Նոր-Ամբերդի փոքր գամմա-դիտակից մինչև աշխարհում խոշորագույնը` Նամիբիայում

Նամիբիայում աշխարհի խոշորագույն գամմա-դիտակը ստեղծելիս ոչ միայն Հայաստանում պատրաստված հայելիներն են օգտագործվել՝ մեր գիտնականները անմիջականորեն մասնակցել են այդպիսի դիտակների համակարգի հենց գաղափարի մշակմանը, և այդ ամենը սկսվել է H.E.S.S. համագործակցության Նամիբիայի աստղադիտարանի կառուցումից շատ ավելի վաղ։ Այդպիսի մի դիտակ ժամանակին կառուցվել է Երևանի ֆիզիկայի ինստիտուտի տիեզերական ճառագայթների Նոր Ամբերդ կայանում` Արագած լեռան վրա։ Մի շարք պատճառներով դիտակը այդպես էլ չգործարկվեց, բայց գաղափարն առկա էր, այն իր շարունակությունն ունեցավ արդեն միջազգային համագործակցության շրջանակներում և համատեղ աշխատանքների ընթացքում արևմտյան գործընկերները հայերի մշակած մեթոդաբանությունը գնահատեցին որպես նոու-հաու։ Ի՞նչ է բարձր էներգիաների գամմա-աստղաֆիզիկան, և ո՞րն է հայկական նոու-հաուի էությունը։ Այս մասին NEWS.am-ի թղթակցին պատմեցին Երևանի ֆիզիկայի ինստիտուտի (ԵրՖԻ) աշխատակիցներ Վարդան Սահակյանն ու Աշոտ Ախպերջանյանը։

Բարձր էներգիաների գամմա աստղաֆիզիկայի բուռն զարգացումն սկսվել է 1980-ական թվականներից, երբ 1989թ. աշխարհում առաջին անգամ գրանցվեց գամմա-ճառագայթների հոսք՝ Խեցգետնակերպ Միգամածությունից: Այդ ձեռքբերումը, ինչպես նաև հետագայում գրանցված այլ արդյունքներ հաստատեցին այն փաստը, որ տիեզերական աղբյուրներում տեղի ունեցող երևույթները հնարավոր է ուսումնասիրել դրանց արձակած գամմա-ճառագայթների հոսքերի հետազոտման միջոցով: Բարձր էներգիաների գամմա աստղաֆիզիկայում հետազոտության «առարկան» տարբեր դասերի պատկանող աստղաֆիզիկական աղբյուրներն են, հետազոտության «միջոցը»՝ այդ աղբյուրներից եկող գամմա-քվանտները, իսկ «մեթոդը»՝ երկրի մթնոլորտում գամմա-քվանտներից առաջացած մթնոլորտային հեղեղներին ուղեկցող չերենկովյան լույսի գրանցումը: Մեթոդի էությունն այն է, որ մթնոլորտային հեղեղին ուղեկցող չերենկովյան լույսի գրանցման համար օգտագործվում է այսպես կոչված պատկերային մթնոլորտային չերենկովյան դիտակ, ՊՄՉԴ (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope - IACT), որն իրենից ներկայացնում է բազմահայելային անդրադարձչից և բազմականալային ֆոտոընդունիչից բաղկացած համակարգ: Գրանցման ժամանակ հեղեղի չերենկովյան լույսը կիզակետվում է ֆոտոխցիկի վրա (գրանցվում է մթնոլորտային հեղեղի այսպես կոչված չերենկովյան «պատկերը»), և փորձարարական տվյալների հետագա մաթեմատիկական մշակումը հնարավորություն է տալիս առանձնացնել աստղաֆիզիկական աղբյուրներից եկող սկզբնական գամմա-քվանտների հոսքերը:

