Nízkofrekvenčné rádiové nebo v čase zásahu kozmickým žiarením. Obrazový kredit: MPIFR. Klikni na zväčšenie.
Na základe experimentu LOPES zaznamenal prototyp nového high-tech rádiového teleskopu LOFAR na detekciu častíc kozmického žiarenia ultra vysokej energie skupina astrofyzikov v spolupráci s Max-Planck-Gesellschaft a Helmholtz-Gemeinschaft najjasnejšiu a najrýchlejšiu rádio výbuchy, aké kedy boli na oblohe. Výbuchy, ktorých detekcia sa uvádza v tomto týždennom čísle časopisu Nature, sú dramatické záblesky rádiového svetla, ktoré sa javia viac ako 1000-krát jasnejšie ako slnko a takmer miliónkrát rýchlejšie ako bežné blesky. Na krátku chvíľu sa tieto záblesky - ktoré sa doteraz do značnej miery nevšimli - stali najjasnejším svetlom na oblohe s priemerom dvojnásobkom veľkosti mesiaca.
Experiment ukázal, že rádiové záblesky vznikajú v zemskej atmosfére, ktoré sú spôsobené dopadom najenergetickejších častíc produkovaných vo vesmíre. Tieto častice sa nazývajú kozmické lúče s veľmi vysokou energiou a ich pôvod je pokračujúcou hádankou. Astrofyzici teraz dúfajú, že ich nález vrhne nové svetlo na tajomstvo týchto častíc.
Vedci použili rad rádiových antén a veľké množstvo detektorov častíc experimentu KASCADE-Grande vo Forschungszentrum Karlsruhe. Ukázali, že kedykoľvek veľmi energická kozmická častica zasiahne zemskú atmosféru, zaznamená sa zodpovedajúci rádiový impulz zo smeru prichádzajúcej častice. Pomocou zobrazovacích techník z rádiovej astronómie skupina dokonca vytvorila digitálne filmové sekvencie týchto udalostí a poskytla najrýchlejšie filmy, aké kedy vznikli v rádiovej astronómii. Detektory častíc im poskytli základné informácie o prichádzajúcich kozmických lúčoch.
Vedci dokázali, že sila vyžarovaného rádiového signálu je priamym meradlom energie kozmického žiarenia. „Je úžasné, že pomocou jednoduchých antén rádia FM dokážeme zmerať energiu častíc pochádzajúcich z vesmíru,“ hovorí Prof. Heino Falcke z Holandskej nadácie pre výskum v astronómii (ASTRON), ktorá je hovorcom spolupráce LOPES. „Keby sme mali citlivé rádiové oči, videli by sme, ako sa obloha rozžiaria rádiovými zábleskami,“ dodáva.
Vedci použili dvojice antén podobných anténam používaným v bežných rozhlasových prijímačoch FM. „Hlavným rozdielom oproti bežným rádiám je digitálna elektronika a širokopásmové prijímače, ktoré nám umožňujú počúvať veľa frekvencií naraz,“ vysvetľuje Dipl. Phys. Andreas Horneffer, postgraduálna študentka University of Bonn a International Max-Planck Research School (IMPRS), ktorá nainštalovala antény ako súčasť svojho doktorandského projektu.
V zásade sú niektoré zo zistených rádiových zábleskov dosť silné na to, aby na krátky čas vymazali bežný rozhlasový alebo televízny príjem. Na demonštráciu tohto efektu skupina zmenila svoj rádiový príjem udalosti kozmického žiarenia na zvukovú stopu (pozri nižšie). Keďže však záblesky trvajú iba asi 20 až 30 nanosekúnd a jasné signály sa vyskytujú iba raz denne, v každodennom živote by boli ťažko rozpoznateľné.
Experiment tiež ukázal, že intenzita rádiového žiarenia sa menila v závislosti od orientácie magnetického poľa Zeme. Tieto a ďalšie výsledky potvrdili základné predpovede, ktoré boli urobené skôr v teoretických výpočtoch prof. Falckeho a jeho bývalého doktoranda Tim Huege, ako aj vo výpočtoch prof. Petra Gorhama z Havajskej univerzity.
