Мониторинг гамма-всплесков в космосе с помощью кубсатов

С помощью 20 спутников формата CubeSat учёные отследили, как меняются потоки заряженных частиц и гамма-лучей в околоземном космическом пространстве. Исследователи зафиксировали несколько мощных вспышек гамма-излучения в 2023 году, а также увеличение потоков электронов в 2021 и 2022 годах, причиной которых стало усиление солнечной активности. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Advances in Space Research. Эти открытия подтвердили возможность использования микроспутников для постоянных наблюдений за гамма-вспышками на всём небесном своде.

Гамма-всплески (вспышки электромагнитного гамма-излучения, возникающие при взрыве массивных звёзд в дальнем космосе), а также потоки космических заряженных частиц могут нарушать работу наземных и орбитальных электронных устройств. Чтобы подготовить к ним технику, подобные явления нужно отслеживать. На сегодняшний день гамма-излучение регистрируют сразу несколько обсерваторий, находящихся на низкой околоземной орбите – на расстоянии 400–500 километров от Земли.

Из-за такого расположения они не могут обеспечить стопроцентное сканирование неба, поскольку в каждый момент времени Земля закрывает им примерно 60 процентов обзора. Альтернативой могут служить кубсаты – компактные, более дешёвые и простые в производстве спутники, которые запускаются группами, а потому могут обеспечивать наблюдение за всем небесным сводом.

Учёные из Московского государственного университета имени M. В. Ломоносова и Белорусского государственного университета (Минск), начиная с 2018 года, участвовали в подготовке запусков 20 спутником формата CubeSat. В рамках этой кооперации сотрудники БГУ предложили коллегам из МГУ лучшие наработки в области сцинтиллирующих – испускающих свечение при воздействии электронов и гамма-излучения – материалов.

Кубсаты с научной аппаратурой, подготовленной специалистами из МГУ имени М. В. Ломоносова, оснащены детекторами рентгеновского и гамма-излучения, а также детекторами заряженных частиц и спектрометрами для наблюдений в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. С их помощью авторы ведут наблюдения за потоками высокоэнергетических частиц в околоземном космическом пространстве с 2018 года по настоящее время.

В ноябре-декабре 2021 года и в марте 2022 года исследователи зафиксировали увеличение потока высокоэнергетических электронов во внешнем радиационном поясе Земли – зоне, которая простирается до высот порядка 24 000 километров и в которой накапливаются и удерживаются заряженные частицы. Кроме того, потоки этих частиц усиливались около полюсов планеты в октябре-ноябре 2021 года и в июле 2023 года. Это объясняется повышением активности Солнца и проникновением солнечных космических лучей в полярную шапку магнитосферы Земли.

8 августа, 12 августа и 17 сентября 2023 года кубсаты, запущенные МГУ, зафиксировали сильные всплески гамма-излучения, которые длились от 20 до 140 секунд. Эти всплески возникали в результате взрывов массивных звёзд в далёком космосе, на огромных расстояниях – порядка десятков секстиллионов (числа с 22 нулями) километров от Земли.

Всплески были также обнаружены при помощи американского орбитального телескопа «Ферми», что подтвердило корректность работы кубсатов и установленных на них российских научных приборов. При этом другие всплески, зафиксированные микроспутниками, не были открыты «Ферми» и другими гамма-обсерваториями, что подчёркивает ценность использования кубсатов для охвата наблюдениями всего звёздного неба.

С помощью кубсатов по гамма-излучению учёные могут отслеживать взрывы звёзд как в нашей (гамма-вспышки магнитаров), так и в далёких галактиках, а также изменение солнечной активности. Авторы подчёркивают, что стоимость изготовления и запуска кубсата существенно ниже стоимости разработки, изготовления и запуска большого спутника, поэтому обычно их запускают целыми группами. И, поскольку у каждого кубсата своя траектория движения и индивидуальные координаты, они, в отличие от одного крупного спутника, позволяют одновременно «обозревать» 100 процентов небесного свода.

«В будущем в рамках собственной космической программы МГУ «Созвездие-270» мы планируем запустить ещё не менее 20 кубсатов. Кроме того, будет развиваться сеть наземных приёмных станций, которая позволит увеличить объём передаваемой с аппаратов информации и синхронизировать орбитальные и наземные наблюдения. Всё это позволит отслеживать гамма-всплески практически в любой точке небесной сферы», – рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анатолий Июдин, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией космической рентгеновской и гамма-астрономии МГУ имени М. В. Ломоносова.

Пресс-конференция «К 270-летию МГУ им. М.В. Ломоносова: фундаментальные и прикладные исследования космоса».

Летние достижения программы «Созвездие-270».

Источник.