Nizkofrekvenčno radijsko nebo v času zadetka kozmičnega žarka. Kreditna slika: MPIFR. Kliknite za povečavo.
Z eksperimentom LOPES je prototip novega visokotehnološkega radijskega teleskopa LOFAR za zaznavanje ultra-energijskih delcev kozmičnih žarkov skupina astrofizikov v sodelovanju Max-Planck-Gesellschaft in Helmholtz-Gemeinschaft zabeležila najsvetlejše in najhitrejše radijske eksplozije, ki so jih kdaj videli na nebu. Eksplozije, katerih odkritje smo poročali v tedenski številki revije Nature, so dramatični utripi radijske svetlobe, ki so več kot 1000-krat svetlejši od sonca in skoraj milijon krat hitrejši od običajne strele. Za zelo kratek trenutek ti utripi - ki so bili doslej v glavnem neopaženi - postanejo najsvetlejša luč na nebu s premerom, dvakrat večjim od lune.
Poskus je pokazal, da radijski utripi nastajajo v Zemljini atmosferi, ki jih povzročajo vplivi najbolj energijskih delcev, ki nastajajo v kozmosu. Ti delci se imenujejo ultra visokoenergijski kozmični žarki, njihov izvor pa je nenehna uganka. Zdaj astrofiziki upajo, da bo njihova ugotovitev osvetlila skrivnost teh delcev.
Znanstveniki so v Forschungszentrum Karlsruhe uporabili vrsto radijskih anten in veliko detektorjev delcev eksperimenta KASCADE-Grande. Pokazali so, da kadarkoli zelo energijski kozmični delci udarijo v Zemljino atmosfero, se iz smeri prihajajočega delca zabeleži ustrezen radio impulz. S pomočjo slikovnih tehnik iz radio astronomije je skupina celo ustvarila digitalne filmske sekvence teh dogodkov, kar je prineslo najhitrejše filme, ki so jih kdaj ustvarili v radio astronomiji. Detektorji delcev so jim nudili osnovne informacije o prihajajočih kozmičnih žarkih.
Raziskovalci so lahko pokazali, da je jakost oddajanega radijskega signala neposredno merilo energije kozmičnih žarkov. "Neverjetno je, da s preprostimi FM radio antenami lahko merimo energijo delcev, ki prihajajo iz vesolja," pravi profesor Heino Falcke iz nizozemske fundacije za raziskave astronomije (ASTRON), ki je tiskovni predstavnik LOPES-ovega sodelovanja. "Če bi imeli občutljive radijske oči, bi videli, kako nebo blešča z radijskimi utripi," doda.
Znanstveniki so uporabili pare anten, podobnih tistim, ki se uporabljajo v običajnih sprejemnikih FM radia. "Glavna razlika med običajnimi radijskimi napravami je digitalna elektronika in širokopasovni sprejemniki, ki nam omogočajo poslušanje številnih frekvenc hkrati," pojasnjuje Dipl. Phys. Andreas Horneffer, podiplomski študent Univerze v Bonnu in Mednarodne raziskovalne šole Max-Planck (IMPRS), ki je postavil antene kot del svojega doktorskega projekta.
Načeloma so nekatere odkrite radijske bliskavice pravzaprav dovolj močne, da za kratek čas izbrišejo običajne radijske ali televizijske sprejemnike. Da bi pokazali ta učinek, je skupina svoj radijski sprejem kozmičnega žarka pretvorila v zvočni posnetek (glej spodaj). Ker pa utripi trajajo le kakšnih 20-30 nanosekund, svetle signali pa se zgodijo le enkrat na dan, jih v vsakdanjem življenju težko prepoznamo.
Poskus je tudi pokazal, da se radijska oddaja spreminja v jakosti glede na orientacijo magnetnega polja Zemlje. Ta in drugi rezultati so potrjevali osnovna predvidevanja, ki so jih v teoretičnih izračunih pred časom podala profesor Falcke in njegov nekdanji doktorski študent Tim Huege ter izračuni prof. Petra Gorhama z univerze na Havajih.
