Večina ljudi, ki jih zanima astronomija, ve za Rakovo meglico. To je ostanek supernove v ozvezdju Bik, njegova podoba pa je povsod. Google »Hubble slike« in je prav tam z drugimi priljubljenimi množicami, kot je Stebri ustvarjanja .
Rakova meglica je eden najbolj raziskanih objektov v astronomiji. To je najsvetlejši vir gama žarkov na nebu in to dejstvo se uporablja za vzpostavitev funkcije novega teleskopa, imenovanega Schwarschild-Couder teleskop.
Supernova, ki je zapustila Rakova meglica zadaj eksplodirala pred približno tisoč leti, leta 1054. Imenuje se SN 1054 , kitajski astronomi pa so dogodek posneli. Na to se je seznanila tudi peščica drugih kultur po svetu. Iz neznanega razloga se o tem v Evropi takrat malo ali sploh ne omenja.
Sama Rakova meglica je plinska lupina, ki se širi zaradi eksplozije zvezde, ki se premika navzven s 1500 kilometri na sekundo (930 mi/s) ali 0,5 % svetlobne hitrosti. V notranjosti meglice je Rakov Pulsar . Ko so leta 1968 prvič odkrili Crab Pulsar, je bil to prvič, da je bil pulsar povezan s supernovo.
Rakova meglica, vidna v radio , infrardeči , vidna svetloba , ultravijolično , rentgenski žarki , in gama žarki (8. marec 2015). Zasluge slike: Na podlagi datoteke: Rakova meglica v multiwavelength.png avtorja Torres997: javna domena, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=38800932
Crab Pulsar oddaja odtekajoč relativistični veter, ki ustvarja sinhrotronsko sevanje. Ko to sevanje udari v material v okoliški meglici, ustvari močne emisije žarkov gama.
In tu je na novo razvito prototip Schwarzschild-Couderjevega teleskopa (pSCT) pride.
'Vzpostavili smo to novo tehnologijo, ki bo merila gama žarke z izjemno natančnostjo, kar bo omogočilo prihodnja odkritja.'
Justin Vandenbroucke, izredni profesor na Univerzi v Wisconsinu.
pSCT je nova zasnova teleskopa, ki jo razvija Čerenkovski teleskopski niz konzorcij. CT Array bo vseboval več kot sto zemeljskih teleskopov, ki opazujejo v delu gama žarkov elektromagnetnega spektra. pSCT je ključnega pomena za ta prizadevanja in to opazovanje gama žarkov iz Rakovice meglice je mamljiv okus tega, kar prihaja.
Če razmišljate: »Počakaj malo. Gama žarki ne morejo doseči Zemlje,' imaš prav. The Comptonov observatorij gama žarkov , in Vesoljski teleskop Fermi z gama žarki , so svoje delo opravili v orbiti Zemlje, nad motečo atmosfero. To je zato, ker gama žarki ne morejo doseči zemeljske površine.
Toda ko žarki gama komunicirajo z atmosfero, proizvedejo tako imenovano Čerenkovsko sevanje . In sevanje Čerenkova je mogoče opaziti.
Gama žarke je mogoče zlahka zaznati v vesolju. Leta 1991 je vesoljski shuttle Atlantis izstrelil Compton Gamma Ray Observatory. Na tej sliki se observatorij po izstrelitvi odmika od Atlantide. Zasluge slike: NASA/Ken Cameron – https://www.nasa.gov/image-feature/april-7-1991-deployment-of-breakthrough-gamma-ray-observatory (povezava do slike), javna domena, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=48049410
Čerenkovsko sevanje iz žarkov gama, ki zadenejo atmosfero, je preveč šibko, da bi ga lahko videli s človeškimi očmi. Toda novi pSCT je inovativen kos tehnologije, zasnovan z mislijo na sevanje Čerenkova. Z odkrivanjem kaskade Čerenkovskega sevanja, ki nastane, ko žarki gama udarijo v Zemljino atmosfero, lahko raziskovalci spoznajo gama žarke in njihove vire.
'Rakova meglica je najsvetlejši stabilen vir TeV ali zelo visokoenergijskih žarkov gama na nebu, zato je njeno odkrivanje odličen način za dokazovanje tehnologije pSCT,' je povedal Justin Vandenbroucke, izredni profesor na Univerzi v Wisconsinu. 'Zelo visokoenergijski gama žarki so fotoni z najvišjo energijo v vesolju in lahko razkrijejo fiziko ekstremnih objektov, vključno s črnimi luknjami in morda temno snovjo,' je dejal Vandenbroucke v izjava za javnost .
Razvoj pSCT in CT Array obljublja začetek nove dobe v opazovanju žarkov gama in astronomiji žarkov gama.
Gostje otvoritve pSCT januarja 2019 se zberejo pred teleskopom.
Zasluge: Deivid Ribeiro, Univerza Columbia.
