Южный полюс является крайне удобной площадкой для наблюдений в ИК диапазоне. Действительно, многие участки в Антарктиде находятся достаточно высоко над уровнем моря, а кроме того там очень холодно.

Авторы приводят результаты наблюдений на SPIREX. Конечно, маленький инструмент не может тягаться с 8-10-метровыми гигантами. Но идея состоит в основном в иллюстрации астроклиматических возможностей Антарктиды для нужд инфракрасной астрономии.

Фазовая линза Френеля широко используется в астрономической оптике, например, в фотометрии (а также в прожекторах, в фотографии и т.д.). Ее действие основано на дифракции света. Если на пути пучка света от удаленного источника поставить пластинку и выбрать точку за ней (на оси пучка), то саму пластинку можно разделить на кольца (неравной толщины) для каждого из которых путь луча света до выбранной нами точки отличается от соседних колец на половину длины световой волны. Эти зоны называются "зонами Френеля". Световые волны от соседних зон приходит в выбранную нами точку в противофазе и гасят друг друг. Однако, если закрыть непрозрачным материалом все четные или все нечетные зоны Френеля, то излучение в выбранную точку будет приходить в фазе и усиливаться. Таким образом плоская пластина (такие пластинки называются зонными) будет выполнять роль линзы! Однако в лучшем случае в фокусе удастся собрать только 11% исходного потока излучения. Если же делать кольца в виде стеклянных призм (см. рисунок), то удается собрать в точке практически 100% излучения.

Устройство двух вариантов зонных пластинок (a) и (b) и фазовой линзы Френеля (c).

До последнего времени считалось, что сделать что-то подобное в жестком диапазоне (в рентгене и гамма) невозможно. Оказывается, это не так. Подробности - в статье.

Один из возможных вариантов рентгеновской дифракционной линзы

В 2001-2002 годах было несколько коротких пробных запусков детектора. В данной краткой заметке обсуждается эффективность данного прибора и возможные стратегии анализа получаемых с него данных.

Схематическое изображение элемента детектора "Пьер Оже"

"Пьер Оже" - близкий в настоящее время к завершению очень крупный атмосферный детектор космических лучей высоких энергий. Абсолютная калибровка этого детектора очень важный элемент, необходимый для правильного определения энергий регистрируемых частиц. Для данного инструмента будет использоваться метод калибровки по равномерно засвеченному полю с известным световым потоком. Кроме того будут использоваться два независимых метода для относительной калибровки. В статье вы найдете более подробное описание этих методов.

H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) - стереоскопический атмосферный черенковский телескоп для регистрации частиц сверхвысоких энергий.

В этих двух статьях вы найдете много информации об устройстве его оптической системы.

INTEGRAL - недавно запущенная международная космическая обсерватория, которая с начала 2003 года ведет наблюдения в жестком рентгеновском и гамма-диапазонах. На борту INTEGRAL'а установлено несколько различных телескопов. PICsIT (Pixellated Imaging CaeSium Iodide Telescope) - Многопиксельный цезий-иодный телескоп - работающий в самом жестком диапазоне детектор телескопа IBIS. Он состоит из 4096 независимых детекторов излучения площадью 0.7 см³ каждый, регистрирующих фотоны в диапазоне энергий от 175 кэВ до 10 Мэв. Этот детектор обладает очень высоким отношением сигнал/шум, что позволяет проводит длительные (до 10⁵-10⁶ с) наблюдения. Однако параметры, которыми будет обладать телескоп на орбите могут отличаться от тех, что предполагались для него на Земле. Для выявления этих различий служат процедуры "калибровки на орбите", результатам которых посвящена данная статья.

Редкая статья, посвященная новому подклассу детекторов света. ПЗС c низким световым потоком (L3CCDs = Low light level charge coupled devices) разработаны достаточно недавно. В отличии от обычных ПЗС в них непосредственно внутри чипов производится усиление сигнала. Однако усиление - процесс стохастический, что приводит к появлению заметного дополнительного шума. Статья посвящена способам избавления от него.

