650 новых датчиков под толщей льда и охота за сверхновыми. Что известно об апгрейде нейтринного телескопа на Южном полюсе

Под толщей антарктического льда прямо сейчас работает телескоп, который не смотрит ни на звезды, ни на галактики. Он «видит» нейтрино, крошечные частицы, способные пролететь сквозь Землю почти не заметив ее. Этот детектор называется IceCube Neutrino Observatory, и недавно его серьезно обновили, чтобы ловить еще более слабые и редкие сигналы из космоса.

Название IceCube буквально описывает то, как устроен эксперимент. В прозрачном льду Южного полюса размещена трехмерная решетка из более чем 5 тысяч сверхчувствительных оптических датчиков. Вместе они образуют гигантский «куб» объемом около одного кубического километра. Такой размер нужен не ради масштаба, а из-за упрямой физики: нейтрино взаимодействуют с веществом крайне редко и обычно проходят насквозь, не оставляя следов.

Когда нейтрино все же сталкивается с атомами льда, рождаются заряженные частицы, которые дают короткую вспышку так называемого черенковского света. Этот характерный голубой свет распространяется в толще льда и фиксируется датчиками. По форме и яркости вспышки ученые восстанавливают направление, откуда прилетело нейтрино, и его энергию. По сути, это и есть «картинка», которую получает телескоп, только собранная не из фотонов, а из следов почти неуловимых частиц.

С 2010 года IceCube ищет высокоэнергетические нейтрино космического происхождения и уже успел дать важные подсказки о том, откуда они берутся. Теперь команда рассчитывает продвинуться дальше благодаря завершенной модернизации. Главная идея обновления простая: больше и лучше датчиков плюс более точная «настройка» понимания того, как именно свет распространяется в льду.

Основной массив IceCube состоит из 86 «нитей» с датчиками, опущенных в лед с шагом около 125 метров. В ходе апгрейда, который проводили с декабря 2025 по январь 2026 года, между ними установили еще шесть новых нитей. Внутрь добавили более 650 современных фотодетекторов и устройств калибровки. Более плотная «сетка» повышает чувствительность к низкоэнергетическим событиям, которые раньше было трудно уверенно измерять. Важный бонус в том, что улучшенная калибровка и более высокая точность реконструкции пригодятся не только для будущих наблюдений, но и помогут заново лучше «прочитать» уже собранные данные первых лет работы обсерватории.

Отдельная изюминка обновления, девять новых модулей WOM, это детекторы со сдвигом длины волны, заточенные под ультрафиолет. Дело в том, что у черенковского света есть заметная ультрафиолетовая часть, а стандартные оптические модули IceCube воспринимают ее не полностью. В результате часть информации буквально теряется. В WOM используется трубка со специальным покрытием: ультрафиолетовые фотоны попадают на нее, «перекрашиваются» в видимый диапазон и уже тогда направляются на фотоумножители, где их можно надежно зарегистрировать.

Над этими модулями работала группа профессора Sebastian Böser из Института физики и кластера PRISMA++ Johannes Gutenberg University Mainz. В Майнце, как объясняют участники проекта, особенно интересуются нейтрино на нижней границе энергий, доступных IceCube, например атмосферными и теми, что могут появляться при вспышках сверхновых. Они сложнее для регистрации, зато способны многое рассказать и о самих нейтрино, и о процессах во Вселенной. А аспирантка Lea Schlickmann, отвечавшая за сборку WOM, вошла в число первых исследователей, которым разрешили поехать на Южный полюс для работ по модернизации, и там занималась финальными проверками модулей прямо перед установкой в лед, параллельно помогая с самыми приземленными задачами вроде очистки площадки и подготовки оборудования.

Если эти новые детекторы подтвердят ожидания на практике, у IceCube появится шанс видеть еще тоньше, а значит точнее разбирать свойства нейтрино и лучше понимать, откуда прилетают эти «призрачные» частицы. В пределе это может сделать особенно ценными наблюдения за нейтрино от вспышек сверхновых, редких событий, которые ученые мечтают поймать во всех возможных «каналах» сразу.