12. júla 2024
eso

Čerenkovove ďalekohľady

Keď sa povie astronóm, tak ľudia si nepochybne automaticky predstavia vedca s ďalekohľadom. Ďalekohľad je úžasný vynález, vďaka ktorému sa nám otvoril úplne nový pohľad na vesmír. Je to vlastne taký zberač svetla. Čím väčší tento zberač máme, tak tým viac svetla vieme zozbierať a tak pozorovať menej jasné objekty.

Ďalekohľad sa predovšetkým zameriava na to, čo poznáme ako viditeľné svetlo. Zaznamenáva tak elektromagnetické žiarenie v relatívne úzkom intervale vlnových dĺžok. Spektrum elektromagnetického žiarenia je však podstatne bohatšie a to na obidve strany vlnových dĺžok. Dlhšie vlnové dĺžky predstavujú postupne infračervené žiarenie až rádiové vlny. Na opačnú stranu sú to ultrafialové žiarenie, röntgenové žiarenie až gama žiarenie.

Prečo by sme sa však chceli pozerať na vesmír v rôznych „oknách“? Práve toto nám umožňuje pozerať sa na objekty a procesy vo vesmíre, ktoré sa odohrávajú pri rôznych energiách a podrobnejšie ich študovať. Dostaneme tak výrazne ucelenejší obraz.

Sú oblasti infražiarenia a rádiových vĺn, ktoré naša atmosféra ešte celkom dobre prepúšťa a tak je možná astronómia v tejto oblasti aj zo Zeme. Pri krátkych vlnových dĺžkach je to už problém. Astronómovia museli byť kreatívni a vymyslieť techniky ako tento problém obísť.

Jeden spôsob ako to obísť je ísť mimo atmosféru. Ďalekohľady a detektory sa tak umiestňujú na vesmírne sondy. Je tu však iný problém a tým je klesajúci tok, pri vysokoenergetickom gama žiarení už bežne počítame jednotlivé fotóny. S rastúcou energiou ich tok klesá. Veľkosť vesmírnych sond, a tým aj detektorov, je limitovaná tým, čo vieme do vesmíru vyniesť. Potrebujeme veľké detektory, no pri vynášaní do vesmíru je veľkosť limitujúci faktor.

Astronómovia tak vymysleli metódu ako efektívne zaznamenávať aj fotóny pri vyšších energiách (stovky až státisíce takzvané gigaelektrónvoltov, označujeme ich GeV). Tá spočíva vo využití atmosféry ako „detektora“. Fotóny s dostatočnými energiami pri kolíziách s časticami zemskej atmosféry vytvárajú spŕšky, takzvané kaskády, sekundárnych častíc. A tieto spŕšky je možné sledovať, dokonca viacerými spôsobmi. Pôvodné kozmické gama fotóny tak sledujeme nepriamo.

Jednou z možností je rozložiť špecializované detektory citlivé na častice spŕšky na veľkej ploche. Takéto observatóriá sú napríklad v Mexiku alebo v Tibete vo výškach približne 4 km. Umiestnené sú vo vyšších nadmorských výškach, tak aby dokázali ešte efektívne zaznamenať spŕšku, ktorej energia je postupne v atmosfére viac a viac rozložená pri jej šírení k povrchu. Táto metóda umožňuje urobiť akýsi 2D rez spŕškou.

Je však možnosť pozorovať spŕšku aj celkovo ako sa vyvíja v atmosfére a dokonca urobiť jej 3D rekonštrukciu. Častice spŕšky totiž sa totiž môžu šíriť v atmosfére rýchlejšie ako je rýchlosť svetla v atmosfére. Dochádza tak k vyžarovaniu Čerenkovovho žiarenia. Spŕška tak v atmosfére svieti svetlom približne modrej farby – síce slabo, ale predsa. Toto žiarenie je už možné zaznamenať ďalekohľadom. Na ich pozorovanie sa využívajú Čerenkovove zobrazovacie ďalekohľady (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes – IACTs). Tieto majú častokrát veľké priemery primárnych zrkadiel aby slabé svetlo vedeli zachytiť. Umiestené bývajú na rozdiel od klasických teleskopov mimo kupolu. Majú ľahkú konštrukciu, tak aby sa vedeli rýchlo a efektívne otáčať za zdrojmi gama žiarenia.

V prípade, že ich je postavených viacero v rámci observatória, tak vedia urobiť aj trianguláciu spŕšky a jej 3D rekonštrukciu v atmosfére. Ich výhodou je aj to, že vidia celý vývoj spŕšky v atmosfére, čo nám dáva viac informácií na analýzu. Ich nevýhodou je to, že efektívne vedia pozorovať iba počas nocí s mimoriadne dobrým počasím, malou fázou Mesiaca a malým svetelným znečistením.

Efektívne vedia pracovať v spolupráci aj s pozemnými detektormi, tomu hovoríme hybridná detekcia. Je tak možné povedať viac o primárnych gama fotónoch. Spolupracovať vedia aj so sondami. V prípade, že sonda zaznamená záblesk gama žiarenia na oblohe a približne na oblohe určí miesto, kde sa nachádza, tak ďalekohľad sa vie na túto oblasť rýchlo zamerať a potenciálne zachytiť tento záblesk.

Sústavy takýchto ďalekohľadov sú dnes napríklad na Kanárskych ostrovoch, v Spojených štátoch alebo v Namíbii. V súčasnosti sú postavené dva takéto ďalekohľady so štvormetrovým priemerom primárneho zrkadla aj v Česku.

Plánované je nové veľké observatórium ďalšej generácie pozostávajúce z desiatok takýchto ďalekohľadov (Cherenkov Telescope Array), ktoré bude umiestnené na dvoch miestach a to na Kanárskych ostrovoch a v Čile, tak aby pokrylo južnú aj severnú pologuľu.

Čerenkovove ďalekohľady sú mimoriadne fotogenické. Je to jedinečný zážitok vidieť ako sa v ich segmentových zrkadlách za jasnej noci premieta obloha. Vrelo odporúčam.

[Patrik]

Cherenkov Telescope Array, https://www.cta-observatory.org/

Čerenkovove ďalekohľady v Česku, https://sst-1m.space/

Zdroj obrázkov: ESO

Pridaj komentár