Рекомендую эту статью экспериментаторам и наблюдателям, в ней описан приемник с новыми, возможно интересными именно для вас, свойствами.

В последних выпусках мы неоднократно писали о результатах, полученных с помощью интерферометрической системы VINCI/VLTI. Работает пара гигантских телескопов им. Кека. Есть множество более мелких интерферометров в оптическом диапазоне. Всему этому и посвящен большой обзор Джона Монье. Обсуждается все: от технических аспектов до последних научных результатов и планов по созданию космических интерферометров в оптике.

На наш взгляд RICE-это очень интересный эксперимент. Это набор радио антенн, вмороженных в антарктический лед. Их задача регистрировать черенковское излучение от частиц, порожденных нейтрино сверхвысоких энергий. Очень красивая идея!

В статье кратко описаны результаты, которые группа имеет на данный момент на относительно небольшой работающей установке.

Антарктический лед - огромный природный детектор нейтрино и космических лучей. В этом холодном краю уже действуют четыре нейтринных детектора: AMANDA (об этом эксперименте см. статью astro-ph/0306536), IceCube, ANITA и RICE. Все они регистрируют черенковское излучение заряженных частиц (мезонов), возникающих при соударении нейтрино с ядрами атомов:

_l +N l+N  ,

где l=e^-, ^-, ^-. Отличие эксперимента RICE от других в том, что в нем фиксируется радиоизлучение

В работе рассмотрены три вопроса: проведено Монте-Карло моделирование порождения радиосигнала электромагнитным каскадом во льду; уточнен поток и спектр нейтрино сверхвысоких энергии; измерен коэффициент преломления льда в природный условиях.

Слева схема эксперимента по измерению коэффициента преломления льда. Передатчик опускается в скважину на коаксильном кабеле. Справа полученный сигнал. Глубина размещения передатчика изменялась с шагом 10 м.

Радиоинтерферометры уже хорошо зарекомендовали себя при наблюдении реликтового фона. Они прекрасно работают на малых угловых масштабах, при этом данные приборы позволяют регистрировать как полный поток радиации, так и ее поляризацию.

Схема радиоинтерферометра

На сегодняшний день действуют три интерферометрических установки для исследования космического микроволнового фона: CBI - Cosmic Background Imager (установлен на высоте 5080 м в Чилийских Андах), DASI - Degree Angular Scale Interferometer (установлен на южном полюсе) и VSA - Very Small Array (на обсерватории Тенериф). Параметры установок достаточно похожи. В обзоре вы найдете их подробное описание, а также теорию наблюдений на подобных интерферометрах.

Внешний вид интерферометра CBI

Сравнение того, как какой-то источник выглядит в разных диапазонах (в нашем примере - в рентгене и в оптике) - основа интерпретации наблюдений в сегодняшней астрофизике. И данный каталог - большое тому подспорье. В каталоге представлен 5341 отождествленный яркий источник из каталога рентгеновской космической обсерватории ROSAT на северном небе. 42% источников - активные ядра галактик, 31% - звезды и двойные системы, 4% - галактики, 5% - скопления галактик.

Появилась первая общедоступная версия одного из самых грандиозных астрофизических обзоров! (Хочется поставить восклицательный знак после каждого слова.)

В эту первую версию вошли данные обзора 2099 квадратных градусов неба (это еще очень мало по сравнению с полной площадью неба - примерно 44 000 кв. градусов) в пяти фильтрах (u, g, r, i, z). В них содержатся изображения и спектры 186,240 объектов (квазаров, галактик и звезды), а также фоновые площадки для калибровок. Получены изображения объектов до 22.6 величины (в фильтре r) с точностью фотометрии порядка двух процентов и точностью координат порядка одной десятой угловой секунды. Спектры объектов получены в интервале 3800-9200 ангстрем. Дополнительные сведения можно найти в статье или на сайте http://www.sdss.org/dr1.

