Największe na świecie obserwatorium promieniowania gamma wyznacza nowe granice w astronomii

Chcąc poznać tajemnice wybuchających gwiazd czy czarnych dziur, naukowcy obserwują emitowane przez nie promieniowanie gamma, co jest o tyle trudne, że nie przedostaje się ono przez ziemską atmosferę. Aby dowiedzieć się, z jakiego wysokoenergetycznego procesu pochodzi dany promień gamma, naukowcy obserwują kaskady cząstek wtórnych powstających, gdy promieniowanie dociera do atmosfery. Kaskady te, tworzące niebieskie rozbłyski, zwane na cześć rosyjskiego fizyka, który je odkrył promieniowaniem Czerenkowa, trwają zaledwie kilka miliardowych części sekundy i są niewidoczne gołym okiem. Do tego występują bardzo rzadko, wytwarzając jeden foton promieniowania gamma na metr kwadratowy rocznie (w przypadku jasnych źródeł) lub na stulecie (w przypadku źródeł słabych).

Aby zwiększyć szanse na zarejestrowanie tych kaskad, konsorcjum 1 420 naukowców reprezentujących przeszło 200 instytutów z 31 krajów buduje naziemne obserwatorium promieniowania gamma o nazwie Cherenkov Telescope Array (CTA). Obserwatorium, którego powstanie jest wspierane także przez dwa finansowane przez UE projekty, CTA-PP i CTA-DEV, ma być po ukończeniu największym na świecie naziemnym instrumentem do wykrywania promieniowania gamma.

Sieć teleskopów będzie obserwować niebo z wyższą rozdzielczością energetyczną, niż było to dotąd możliwe. Jak czytamy na stronie internetowej projektu, sieć będzie miała również „nieosiągalną dotąd dokładność i będzie dziesięciokrotnie bardziej czuła niż istniejące instrumenty”. Pozwoli to na śledzenie promieniowania gamma emitowanego przez supernowe i masywne czarne dziury z wysoką precyzją, której nie są w stanie zaoferować obecne detektory promieniowania gamma.

Charakterystyka obserwatorium

CTA będzie składać się ze 118 teleskopów rozmieszczonych w dwóch lokalizacjach: w Paranal w Chile na półkuli południowej, oraz na należącej do Hiszpanii wyspie La Palma na półkuli północnej. Obserwatorium umożliwi badanie najbardziej ekstremalnych zjawisk we wszechświecie oraz dokładniejsze zrozumienie roli odgrywanej przez wysokoenergetyczne cząstki w ewolucji systemów kosmicznych. W tym celu zespół projektu wdroży teleskopy należące do trzech klas – małe, średnie i duże – umożliwiające detekcję promieniowania gamma o energiach w zakresie od 20 GeV do 300 TeV. Na półkuli południowej i północnej zostanie zainstalowane czterdzieści średnich i osiem dużych teleskopów. 70 małych teleskopów, które odznaczają się najwyższą czułością wykrywania wysokoenergetycznego promieniowania gamma, będzie działało tylko na półkuli południowej.

Prototypowy teleskop Schwarzschild-Couder Telescope (SCT), zbudowany na potrzeby projektu CTA, wykrył promieniowanie Czerenkowa po raz pierwszy 23 stycznia, niecały tydzień po rozpoczęciu pracy. Ten średniej wielkości teleskop z podwójnym zwierciadłem będzie wykrywał promieniowanie o energii od 80 GeV do 50 TeV. „Jako pierwszy tego rodzaju teleskop promieniowania gamma, SCT ma przesunąć efektywność obserwatorium CTA w kierunku teoretycznych ograniczeń technologii”, tłumaczy prof. David Williams z CTA Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, będącego partnerem projektu CTA, w komunikacie zamieszczonym na stronie internetowej projektu na początku roku.

Jakie są dalsze plany?

Projekty CTA-DEV (Cherenkov Telescope Array: Infrastructure Development and Start of Implementation) i CTA-PP (The Preparatory Phase for the Cherenkov Telescope Array (CTA-PP)) zostały już zakończone, a obserwatorium przygotowuje się na ekscytujące odkrycia. Pierwsze testowe teleskopy zostaną zainstalowane do 2020 roku, a obserwatorium ma rozpocząć działalność w 2022 roku. Zakończenie budowy obserwatorium, które będzie pierwszym tego rodzaju otwartym źródłem danych astronomicznych dla astronomów i fizyków cząstek stałych z całego świata, planowane jest na rok 2025.

Więcej informacji:
strona projektów CTA-DEV/CTA-PP