Častice kozmického žiarenia neustále bombardujú Zem a spôsobujú malé explózie elementárnych častíc, ktoré vytvárajú lúč hmoty a častice anti-hmoty prúdiace atmosférou. Najľahšie nabité častice, elektróny a pozitróny v tomto lúči budú odklonené geomagnetickým poľom Zeme, ktoré im spôsobí vyžarovanie rádiových emisií. Tento typ žiarenia je dobre známy z urýchľovačov častíc na Zemi a nazýva sa synchrotrónové žiarenie. Analogicky astrofyzici teraz hovoria o „geosynchrotrónovom“ žiarení v dôsledku interakcie s magnetickým poľom Zeme.
Rádiové záblesky boli zistené anténami LOPES inštalovanými v experimente s kozmickým lúčom s kozmickým lúčom KASCADE-Grande vo Forschungszentrum Karlsruhe v Nemecku. KASCADE-Grande je popredný experiment na meranie kozmického žiarenia. „Toto ukazuje silu experimentu s fyzikou astropartikúl priamo v našom susedstve - to nám dáva flexibilitu na skúmanie neobvyklých nápadov, ako je tento,“ hovorí Dr. Andreas Haungs, hovorkyňa spoločnosti KASCADE-Grande.
Rádioteleskop LOPES (prototypová experimentálna stanica LOFAR) využíva prototypové antény najväčšieho rádiového teleskopu na svete, LOFAR, ktorý sa má postaviť po roku 2006 v Holandsku a niektorých častiach Nemecka. LOFAR má radikálny nový dizajn kombinujúci množstvo lacných nízkofrekvenčných antén, ktoré zhromažďujú rádiové signály z celej oblohy súčasne. Superpočítač pripojený k vysokorýchlostnému internetu má potom schopnosť detekovať neobvyklé signály a vytvárať obrázky zaujímavých oblastí na oblohe bez pohybu akýchkoľvek mechanických častí. „LOPES dosiahol prvé významné vedecké výsledky projektu LOFAR už vo fáze vývoja. To nás presvedčilo, že LOFAR bude skutočne taký revolučný, ako sme dúfali. “ vysvetľuje prof. Harvey Butcher, riaditeľ Holandskej nadácie pre výskum v astronómii (ASTRON) v holandskom Dwingeloo, kde sa v súčasnosti LOFAR vyvíja.
„Je to skutočne nezvyčajná kombinácia, v ktorej jadroví fyzici a rádioastronómovia spolupracujú na vytvorení jedinečného a vysoko originálneho experimentu z fyziky astropartikúl“, uvádza Dr. Anton Zensus, riaditeľ Max-Planck-Institut pre rádioastronómiu (MPIfR) v Bonn. „Dláždi cestu novým detekčným mechanizmom vo fyzike častíc a demonštrujú dychberúce schopnosti ďalekohľadov novej generácie, ako je LOFAR a neskôr štvorcový kilometer Array (SKA). Zrazu sa stretnú veľké medzinárodné experimenty v rôznych oblastiach výskumu. “
Ako ďalší krok chcú astrofyzici využiť nadchádzajúce pole LOFAR v Holandsku a Nemecku na výskum v oblasti rádioastronómie a kozmického žiarenia. Prebieha test na integráciu rádiovej antény do observatória Pierra Augera pre kozmické lúče v Argentíne a pravdepodobne neskôr do druhého observatória Auger na severnej pologuli. „Môže to byť zásadný prielom v detekčnej technológii. Dúfame, že túto novú techniku použijeme na detekciu a pochopenie povahy kozmických lúčov s najvyššou energiou a tiež na detekciu neutrín s ultravysokou energiou z vesmíru, “hovorí prof. Johannes Blümer, riaditeľ programu Astroparticle Physics Association of Helmholtz Association a vo Forschungszentrum Karlsruhe.
Detekcia bola čiastočne potvrdená francúzskou skupinou pomocou veľkého rádiového teleskopu parížskeho observatória v Nanay. Historicky sa práca na rádiovej emisii z kozmického žiarenia prvýkrát uskutočnila koncom 60. rokov 20. storočia s prvými nárokmi na detekcie. Vďaka dnešnej technológii však nebolo možné získať užitočné informácie a práca sa rýchlo skončila. Hlavnými nedostatkami boli nedostatok zobrazovacích schopností (teraz implementovaných softvérom), nízke rozlíšenie času a nedostatok dobre kalibrovaného poľa detektora častíc. To všetko bolo prekonané experimentom LOPES.
Pôvodný zdroj: MPI News Release
