В ноябре 2019 года исполняется 25 лет с начала работы детекторов гамма-всплесков КОНУС на аппарате ВИНД (Wind, NASA). Аппаратура эксперимента была разработана сотрудниками Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе для наблюдения космических гамма-всплесков, повторных всплесков от нейтронных звёзд в нашей галактике и солнечных вспышек. Прибор начал работу в ноябре 1994 года и стал ключевым элементом международной сети наблюдений гамма-всплесков (Interplanetary network, IPN). За два с половиной десятилетия с помощью КОНУСА-ВИНД были зарегистрированы тысячи космических гамма-всплесков, сотни вспышек нейтронных звёзд и исследована вспышечная активность Солнца на протяжении двух полных 11-летних циклов. Прибор КОНУС успешно работает и сегодня, став инструментом «многоканальной» астрономии - нового метода изучения Вселенной с помощью детекторов электромагнитного, гравитационного, нейтринного излучений.
Российско-американский эксперимент КОНУС-ВИНД успешно проводится непрерывно с ноября 1994 г. по настоящее время. Его научным руководителем до 2013 г. был Евгений Павлович Мазец, с 2013 г. — заведующий лабораторией экспериментальной астрофизики ФТИ им. А.Ф. Иоффе, кандидат физико-математических наук Рафаил Львович Аптекарь.
Аппаратура эксперимента КОНУС — два сцинтилляционных гамма-спектрометра. Они установлены на космическом аппарате ВИНД таким образом, что они постоянно осматривают всю небесную сферу. В настоящее время орбита спутника расположена полностью в межпланетном пространстве (вокруг так называемой точки либрации L1, примерно в 1,5 миллионах км от Земли на линии «Земля-Солнце»). Энергетический диапазон, в котором работает прибор, — 20 кэВ – 15 МэВ. В этой области энергий эксперимент КОНУС-ВИНД предоставляет важные, часто уникальные данные о временных и энергетических свойствах гамма-всплесков.
Космические гамма-всплески (gamma-ray bursts, или GRBs) — импульсные потоки гамма-излучения, распространяющиеся сквозь Вселенную. Энергия их квантов в тысячи и миллионы раз больше энергии квантов видимого света: от нескольких килоэлектрон-вольт (кэВ) до десятков мегаэлектрон-вольт (МэВ). Гамма-всплески длятся от нескольких миллисекунд до нескольких часов. Это самые яркие вспышки во Вселенной! За несколько минут всплеска может выделяться энергия равная энергии, которую все звёзды нашей Галактики высвечивают за сотню лет. Благодаря такой яркости эти события наблюдаются на космологических расстояниях в миллиарды световых лет и, следовательно, несут информацию о ранней Вселенной.
С 1994 г. по 2019 г. эксперимент КОНУС-ВИНД зарегистрировал около 3000 гамма-всплесков, из них примерно 500 коротких — это одна из самых больших выборок на сегодняшний день. Изучение отдельных гамма-всплесков дает информацию об интересных объектах во Вселенной. Но когда накапливается большой объем данных, исследователи могут изучать частоту гамма-всплесков в зависимости от возраста Вселенной.
Среди задач эксперимента - регистрация далёких всплесков, благодаря которой можно оценить ход звездообразования и начальную функцию масс звёзд в ранней Вселенной. Вторая важнейшая задача эксперимента - определение координат источников гамма-всплесков. Это необходимо, чтобы навести на этот участок неба другие обсерватории и изучить объект в разных диапазонах электромагнитного излучения. Локализация источников гамма-всплесков происходит триангуляционным методом по данным межпланетной сети спутников (Interplanetary Network, IPN) с детекторами гамма-квантов на борту.
Летом 2017 группа эксперимента КОНУС-ВИНД непосредственно участвовала в наблюдениях, которые положили начало современной «многоканальной астрономии». 17 августа 2017 года два детектора гравитационно-волновой обсерватории LIGO зарегистрировали сигнал от слияния двух нейтронных звёзд на расстоянии около 40 мегапарсек (130 миллионов световых лет). Через 1,7 секунды короткий гамма-всплеск был зарегистрирован космическими обсерваториями Fermi и INTEGRAL.
Необходимо было как можно быстрее и точнее локализовать гамма-всплеск, чтобы начать наблюдения с помощью других обсерваторий и обнаружить его источник. В этой работе активно участвовала группа эксперимента КОНУС в ФТИ им. А. Ф. Иоффе. Сам КОНУС не мог его наблюдать, но сотрудники ФТИ использовали данные о времени распространения гамма-излучения между обсерваториями INTEGRAL и Fermi, чтобы «сузить» область поисков. Благодаря этой работе удалось сократить область локализации обсерватории Fermi примерно в три раза и надёжней отождествить гамма-всплеск и источник гравитационных волн. В итоге ни у кого не осталось сомнений, что и наземные детекторы LIGO, и космические обсерватории видели одно и то же событие - каждый своим способом. Это событие по праву считается началом «многоканальной астрономии» (multi-messenger astronomy), которая использует данные разной природы, чтобы глубже понять физику исследуемого явления.
Пресс-конференция NASA на мысе Канаверал в октябре 1994 г. перед запуском космического аппарата WIND. Крайний справа — научный руководитель эксперимента КОНУС Евгений Павлович Мазец
