Новый детектор SLAC поможет разгадать тайну тёмной материи и эволюции галактик

Учёные разработали детектор частиц для поиска тёмной материи, который поможет глубже понять процессы формирования галактик. Детектор создан специалистами SLAC National Accelerator Laboratory Министерства энергетики США.

Новый датчик будет запущен в космос в рамках космической миссии Line Emission Mapper (LEM), запланированной на 2030-е годы. Цель миссии LEM — картографирование рентгеновских излучений галактик с беспрецедентной точностью, что позволит глубже понять процессы формирования галактик и историю Вселенной.

Авторы изобретения считают, что это будет одна из немногих систем высокого разрешения для спектроскопии в космосе. Исследователи надеются, что изучение эволюции галактик и скоплений, которые являются крупнейшими объектами в космосе, поможет получить более ясное представление о развитии Вселенной. Анализируя рентгеновское излучение от звёзд, сверхновых и чёрных дыр внутри галактик и их окрестностей, учёные смогут получить информацию о составе объектов и их истории за десятки миллиардов лет.

Детектор SLAC, установленный в тестовом модуле LEM

Сенсоры на основе сверхпроводящих датчиков края перехода (Transition Edge Sensors, TES), изначально созданные для поиска тёмной материи в рамках проекта Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), оказались идеальным инструментом для задач LEM. Нанопленочные датчики, работающие при сверхнизких температурах, способны измерять мельчайшие рентгеновские излучения.

Инженер из SLAC Мэтт Черри, который более 10 лет занимается изготовлением таких сенсоров, с энтузиазмом отнёсся к возможности их повторного использования. Как отмечает Черри, благодаря CDMS у нас уже есть хорошо разработанная и устоявшаяся технология создания датчиков.

Датчики, установленные за детектором рентгеновских лучей, будут отфильтровывать фоновый шум, обеспечивая запись и обработку всех полезных данных рентгеновского излучения. Это позволит исключить необходимость удалять какие-либо данные, увеличивая тем самым точность измерений.

Раньше без такого точного картирования космических лучей ученые теряли 15-20% собранных данных, потому что сигнал был неразборчив. Такое нововведение позволит ученым с высокой точностью изучать эмиссии, исходящие от звезд, сверхновых и черных дыр, раскрывая эволюцию галактик на протяжении миллиардов лет.

«Цель заключается в том, чтобы просто отметить, куда проходят космические лучи в пределах определённого региона, но поскольку разрешение настолько хорошее, мы действительно можем реконструировать местоположение событий в миллиметровом масштабе», - отмечают ученые.

Первые датчики, отправленные в NASA Goddard для тестирования в конце 2023 года, превзошли все ожидания команды LEM. Успех исследователей открывает новые возможности для будущих миссий и сотрудничества, а также для использования датчиков в будущих космических экспериментах с гамма-лучами