'Vzpostavili smo to novo tehnologijo, ki bo merila gama žarke z izjemno natančnostjo, kar bo omogočilo prihodnja odkritja,' je dejal Vandenbroucke. 'Astronomija gama žarkov je že v središču nove astrofizike z več sporočili, tehnologija SCT pa jo bo naredila še pomembnejšega.'
Visokoenergetska astronomija gama žarkov je relativno mlado področje. Gama žarki imajo fotonske energije nad 100 keV (kiloelektronski volti). Lahko segajo od tam do tako imenovanega ultravisokoenergijski gama žarki , kjer je energija fotona lahko višja od sto TeV. Ti žarki so bili potrjeni šele leta 2019, njihov vir pa je bilo središče Rakovice.
'Pred dobrimi tremi desetletji so bili žarki gama TeV prvič odkriti v vesolju, iz Rakovice meglice, na isti gori, kjer je pSCT danes,' je dejal Vandenbroucke. »To je bil pravi preboj, ko smo odprli kozmično okno s svetlobo, ki je bilijonkrat bolj energična, kot jo lahko vidimo z našimi očmi. Danes uporabljamo dve zrcalni površini namesto ene ter najsodobnejše senzorje in elektroniko za preučevanje teh gama žarkov z odlično ločljivostjo.
Rentgenska slika Rakovice in pulsarja. Gama žarki nastanejo, ko relativistično sinhrotronsko sevanje pulzarja udari v material v meglici. Slika rentgenskega observatorija Chandra, NASA/CXC/SAO/F. Seward.
pSCT je dvojno zrcalna različica prejšnjih čerenkovskih teleskopov. Dvojna ogledala predstavljajo velik tehnološki preskok pri opazovanju zelo visokoenergijskih žarkov gama. Dodatek sekundarnega ogledala omogoča boljše zaznavanje šibkih virov žarkov gama in več podrobnosti slike.
'V zadnjih 50 letih smo uspešno razvili način, na katerega se je astronomija gama žarkov izvajala, kar je omogočilo izvedbo študij v veliko krajšem času,' je dejal Wystan Benbow, direktor VERITAS, drugega opazovalnega teleskopa Čerenkova. 'Še posebej bo koristilo več prihodnjih programov, vključno z raziskavami neba z gama žarki, študijami velikih objektov, kot so ostanki supernove, in iskanjem analogov astrofizičnih nevtrinov in gravitacijskih valov.'
Zemljevid neba, posnet s pSCT, nad območjem s središčem na Rakovici, zaznava Rakovice, označene na sredini.
Zasluge: CTA/SCT partnerstvo.
'Prvič smo predlagali zamisel o uporabi tega optičnega sistema v astronomiji gama žarkov TeV pred skoraj 15 leti in moji kolegi in jaz smo sestavili ekipo v ZDA in na mednarodni ravni, da bi dokazali, da bi ta tehnologija lahko delovala,' je povedal prof. Vladimir Vasiliev, Glavni raziskovalec, pSCT. 'Kar je bila nekoč teoretična meja te tehnologije, je zdaj dobro dosegljiva, nenehne izboljšave tehnologije in elektronike pa bodo še povečale našo sposobnost zaznavanja žarkov gama pri ločljivostih in hitrostih, o katerih smo nekoč le sanjali.'
Kar je vznemirljivo pri SCT, je način, kako ga je mogoče uporabiti za preučevanje vprašanj v kozmologiji in astrofiziki. To odkrivanje gama žarkov iz razumljenega vira gama žarkov je bilo le test, kalibracija, in če so tukaj citirani znanstveniki navdušeni, je enostavno razumeti, zakaj.
V skladu s supersimetrijo delci temne snovi, znani kot nevtralini (ki jih pogosto imenujemo WIMPs), uničijo drug drugega, kar ustvarja kaskado delcev in sevanja, ki vključuje srednjeenergijske gama žarke. Upajmo, da jih bo teleskop Schwarschild-Couder lahko zaznal. Zasluge: Sky & Telescope / Gregg Dinderman.
Glavno vprašanje v kozmologiji se nanaša na naravo temne snovi. Ena od hipotez o naravi temne snovi so WIMPs, šibko medsebojno delujoči masivni delci. (Imenujejo se tudi nevtralini.) Nekatere teorije navajajo, da WIMP-ji med interakcijo uničijo in proizvajajo gama žarke. Niz SCT se lahko uporablja za sondiranje območij v vesolju, kjer je temna snov zelo gosta. In SCT je dovolj občutljiv, da zazna te signale.
Ali nam bo SCT pomagal rešiti skrivnost temne snovi? Znanstveniki upajo, da v kombinaciji z drugimi prizadevanji, kot je Veliki hadronski trkalnik in podzemnih detektorjev WIMP, lahko resnično napredujejo.
pSCT se nahaja na observatoriju Fred Lawrence Whipple v Amadu v Arizoni. Konzorcij, ki stoji za njim, imenovan Konzorcij Cherenkov Telescope Array Consortium, je mednarodno prizadevanje za razvoj astronomije gama žarkov s zemeljskimi observatoriji. Sestavljen je iz 11 ločenih držav in ESO.