Մեր հանրապետությունում բարձր էներգիաների գամմա աստղաֆիզիկայի բնագավառում ուսումնասիրություններ կատարվում են սկսած 1980-ական թվականների սկզբներից, երբ Ա. Ի. Ալիխանյանի անվան Երևանի ֆիզիկայի ինստիտուտում Ֆելիքս Ահարոնյանի ղեկավարությամբ ձևավորվեց գամմա-ճառագայթների աստղաֆիզիկայի խումբ, որտեղ իրականացվում էին հետազոտություններ երեք հիմնական ուղղություններով` գամմա-բռնկումների գրանցման գիտական սարքավորումների ստեղծում` արբանյակային կայանների համար, տեսական աստղաֆիզիկական հետազոտություններ և բարձր էներգիաների սկզբնական գամմա-քվանտների գրանցման համար չերենկովյան մեթոդի կիրառման հնարավորությունների ուսումնասիրություն: Խմբի անդամներից յոթը Մոսկվայի ինժեներաֆիզիկական ինստիտուտի շրջանավարտներ էին (Ֆելիքս Ահարոնյան, Արմեն Աթոյան, Ռազմիկ Միրզոյան, Վալերի Վարդանյան, Վարդան Սահակյան, Ավետիք Գաբրիելյան, Լևոն Պողոսյան), հինգը` Երևանի պետական համալսարանի (Աշոտ Ախպերջանյան, Ալեքսան Հավունջյան, Սիմոն Աղաջանյան, Գևորգ Մանթաշյան, Պերչ Ղազարյան), երեքը` Երևանի պոլիտեխնիկական ինստիտուտի (Ռումբեն Քանքանյան, Մարինե Մկրտչյան, Գայանե Մխիթարյան): Խումբը կազմավորված էր այն սկզբունքով, որ իրականացվեն հետազոտություններ տեսական, փորձարարական և գիտական սարքաշինության ուղղություններով:

1985թ. խումբը, աշխարհում առաջին անգամ, նախագծեց և սկսեց կառուցել 5 ՊՄՉԴ-ներից բաղկացած համակարգ` ԵրՖԻ-ի տիեզերական ճառագայթների հետազոտման Նոր Ամբերդ բարձր լեռնային կայանի տարածքում տեղադրելու նպատակով: Այդպիսի համակարգը հնարավորություն է տալիս մթնոլորտային հեղեղը գրանցել միաժամանակ մի քանի ՊՄՉԴ-ների օգնությամբ («ստերեոսկոպիա») և համադրել տարբեր դիտակներով ստացված տվյալները. արդյունքում որակապես բարձրանում է գամմա-հոսքերի գրանցման արդյունավետությունը:

Համակարգի առաջին դիտակը կառուցվեց, կատարվեցին ճշտադրման աշխատանքները, սակայն 1980-ական թվականների վերջերի քաղաքական և ֆինանսական խնդիրների հետ կապված` դրանք չունեցան իրենց տրամաբանական շարունակությունը, և համակարգի ստեղծման հետագա աշխատանքները դադարեցվեցին:



Երևանի ֆիզիկայի ինստիտուտի կողմից ստեղծված չերենկովյան դիտակը

Միևնույն ժամանակ, ԵրՖԻ-ում մշակված նոր մեթոդիկան և գիտական ծրագիրը (մթնոլորտային հեղեղների գրանցման չերենկովյան «ստերեոսկոպիկ» մեթոդը) իրականացվեցին արդեն միջազգային համագործակցության շրջանակներում: 1991թ. ԵրՖԻ-ի կողմից առաջարկվեց չերենկովյան 5 դիտակների համակարգով համալրել տիեզերական ճառագայթների հետազոտությունների HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy) միջազգային համագործակցության կայանը (Լա-Պալմա կղզի, Իսպանիա): «ԵրՖԻ-ի կողմից մշակված նախագծով կառուցվեցին HEGRA չերենկովյան դիտակների համակարգի առաջին դիտակը, մնացած դիտակների մի զգալի մասը, ամբողջ օպտիկան, անկյունային տվիչները, իրականացվեց համակարգի օպտիմալացում, ստեղծվեց Մոնտե-Կարլո հաշվարկների մեթոդի վրա հիմնված տեսական մասը», - պատմում է Աշոտ Ախպերջանյանը:


