Czym jest „ekstremalny wszechświat”, który badają Polacy?
Ponad 250 naukowców z całego świata świętowało inaugurację teleskopów Large-Sized Telescope (LST) w ośrodku CTAO-Północ w Obserwatorium Roque de los Muchachos na kanaryjskiej wyspie La Palma (Hiszpania). Ukończenie budowy tego systemu to przełom w światowej obserwacji wszechświata.
Teleskopy LST to podstawowy instrument obserwatorium CTAO-Północ
Rozruch LTS na Wyspach Kanaryjskich 15 października to – jak podał Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) – kluczowy krok w kierunku pełnego uruchomienia działalności Obserwatorium CTAO (ang. Cherenkov Telescope Array Observatory, czyli Obserwatorium Sieci Teleskopów Czerenkowa), przeznaczonego do obserwacji promieniowania gamma.
Jak opisał IFJ PAN, każdy teleskop systemu jest wyposażony w zwierciadło o średnicy 23 m i ultraszybkie kamery. Teleskopy LST, zaprojektowane do rejestrowania słabych błysków promieniowania Czerenkowa powstających w wyniku oddziaływania promieniowania gamma o bardzo wysokiej energii z atmosferą ziemską, będą najbardziej czułymi na świecie instrumentami służącymi do obserwacji tego promieniowania zakresie od ok. 20 gigaelektronowoltów (GeV) do kilku teraelektronowoltów (TeV).
Służy to wykrywaniu odległych i przejściowych źródeł promieniowania gamma. Ponieważ takie promieniowanie o bardzo wysokich energiach jest w dużym stopniu pochłaniane podczas drogi przez wszechświat, niski próg energetyczny teleskopów LST umożliwia naukowcom badanie źródeł znajdujących się w odległościach kosmologicznych, sięganie dalej w przeszłość kosmosu i dokładniejsze badanie szybkich zmian jasności źródeł promieniowania gamma.
Już w fazie uruchamiania, począwszy od 2020 r., prototyp LST (LST-1) przynosił przełomowe wyniki. To m.in. obserwacje pulsarów, badania aktywnych jąder galaktyk i szybkie śledzenie zjawisk przejściowych, takich jak nowe rozbłyski gamma.
Po dołączeniu trzech nowych teleskopów (LST-2, LST-3 i LST-4) do istniejącego LST-1 powstanie pełna sieć obserwacyjna. Autorzy komunikatu IFJ PAN podkreślili, że dzięki jednoczesnej obserwacji tych samych cząstek wywołanych promieniowaniem gamma z różnych kierunków we wszechświecie, ten układ zapewni znacznie lepszą czułość, rozdzielczość kątową i precyzję rekonstrukcji energii. A to otworzy nowy etap precyzyjnych badań kosmosu w promieniowaniu gamma.
Ekstremalny wszechświat coraz bliżej
„Ukończenie podzespołu teleskopów LST jest zwieńczeniem ponad 15 lat międzynarodowej współpracy i innowacji technologicznych. Teleskopy te pozwolą nam badać jedne z najbardziej ekstremalnych środowisk we wszechświecie, w tym supermasywne czarne dziury i gwiazdy neutronowe, możliwe źródła promieni kosmicznych oraz naturę ciemnej materii” – stwierdził rzecznik konsorcjum CTAO prof. Masahiro Teshima (b. dyrektor Instytutu Fizyki im. M. Plancka w Monachium).
Teleskopy LST to podstawowy instrument obserwatorium CTAO-Północ w zakresie dolnego progu energii (rzędu kilkudziesięciu GeV). Jak uważają naukowcy, aparatura zapewni wyjątkową możliwość badania wszechświata w epoce sprzed około 12 mld lat (gdy jego wiek wynosił mniej niż 2 mld lat).
W nadchodzących latach teleskopy LST będą służyć do badania fundamentalnych zagadnień astrofizyki, fizyki cząstek elementarnych i kosmologii, takich jak natura ciemnej materii, pochodzenie promieniowania kosmicznego albo mechanizmy działania ekstremalnych akceleratorów cząstek we wszechświecie.
Realizacja projektu była możliwa dzięki partnerstwu międzynarodowemu instytucji z Brazylii, Bułgarii, Czech, Chorwacji, Francji, Hiszpanii, Japonii, Niemiec, Polski, Szwajcarii i Włoch.
Polscy naukowcy w projekcie CTAO-Północ
Polskie zespoły uczestniczące w projekcie CTAO są zrzeszone w polskim konsorcjum projektu Cherenkov Telescope Array, które skupia 13 polskich instytucji naukowych. Wkład Polski w budowę tej inicjatywy obejmuje dostawy aparatury i rozwój oprogramowania. Polska odpowiada również za dostarczenie głównych elementów struktury mechanicznej i napędu teleskopów MST, połowy zwierciadeł dla teleskopów MST w południowej lokalizacji CTAO (Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN) i oprogramowania w ramach pakietów ACADA (Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN) i SUSS (Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet AGH).
Zespół naukowców i inżynierów z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN od początku uczestniczy w pracach badawczo-rozwojowych związanych z projektem CTAO. W instytucie zaprojektowano i zbudowano dwa prototypy małych teleskopów Czerenkowa SST-1M, które proponowano jako jedno z rozwiązań dla sieci małych teleskopów SST. Pracownicy IFJ PAN uczestniczyli również w pracach nad strukturą mechaniczną i układem optycznym średnich teleskopów MST. W Instytucie opracowano innowacyjną technologię wytwarzania zwierciadeł kompozytowych przeznaczonych dla tych teleskopów. Naukowcy z IFJ PAN brali także udział w przygotowaniu naukowych podstaw projektu CTAO.
PAP/MB