Области неба, данные о которых уже опубликованы

Обсуждается идеальная методика поиска быстрых транзиентных (вспышечных) событий в радиодиапазоне. Источников таких всплесков может быть очень много: от радиопульсаров до гамма-всплесков, от джетов в активных ядрах галактик и тесных двойных системах до внеземных цивилизаций.

Искать короткие импульсы в радиодиапазоне особенно трудно из-за влияния межзвездной среды на распространение сигнала. Именно эту проблему авторы обсуждают особенно детально. Кроме того, во введении приводится небольшой обзор по поиску коротких транзиентных явлений в радиодиапазоне.

Можно ожидать, что введение в строй новых многопучковых систем радиотелескопов позволит существенно продвинуться в исследовании быстрых радиотранзиентов. Введение же в строй километровой антенной решетки (SKA) приведет к настоящему прорыву в этой области.

В сегодняшней астрономии очень четко прослеживаются две тенденции - первая из них - разработка и создание все более сложных и совершенных инструментов (огромные наземные телескопы с активной оптикой, космические телескопы и обсерватории с детекторами огромных площадей, с высочайшим временным и спектральным разрешением, радиотелескопы площадью в 1 км², детекторы космических лучей объемом 1 км³ и т.д.). Эти инструменты остро нужны для проведения исследований на передовых рубежах современной астрофизики и космологии. С другой стороны, очень большое количество уже полученных наблюдательных материалов, даже на передовых инструментах и в лучших обсерваториях, остается необработанным. Поэтому так часто в публикациях встречаются фразы "открытие сделанное на спутнике BBB было затем(!) подтверждено по архивным данным спутника AAA". На самом деле эта фраза означает, что данное открытие могло быть сделано на несколько лет раньше, но не хватило людей, времени, сил.

Единственным реальным выходом из данной ситуации являются системы автоматической обработки наблюдений. Постепенно они, по-видимому, появятся во всех направлениях наблюдательной астрономии, а пока начинают действовать там, где идет массовое наблюдение каких либо объектов - примерами являются поиски гравитационного микролинзирования (несколько миллионов звезд, требующих обработки, в одном кадре), вспышек сверхновых в далеких галактиках, автоматическое выявление и классификация переменных звезд, определение красных смещение галактик в цифровых обзорах и т.д.

В данной статье рассматривается алгоритм автоматического обнаружения расширяющихся оболочек нейтрального водорода (H I). Если отделять такую оболочку от фона только по ее форме, то задача оказывается очень сложной - форма оболочки может быть почти любая. Более простым найти решение, если оболочка расширяется. Тогда сначала ищутся особенности спектра излучения оболочки, связанные (из-за эффекта Допплера) с ее расширением. Такой анализ производится для каждого пикселя изображения. Если такие точки образуют группы, то эти места отмечаются как наиболее перспективные для дальнейшего исследования в линии 21 см водорода.

Земная атмосфера, точнее ее неоднородности, препятствуют достижению высокого углового разрешения, что очень сильно мешает наблюдать слабые источники и объекты со сложной мелкомасштабной структурой. Радикальный способ решения проблемы - вынос инструмента в космос - очень очень дорог. На Земле с этой проблемой можно бороться двумя путями. С помощью активной оптики, которая отслеживает и компенсирует возмущения волнового фронта, вызываемые атмосферой. Другой (пассивный) способ - спекл-интерферометрия. Если сделать фотографию точечного источника, "испорченного" атмосферой, с очень короткой экспозицией, то мы увидим, что оно состоит из большого числа отдельных изображений - спеклов, каждое из которых обладает высоким разрешением. Если их правильно сложить, можно получить хорошее изображение и на Земле.

В данной статье обсуждаются преимущества одного и другого подходов, которые иллюстрируются на реальных инструментах.

^{(Архив Методы наблюдений:} v.2, 2004, v.1, 2002-2003)