HEGRA դիտակների համակարգի առաջին դիտակը


և մյուս չորսից մեկը

HEGRA համագործակցության (Գերմանիա, Իսպանիա, Հայաստան) գիտափորձի ակտիվ փուլը (դիտումները) իրականացվել է 1998-2002թթ. ընթացքում, որի արդյունքում գրանցվել են գամմա-քվանտների հոսքեր տարբեր դասերի պատկանող աստղաֆիզիկական աղբյուրներից և տրվել են փորձարարական տվյալների տեսական մեկնաբանություններ:

«HEGRA գիտափորձի կարևորագույն արդյունքներից էր նաև այն, որ փորձարարական եղանակով ապացուցվեց մթնոլորտային հեղեղների գրանցման միաժամանակյա եղանակի բարձր արդյունավետությունը, և գրանցման հենց այդ եղանակը հիմք հանդիսացավ բարձր էներգիաների գամմա աստղաֆիզիկայի նոր գիտափորձերի նախագծերի մշակման և իրականացման համար, - ասում է գիտնականը, - Արդյունքում՝ ԵրՖԻ-ի կողմից մշակված «կոնցեպցիան» հիմք հանդիսացավ բնագավառում ներկայումս գործող բոլոր գիտափորձերի (H.E.S.S., MAGIC, VERITAS) նախագծման ու շահագործման համար, որոնցում կիրառվում է մթնոլորտային հեղեղների միաժամանակյա գրանցման եղանակը»:

HEGRA-ի հաջողություններից հետո, 2001-2003թթ. ԵրՖԻ-ի խմբի անդամների մասնակցությամբ կառուցվեցին H.E.S.S. և MAGIC նոր սերնդի դիտակները: Մասնավորապես, H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) ծրագրի նախաձեռնողներից էր Ֆ. Ահարոնյանը, մասնակիցներից` Ա. Ախպերջանյանը և Վ. Սահակյանը, նախագծման և կառուցման աշխատանքներում շատ մեծ ավանդ ունեցավ Ռ. Քանքանյանը, իսկ MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) դիտակների ստեղծման ծրագրի նախաձեռնողներից էր Ռ. Միրզոյանը:

H.E.S.S. համագործակցության (Գերմանիա, Ֆրանսիա, Անգլիա, Իռլանդիա, Չեխիա, Հայաստան, Նամիբիա, Հարավային Աֆրիկա, Լեհաստան, Ավստրիա, Շվեդիա, Ավստրալիա) դիտակների համակարգը բաղկացած էր 4 ՊՄՉԴ-ներից, իսկ հիմա ավելացվել է նաև 5-րդը` H.E.S.S. II դիտակը: Դիտակայանը տեղակայված է Նամիբիայում, ծովի մակարդակից 1800 մ բարձրության վրա։ Առաջին 4 դիտակները սկսել են գործել 2003թ. դեկտեմբերի 10-ից, իսկ H.E.S.S. II-ը` 2012թ. հուլիսի 26-ից: Հինգ դիտակներից չորսից յուրաքանչյուրի անդրադարձիչի ընդհանուր մակերեսը 107մ2 է, իսկ օպտիկական խցիկը բաղկացած է 0.160 անկյունային չափերը ունեցող 960 ֆոտոբազմապատկիչներից և ապահովում է դիտակի 50 լրիվ տեսադաշտ։ 5-րդ, H.E.S.S. II-ի համապատասխան բնութգրիչներն են. 614մ2, 0.070, 2048 և 3.20:



