НЕЙТРИННАЯ АСТРОНОМИЯ
новый
раздел наблюдат. астрономии, связанный с поиском и исследованием потоков
нейтрино
от
источников внеземного происхождения. Нейтрино является единств, видом излучения,
к-рый приходит к земному наблюдателю из самых глубоких недр Солнца и
звёзд и несёт в себе информацию об их внутр. структуре и о происходящих
там процессах. Совр. средства регистрации нейтрино допускают возможность
обнаружения нейтринного излучения лишь от Солнца и сверхновых звёзд
нашей
Галактики.
Нейтринная астрономия Солнца. Существование
мощного потока нейтрино от Солнца вытекает из совр. концепции происхождения
и схроения Солнца, согласно к-рой его светимость полностью обеспечивается
энергией термоядерного превращения водорода в гелий в центр, области Солнца.
Как показывают расчёты моделей Солнца (см. Звёздные модели), осн.
вклад в энерговыделение даёт водородный цикл, а доля углеродно-азотного
(CNO) цикла составляет не более 1% (см. Термоядерные реакции). Синтез
каждого атома 4He сопровождается испусканием двух электронных
нейтрино Ve, а полный поток нейтрино, определяемый светимостью, составляет
у поверхности Земли 6,5·1010 нейтрино/сл2сек,причём
нейтрино уносят 3% энергии термоядерного синтеза. Наблюдение солнечных
нейтрино явилось бы убедительным подтверждением осн. идей термоядерной
эволюции Солнца. Измерение потоков нейтрино от различных реакций с помощью
соответствующего набора детекторов составляет полную программу исследования
внутр. структуры Солнца. Поскольку поток солнечных нейтрино испытывает
сезонные вариации с амплитудой ок. 7% (что связано с наличием эксцентриситета
у земной орбиты), наблюдение этих вариаций служило бы доказательством того,
что регистрируемые нейтрино - солнечные. Др. способ определения направления
прихода нейтрино состоит в измерении углового распределения электронов,
образующихся при захвате нейтрино в детекторе (см. ниже): электроны из-за
несохранения чётности в
-pacпаде
должны вылетать преим. в направлении на Солнце.
Первые эксперименты по наблюдению солнечных
В экспериментах Девиса 37Ar
Хотя солнечные нейтрино не были с достоверностью
Когда темп-га в центре звезды достигает
Развитие H. а. и нейтринной астрофизики
Лит.: Нейтрино. Сб. ст., пер.
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
нейтрино осуществлены амер. учёным P. Девисом с сотрудниками в 1967-68
с помощью радиохим. нейтринного детектора, содержащего 610 m жидкого перхлорэтилена
(C
нейтрино основана на методе, предложенном в 1946 Б. M. Понтекорво. Солнечные
нейтрино с энергией > 0,814 Мэв образуют в реакции 37Cl + v
+ 37Ar радиоактивный 37Ar с периодом полураспада
35 сут. Согласно расчётам, осн. вклад (76%) в эффект должны давать
нейтрино наиболее высокой энергии (до 14 Мэв) от распада 8B
-> 8Be + e+ + v
Т20, поэтому хлорный детектор является уникальным "термометром"
для измерения темп-ры центр, области Солнца Tc. Теория предсказывала
значение Тс =15х106K.
накапливался в детекторе в течение 100 сут, затем извлекался продуванием
через жидкость гелия, адсорбировался активированным углём при темп-ре 77
К и помещался в пропорциональный счётчик, к-рый подсчитывал количество
распавшихся атомов 37Ar. Измерения, полученные в 1972 (как и
первые измерения 1967-68), показали, что нейтринный эффект в неск. раз
ниже предсказываемого теорией и не превосходит фоновый эффект детектора
(в детекторе под деист вием солнечных нейтрино накапливалось не более 8
атомов 37Ar за эксперимент вместо ожидаемых 45).
зарегистрированы, результаты экспериментов являются важным достижением
H. а., т. к. показывают, что соър. представления о солнечных нейтрино в
чём-то неверны. Решение загадки солнечных нейтрино можно искать в трёх
направлениях. 1) Возможно, Tc ниже теоретич. значения, предсказываемого
стандартными моделями Солнца, и составляет ок. 13х106K, т. е.
