|
Гамма-обсерватория для исследования экстремальной Вселенной
|
|
|
|
Давно прошли те времена, когда астрономы изучали небо только с помощью простых оптических телескопов. Сегодня для раскрытия тайн Вселенной требуются все более крупные и сложные объекты, которые обнаруживают такие вещи, как гравитационные волны и различные формы электромагнитного излучения — спектр энергии, включающий видимый свет и рентгеновские лучи. Одной из особо специализированных ветвей астрономии является гамма-астрономия. Он делает то, что написано на банке, ищет гамма-лучи, которые являются наиболее энергичными фотонами (частицами света) в электромагнитном спектре. На самом деле, они в миллионы раз более энергичны, чем видимый нами свет.
|
|
|
|
В астрономии гамма-лучи образуются в результате некоторых из самых горячих и энергичных явлений во Вселенной, таких как взрывы звезд и черные дыры, яростно «питающиеся» окружающей материей. Хотя гамма-лучи в настоящее время связаны с десятками различных типов источников, во многих случаях мы до сих пор точно не знаем, какие виды энергетических частиц создают эти лучи. Удивительно, но гамма-астрономия получит мощный толчок благодаря новому объекту. Как только глобально распределенная система черенковских телескопов (CTA) будет завершена, она будет просматривать гамма-лучи неба с в десять раз большей чувствительностью, чем это возможно в настоящее время.
|
|
|
Ожидается, что с помощью более чем 60 телескопов CTA обеспечит глубокое понимание природы темной материи — невидимого гипотетического типа материи, составляющей около 85% массы Вселенной. Массив также может помочь решить одну из самых давних загадок в астрономии: откуда берутся частицы космических лучей (энергетические ядра и электроны в нашей галактике и за ее пределами). Гамма-лучи связаны с этими частицами, что позволяет отслеживать их. Гамма-астрономия зародилась в начале 1960-х годов, когда были разработаны космические спутники для поиска энергетического излучения из космоса.
|
|
|
|
Миссия НАСА «Ферми», запущенная в 2008 году на низкую околоземную орбиту, на сегодняшний день каталогизировала несколько тысяч источников гамма-излучения. Космический аппарат «Ферми» продолжает вести круглосуточное наблюдение за небом в режиме реального времени, измеряя гамма-лучи с энергиями, достигающими нескольких тысяч гигаэлектронвольт. Это примерно в триллион раз больше энергии видимого света. Для изучения гамма-лучей с еще более высокими энергиями нужны наземные методы. Хотя земная атмосфера защищает нас от радиации из космоса, мы все же можем обнаружить вторичные эффекты этой защиты на земле.
|
|
|
|
Это потому, что когда гамма-луч взаимодействует с атмосферой Земли, он вызывает электромагнитный каскад или «воздушный дождь» из более чем миллиарда вторичных частиц. Эти частицы в основном представляют собой электроны и их партнеров из антивещества, называемых позитронами. Эти воздушные ливни составляют около 30-50% естественной радиации, которую мы испытываем в своей жизни. Хотя ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме, заряженные частицы, такие как электроны и позитроны (антиэлектроны), на самом деле могут двигаться быстрее света при движении в воздухе.
|
|
|
|
Когда это происходит, создается ударная волна в виде вспышки синего и ультрафиолетового света. Эта вспышка, названная излучением Черенкова, названа в честь советского физика Павла Черенкова, который впервые обнаружил это явление в 1934 году (и получил за него Нобелевскую премию по физике в 1958 году вместе с двумя коллегами). Голубое свечение черенковского излучения можно увидеть в водоемах-охладителях, окружающих атомные энергетические реакторы.На уровне земли телескопы с большими зеркалами и чувствительными камерами могут обнаруживать черенковский свет, создаваемый гамма-лучами, попадающими в нашу атмосферу. Этим камерам требуется всего около десяти наносекунд, чтобы запечатлеть черенковскую вспышку на ярком фоне звездного и лунного света.
|
|
|
|
Первые черенковские телескопы были разработаны в 1960-х годах. После многих вариантов именно телескоп Уиппла в Соединенных Штатах в 1989 году обнаружил фотоны гамма-излучения, исходящие из Крабовидной туманности. Это был первый случай обнаружения гамма-лучей с энергией более 1000 гигаэлектронвольт (или 1 тераэлектронвольт, ТэВ). Так родилась тераэлектронвольтная гамма-астрономия. Сегодня все три лучших в мире ТэВ-установки гамма-излучения — HESS в Намибии, MAGIC в Ла-Пальме, Испания и VERITAS в Аризоне — обнаружили более 200 ТэВ-источников гамма-излучения. Эти мощные лучи связаны с космическими областями ускорения частиц, такими как пульсары, остатки сверхновых, массивные звездные скопления и сверхмассивные черные дыры в Млечном Пути и других галактиках.
|
|
|
|
HESS показал, что наша галактика Млечный Путь богата «светом» гамма-излучения ТэВ, в том числе в центре галактики. Гамма-лучи в ТэВ также видны из загадочных гамма-всплесков и других мимолетных, переходных событий. Теперь они помогают нам понять экстремальные условия, в которых создаются гамма-лучи. CTA следующего поколения будет использовать уроки, извлеченные из HESS, VERITAS и MAGIC, за счет увеличения количества развернутых на земле телескопов до более чем 60 телескопов. CTA также будет использовать комбинацию телескопов трех разных размеров, оптимизированных для трех энергетических диапазонов гамма-излучения, что обеспечит беспрецедентную производительность и «резкость».
|
|
|
|
Он будет иметь массивы в двух местах на земле: один в Паранале, Чили (51 телескоп) в Южном полушарии, и один в Ла-Пальме (13 телескопов) в Северном полушарии. В CTA приняли участие более 1000 ученых, в том числе австралийские ученые из семи университетов. Работа идет хорошо: первый северный телескоп уже обнаружил гамма-лучи от Крабовидной туманности и несколько гамма-вспышек от активных галактик, питаемых сверхмассивными черными дырами. Через несколько лет мы ожидаем, что первые южные телескопы также будут обнаруживать гамма-лучи, что приведет к еще большему количеству открытий. С помощью CTA у нас будет новое понимание того, где в нашем Млечном Пути происходит экстремальное ускорение частиц.
|
|
|
|
Источник
|