H.E.S.S. դիտակների համակարգը

H.E.S.S.-ի հիմնադիր անդամներից է նաև ԵրՖԻ-ն, իսկ ՀՀ ԳԱԱ-ի կողմից որպես H.E.S.S. համագործակցության ԵրՖԻ-ի անդամակցության շարունակության վճար 200 հայելիներ (60սմ տրամագծով) տրամադրելուց հետո համագործակցությանն անդամակցեց նաև ՀՀ ԳԱԱ-ն` ի դեմս ՀՀ ԳԱԱ արտասահմանյան անդամ Ֆելիքս Ահարոնյանի: Այդ 200 հայելիները տրամադրվել են ՀՀ ԳԱԱ «Գալակտիկա» ՓԲԸ կողմից, որը պատրաստել է նաև H.E.S.S. II դիտակի հայելիները (հեքսագոնալ, 90սմ flat-to-flat): Հայելիների պատրաստման տեխնոլոգիան մշակվել է ԵրՖԻ-ի և «Գալակտիկայի» կողմից: «Այդ ներդրման, ինչպես նաև բազմակողմանի օգնության համար շնորհակալություն ենք հայտնում ՀՀ ԳԱԱ նախագահ, ՀՀ ԳԱԱ ակադեմիկոս Ռադիկ Մարտիրոսյանին, ՀՀ ԳԱԱ ֆիզիկայի և աստղաֆիզիկայի բաժանմունքի ակադեմիկոս-քարտուղար, ՀՀ ԳԱԱ ակադեմիկոս Յուրի Չիլինգարյանին և ՀՀ ԳԱԱ «Գալակտիկա» ՓԲԸ տնօրեն Արա Միրզոյանին», - ասում են Վ.Սահակյանն ու Ա.Ախպերջանյանն:

2009թ. ապրիլի 27-ից մայիսի1-ը Երևանում անցկացվել է H.E.S.S. համագործակցության խորհրդակցություններից մեկը, որի մասնակիցների թիվը կազմել է 95:

«H.E.S.S. համակարգը առանձնանում է ինչպես իր տեխնիկական բնութագրիչներով, այնպես էլ` մինչ այժմ գրանցված գամմա-աղբյուրների քանակով (2012թ. օգոստոսի 1-ի դրությամբ՝ 80 նոր աղբյուր): H.E.S.S. աստղադիտարանում ստացվել են սկզբունքային նշանակություն ունեցող մի շարք արդյունքներ, - պատմում է Վ. Սահակյանը, - Մանավորապես, հայտնագործվել և հետազոտվել են տարբեր դասերի պատկանող բազմաթիվ տիեզերական աղբյուրներ՝ պուլսարներ, ակտիվ գալակտիկական միջուկներ, երկակի համակարգեր, մոլեկուլային ամպեր, աստղային կույտեր, գերնոր աստղերի մնացորդներ և այլն»:

Գիտնականը նշում է H.E.S.S.-ի կողմից ստացված արդյունքներից երկուսը. «Աշխարհում առաջին անգամ գրանցվել է աստղաֆիզիկական աղբյուրի` RX J1713.7-3946 գերնոր աստղի մնացորդի ձևաբանական պատկերը գամմա ճառագայթների ՏէՎ էներգիաների տիրույթում: Պատկերի համադրումն ավելի ցածր տիրույթում ստացված արդյունքների հետ ցույց է տալիս, որ գերնոր աստղերի մնացորդներում մասնիկները կարող են արագանալ մինչև 100 ՏէՎ-ից բարձր էներգիաներ, այսինքն` փորձարարական եղանակով ցույց է տրվել, որ այդպիսի օբյեկտներն իրոք կարող են հանդիսանալ գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների աղբյուրներ: Այս արդյունքը շատ կարևոր քայլ է շուրջ 100-ամյա վաղեմություն ունեցող այնպիսի խնդրի լուծման ուղղությամբ, ինչպիսին տիեզերական ճառագայթների ծագման հարցն է: Կամ, օրինակ, Ծիր Կաթինում հայտնաբերվել են բարձր էներգիաների գամմա-քվանտների 8 նոր աղբյուրներ, որոնցից առնվազն 2-ը հայտնի չեն ռադիո տիրույթում»:



RX J1713.7-3946 գերնորի ձևաբանական պատկեր

Իր հայտնագործությունների և ձեռքբերումների շնորհիվ H.E.S.S.-ը բարձր էներգիաների գամմա աստղաֆիզիկայի միակ գիտասարքն է, որը մտնում է «High-Impact Astronomical Observatories – Բարձր ազդեցություն ունեցող աստղադիտարանների» համաշխարհային դասակարգման առաջին տասնյակի մեջ, որպիսիք են, օրինակ, SDSS, Swift, HST, ESO, Chandra և այլ աստղադիտարանները: Նշված տասնյակի մեջ չեն մտել երկրի մակերևույթի վրա տեղակայված կամ արբանյակային գիտափորձերի տասնյակ խոշորամասշտաբ ծրագրեր, ինչպիսիք են, օրինակ` INTEGRAL, XMM, Gemini, Subaru և այլն, որոնցից յուրաքանչյուրի իրականացումը պահանջում է մեկ միլիարդ ԱՄՆ դոլարից ավելի ֆինանսական միջոցներ:

H.E.S.S. համագործակցության ստացած արդյունքների հիման վրա հրապարակվել են 100-ից ավելի գիտական հոդվածներ, այդ թվում` բարձր ազդեցության գործակից ունեցող այնպիսի ամսագրերում, ինչպիսիք են «Nature-ը» և «Science-ը»։

H.E.S.S. համագործակցությունը, այդ թվում նաև ԵրՖԻ-ն, 2006թ. արժանացել է համագործակցություններին տրվող բարձրագույն մրցանակին, այն է` Եվրոմիության Դեկարտյան մրցանակին «…for the revolution of existing astronomical observation techniques and increase of our knowledge and understanding of the Milky Way and beyond», այսինքն՝ «աստղաֆիզիկական հետազոտությունների գոյություն ունեցող եղանակների հեղափոխական զարգացման, և Ծիր Կաթինի ու նրանից դուրս գտնվող աղբյուրների մասին մեր ունեցած գիտելիքների ավելացման և ըմբռնման համար»: Ամերիկյան աստղագիտական ընկերության Բրունո Ռոսսիի անվան 2010թ. մրցանակը շնորհվել է Ֆ. Ահարոնյանին, Վ. Հոֆմաննին, Հ, Ֆյոլկին և H.E.S.S. համագործակցությանը՝ «…for their outstanding contributions to imaging TeV Astronomy, which addressed fundamental questions related to particle acceleration and the origin of the Cosmic Rays through the study of SNRs, and nearby AGNs», այսինքն՝ «ՏէՎ տիրույթի պատկերային աստղագիտության մեջ կատարած ակնառու ներդրումների համար՝ ուղղված մասնիկների արագացման և տիեզերական ճառագայթների ծագման հետ կապված հիմնարար հարցերի ուսումնասիրմանը»: Բարձր էներգիաների գամմա աստղաֆիզիկայի բնագավառում իրականացվող աշխատանքներն արժանացել են բարձր գնահատականի նաև մեր հանրապետությունում. ՀՀ Նախագահի 2005թ. մրցանակը «Ֆիզիկա» անվանակարգում շնորհվել է Ֆ. Ահարոնյանին, Ա. Ախպերջանյանին և Վ. Սահակյանին:

Անհրաժեշտ է նշել, որ վերջին տարիներին, ՀՀ ԿԳՆ գիտության պետական կոմիտեի տրամադրած միջոցների հաշվին, վճարվում է նաև H.E.S.S. համագործակցության հայկական կողմի մասնակցության տարեկան անդամավճարը:

Անահիտ Սարգսյան


Լուրեր Հայաստանից - NEWS.am