Ultraszybka kamera – polski wkład w astronomię najwyższych energii

Cherenkov Telescope Array to jeden z największych projektów astronomicznych na świecie, którego celem jest budowa naziemnych obserwatoriów służących do badań wysokoenergetycznego promieniowania gamma w kosmosie. W to wielkie przedsięwzięcie zaangażowanych jest ponad 1000 naukowców z całego świata, w tym duży zespół z Polski, w skład którego wchodzą także badacze z Akademii Górniczo-Hutniczej. Wraz ze specjalistami z Uniwersytetu Jagiellońskiego, odpowiadali oni za opracowanie kamery teleskopu, która pod wieloma aspektami okazała się lepsza od urządzeń zaproponowanych przez partnerów zza granicy. Wyposażony w nią prototypowy teleskop w Obserwatorium w Ondřejovie zarejestrował pod koniec lutego 2022 r. pierwsze błyski spowodowane fotonami gamma kosmicznego pochodzenia - informuje biuro prasowego AGH.

Astronomia najwyższych energii
- Promieniowanie gamma (oznaczane grecką literą γ) jest najbardziej energetyczną postacią promieniowania elektromagnetycznego. Jego ziemskim źródłem są między innymi wybuchy jądrowe bomb atomowych, powodujące emisję wysoce jonizujących wiązek fotonów, które są groźne dla zdrowia i życia człowieka. Ten rodzaj promieniowania odpowiada również za najjaśniejsze zjawiska na niebie, czyli trwające bardzo krótko rozbłyski gamma (ang. GRB). Początkowo myślano, że ich kosmicznym źródłem muszą być zdarzenia w naszej Galaktyce, gdyż obserwowane energie były nadzwyczaj wysokie – niemal milion razy większe niż przy wybuchu bomby atomowej. Wkrótce jednak potwierdzono hipotezę Bohdana Paczyńskiego, wybitnego polskiego astrofizyka, który przekonywał, że źródła tych błysków są z pewnością pozagalaktyczne. Dzisiaj już wiadomo, iż fotony γ dochodzą do Ziemi z odległości miliardów lat świetlnych i – podobnie jak w przypadku eksplozji jądrowych – pochodzą one z wielkich katastrof: wybuchów super- i hipernowych, zderzeń czarnych dziur i gwiazd neutronowych - czytamy na stronie uczelni.

I dalej uczelnia informuje, że we Wszechświecie istnieją gigantyczne akceleratory cząsteczek, generujące promieniowanie o energiach, które są nie do osiągnięcia w warunkach ziemskich. Jak to się jednak dzieje, że człowiek nie odczuwa jego negatywnych skutków? Odpowiedź jest prosta: chroni go przed tym ziemska atmosfera, rozpraszająca energię groźnych fotonów γ. Tarcza ta stanowi zarazem problem dla obserwatorów, którzy chętnie badaliby tajemnice kosmosu najwyższych energii.

Dlatego też pierwsze detektory promieniowania gamma umieszczono na orbicie, lecz na skutek wielu związanych z tym ograniczeń nie było to satysfakcjonujące rozwiązanie – najbardziej energetyczne fotony γ pozostawały poza zasięgiem astronomów. Wówczas naukowcy wpadli na genialny pomysł polegający na wykorzystaniu jako detektora samej atmosfery. Okazało się, że jest to możliwe dzięki promieniowaniu Czerenkowa, które jest emitowane w wyniku oddziaływania fotonów γ z ziemską powłoką gazową. Objawia się ono jako błyski niebieskiego światła, które można by zaobserwować przy użyciu odpowiednich teleskopów optycznych.

- Na tego typu idei oparty jest jeden z największych projektów astronomicznych na świecie, czyli Cherenkov Telescope Array (CTA), nazwany na cześć odkrywcy wspomnianego wyżej promieniowania. Polega on na budowie naziemnych obserwatoriów astronomicznych, które będą w stanie odnotować bardzo krótkie (trwające kilka miliardowych sekundy) błyski w ziemskiej atmosferze wywołane przez fotony γ. Jako że promieniowanie Czerenkowa należy do widzialnego spektrum promieniowania elektromagnetycznego, może być zarejestrowane przy użyciu teleskopów optycznych -  czytamy w informacji prasowej.