лежит за порогом чувствительности "нейтринного термометра"; это означает,
что Солнце устроено иначе, чем считалось до сих пор. 2) Может оказаться,
что при расчётах моделей используются неверные значения скоростей ядерных
реакций; это означало бы, что шкала "нейтринного термометра" неправильно
отградуирована. 3) "Нейтринный термометр" вообще может оказаться "испорченным",
если по пути к Земле с нейтрино что-то происходит, напр, распад (если бы
они оказались нестабильными частицами), осцилляции (переводящие нейтрино
в невзаимодействующие с хлором состояния) и т. п. Для окончат, решения
проблемы необходимо повысить чувствительность хлорного детектора, а также
провести дополнительно эксперименты с детекторами, чувствительными к нейтрино
меньших энергий, напр. 7Li, 71Ga, 87Rb,
55Mn.
Др. важная задача H. а.- наблюдение солнечных нейтрино от реакции 1H
+
+ е-->2Н
+ v
к-рая обязательно сопутствует водородному циклу. Их обнаружение явилось
бы доказательством протекания водородного цикла на Солнце, исключило бы
гипотезы об аномальных свойствах нейтрино и тем самым подтвердило правильность
заключения о том, что CNO-цикл не вносит заметного вклада в генерацию энергии
на Солнце (если бы CNO-цикл вносил осн. вклад, в детекторе Девиса должно
было бы образовываться ок. 300 атомов 37Ar).
Нейтринные вспышки. Потоки нейтрино
от др. "спокойных" звёзд, даже самых близких, очень малы и не могут быть
зарегистрированы совр. методами. Вместе с тем вполне осуществимой представляется
задача наблюдения нейтринных вспышек от звёзд в момент их гравитац. коллапса.
Наиболее вероятными объектами являются сверхновые звёзды нашей Галактики,
непосредственно перед взрывом к-рых происходит коллапс центрального ядра.
Нейтринная вспышка может быть зарегистрирована даже в том случае, если
сверхновая оптически ненаблюдаема. Длительность такой вспышки 0,01 сек
(потоки
нейтрино у Земли 10'°-1012 нейтрино/см2 за вспышку).
Измеряя время запаздывания начала вспышки, зарегистрированного детекторами
в разных местах земного шара, можно установить направление прихода нейтринного
излучения. Вспышки могут быть зарегистрированы водородсодержащим сцинтиллятором
массой в неск. сотен т в виде характерной серии импульсов. Такие
эксперименты планируются в СССР и в США.
Нейтринная астрофизика. Необходимость
исследования астрофизич. явлений с участием нейтрино породила новую ветвь
в астрофизике - нейтринную астрофизику. По совр. представлениям, нейтринное
излучение, к-рое сильно растёт с увеличением темп-ры, оказывает решающее
влияние на картину эволюции звёзд на завершающих стадиях, когда темп-ра
в недрах звезды достигает 109K и выше. Это связано с тем, что
испускание нейтрино происходит из самых горячих, внутренних областей звезды
(т. к. пробеги нейтрино в веществе значительно больше размеров звезды),
и поэтому именно нейтринное излучение определяет скорость потери энергии
такими звёздами. Примером является влияние гипотетич. электронно-нейтринного
взаимодействия (предсказываемого универсальной теорией слабого взаимодействия;
см. Нейтрино) на эволюцию ядра планетарных туманностей, учёт к-рого
позволяет согласовать наблюдаемые данные о времени эволюции с теоретич.
расчетами; в свою очередь, возможность такого согласования является аргументом
в пользу существования этого взаимодействия.
значения 1011К, пробег v
непрозрачной для нейтрино. Поскольку, однако, пробеги нейтрино остаются
ещё несравнимо большими пробегов фотонов, перенос энергии в звезде осуществляется
посредством нейтринного газа (нейтринная теплопроводность) и потери энергии
продолжают определяться нейтринным излучением. При темп-pax >=2х1011K
звёзды становятся непрозрачными и для мюонных нейтрино
.
Такие стадии жизни звезды наиболее загадочны и интересны. Предполагается,
что нейтринное излучение играет решающую роль в механизме взрыва сверхновых.
обещает дать ценную информацию не только о строении небесных тел, но и
о природе самого нейтрино и свойствах слабого взаимодействия.
с англ , M., 1970 (Современные проблемы физики); Б а к а л Д ж., Солнечные
нейтрино, "Успехи физических наук", 1970, т. 101, в. 4, с. 739-53; Азимов
А., Нейтрино-призрачная частица атома, пер. с англ., M., 1969, с. 92 -
105. Г. T. Зацепин, Ю. С.Копысов.