Delci kozmičnih žarkov nenehno bombardirajo zemljo, kar povzroča majhne eksplozije elementarnih delcev, ki tvorijo snop snovi in delcev proti snovi, ki se pretakajo skozi ozračje. Najlažji nabiti delci, elektroni in pozitroni v tem snopu se odbijejo od geomagnetnega polja Zemlje, ki povzroči, da oddajajo radijsko oddajanje. Ta vrsta sevanja je dobro znana iz pospeševalcev delcev na Zemlji in se imenuje sinhrotronsko sevanje. Po analogiji astrofiziki zdaj govorijo o "geosinkrotronskem" sevanju zaradi interakcije z magnetnim poljem Zemlje.
Radijske bliskavice so zaznale antene LOPES, nameščene v eksperimentalnem zračnem prstu KASCADE-Grande v Forschungszentrum Karlsruhe v Nemčiji. KASCADE-Grande je vodilni eksperiment za merjenje kozmičnih žarkov. "To kaže na moč eksperimentalnega eksperimentiranja fizike z delci neposredno v naši soseščini - to nam je dalo možnost, da raziskujemo tudi nenavadne ideje," pravi dr. Andreas Haungs, tiskovni predstavnik KASCADE-Grande.
Radioteleskop LOPES (prototipna eksperimentalna postaja LOFAR) uporablja prototipne antene največjega radioteleskopa na svetu, LOFAR, ki bodo zgrajene po letu 2006 na Nizozemskem in v delih Nemčije. LOFAR ima novo radikalno zasnovo, ki združuje množico poceni nizkofrekvenčnih anten, ki naenkrat zbirajo radijske signale s celotnega neba. Superračunalnik, ki ga povezuje hitri internet, ima nato možnost zaznati nenavadne signale in ustvarjati slike zanimivih regij na nebu, ne da bi premikal mehanske dele. „LOPES je prve večje znanstvene rezultate projekta LOFAR dosegel že v razvojni fazi. Tako smo prepričani, da bo LOFAR res tako revolucionaren, kot smo si upali. " razlaga prof. Harvey Butcher, direktor nizozemske fundacije za raziskave astronomije (ASTRON) v Dwingelou na Nizozemskem, kjer se trenutno razvija LOFAR.
"To je res nenavadna kombinacija, kjer jedrski fiziki in radioastronomi sodelujejo pri ustvarjanju edinstvenega in zelo izvirnega eksperimenta fizike astro delcev," trdi dr. Anton Zensus, direktor Maxa-Planck-Instituta za radioastronomijo (MPIfR) v Bonn "To utira pot novim mehanizmom zaznavanja v fiziki delcev, pa tudi za prikaz osupljivih zmogljivosti teleskopov nove generacije, kot so LOFAR in kasneje Square Kilometer Array (SKA). Nenadoma se združijo veliki mednarodni eksperimenti na različnih raziskovalnih področjih. "
Kot naslednji korak želijo astrofiziki uporabiti prihajajoči niz LOFAR na Nizozemskem in v Nemčiji za radioastronomijo in raziskave kozmičnih žarkov. V teku so preizkusi za vključitev radijske antene v observatorij Pierre Auger za kozmične žarke v Argentini in morda pozneje v drugi Augerjev observatorij na severni polobli. "To je morda velik preboj tehnologije za odkrivanje. Upamo, da bomo uporabili to novo tehniko za zaznavanje in razumevanje narave kozmičnih žarkov z najvišjo energijo in tudi za zaznavanje ultra visoko energijskih nevtrinov iz kozmosa, "pravi prof. Johannes Bl? Mer, programerski direktor združenja Helmholtz in prof. na Forschungszentrum Karlsruhe.
Zaznavo je delno potrdila francoska skupina z velikim radijskim teleskopom pariškega observatorija v Nan? Ayu. Zgodovinsko gledano je bilo delo na radijski oddaji iz kozmičnih žarkov prvič izvedeno v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja s prvimi trditvami o zaznavah. Vendar s temi tehnologijami teh dni ni bilo mogoče črpati nobenih koristnih informacij in delo je hitro prenehalo. Glavne pomanjkljivosti so bile pomanjkanje zmogljivosti slikanja (zdaj jih izvaja programska oprema), nizka časovna ločljivost in pomanjkanje dobro umerjene matrike detektorskih delcev. Vse to smo premagali s poskusom LOPES.
Izvirni vir: MPI News Release
