Nízkofrekvenční rádiová obloha v době zásahu kosmickým paprskem. Obrazový kredit: MPIFR. Klikni pro zvětšení.
Pomocí experimentu LOPES zaznamenal prototyp nového high-tech radioteleskopu LOFAR k detekci částic kosmického záření s ultra vysokou energií, skupina astrofyziků ve spolupráci s Max-Planck-Gesellschaft a Helmholtz-Gemeinschaft zaznamenala nejjasnější a nejrychlejší rozhlasové výbuchy, jaké kdy byly vidět na obloze. Výbuchy, jejichž detekce jsou hlášeny v tomto týdnu vydání časopisu Nature, jsou dramatické záblesky rádiového světla, které vypadají více než 1000krát jasnější než slunce a téměř milionkrát rychlejší než běžné blesky. Na velmi krátkou chvíli se tyto záblesky - které dosud do značné míry nevšimly - staly nejjasnějším světlem na obloze s průměrem dvojnásobkem velikosti měsíce.
Experiment ukázal, že rádiové záblesky jsou vytvářeny v zemské atmosféře, způsobené dopadem nejenergičtějších částic produkovaných ve vesmíru. Tyto částice se nazývají kosmické paprsky s ultra vysokou energií a jejich původ je pokračující hádankou. Astrofyzici nyní doufají, že jejich nález vrhne nové světlo na tajemství těchto částic.
Vědci použili řadu rádiových antén a velké množství detektorů částic experimentu KASCADE-Grande ve Forschungszentrum Karlsruhe. Ukázali, že kdykoli velmi energická kosmická částice zasáhla zemskou atmosféru, byl zaznamenán odpovídající radiový puls ze směru přicházející částice. Použitím zobrazovacích technik z radioastronomie skupina dokonce vytvořila digitální filmové sekvence těchto událostí a poskytla nejrychlejší filmy, jaké kdy byly vyrobeny v radioastronomii. Detektory částic jim poskytly základní informace o přicházejících kosmických paprscích.
Vědci dokázali, že síla vysílaného rádiového signálu je přímým měřítkem energie kosmického paprsku. „Je úžasné, že pomocí jednoduchých antén rádia FM můžeme měřit energii částic přicházejících z vesmíru,“ říká Prof. Heino Falcke z Nizozemské nadace pro výzkum v astronomii (ASTRON), která je mluvčím spolupráce LOPES. "Kdybychom měli citlivé rádiové oči, viděli bychom, jak se obloha třpytí rádiovými záblesky," dodává.
Vědci použili dvojice antén podobných těm, které se používají v běžných FM rozhlasových přijímačích. „Hlavním rozdílem oproti běžným rádiem je digitální elektronika a širokopásmové přijímače, které nám umožňují poslouchat mnoho frekvencí najednou,“ vysvětluje Dipl. Phys. Andreas Horneffer, postgraduální studentka University of Bonn a International Max-Planck Research School (IMPRS), která nainstalovala antény v rámci svého doktorského projektu.
V zásadě jsou některé z detekovaných rádiových záblesků dostatečně silné, aby na krátkou dobu vymazaly konvenční rozhlasový nebo televizní příjem. Aby demonstroval tento efekt, skupina převedla svůj radiový příjem události kosmického záření na zvukovou stopu (viz níže). Protože však záblesky trvají pouze asi 20 až 30 nanosekund a jasné signály se objevují pouze jednou denně, v každodenním životě by byly jen stěží rozpoznatelné.
Experiment také ukázal, že intenzita rádiového vyzařování se lišila v závislosti na orientaci magnetického pole Země. Tyto a další výsledky ověřily základní předpovědi, které byly učiněny dříve v teoretických výpočtech prof. Falckeho a jeho bývalého doktoranda Tim Huege, jakož i výpočty prof. Petera Gorhama z Havajské univerzity.
Částice kosmického paprsku neustále bombardují Zemi a způsobují malé výbuchy elementárních částic, které vytvářejí paprsek hmoty a částice anti-hmoty, které se řítí atmosférou. Nejlehčí nabité částice, elektrony a pozitrony v tomto paprsku budou odkloněny geomagnetickým polem Země, které způsobí, že budou vysílat radiové záření. Tento typ záření je dobře znám z urychlovačů částic na Zemi a nazývá se synchrotronové záření. Analogicky nyní astrofyzici hovoří o „geosynchrotronovém“ záření v důsledku interakce s magnetickým polem Země.
Rádiové záblesky byly detekovány anténami LOPES instalovanými v experimentu vzduchové sprchy s kosmickým paprskem KASCADE-Grande ve Forschungszentrum Karlsruhe v Německu. KASCADE-Grande je předním experimentem pro měření kosmického záření. „To ukazuje sílu velkého experimentu s fyzikou astropartikulí přímo v našem sousedství - to nám umožnilo také prozkoumat neobvyklé nápady, jako je tenhle,“ říká Dr. Andreas Haungs, mluvčí KASCADE-Grande.
Radioteleskop LOPES (Prototype Experimental Station) používá prototypové antény největšího radioteleskopu na světě, LOFAR, který má být postaven po roce 2006 v Nizozemsku a částech Německa. LOFAR má zcela nový design, který kombinuje množství levných nízkofrekvenčních antén, které sbírají rádiové signály z celé oblohy najednou. Superpočítač, který je připojen k vysokorychlostnímu internetu, má schopnost detekovat neobvyklé signály a pořizovat snímky zajímavých oblastí na obloze bez pohybu jakýchkoli mechanických částí. „LOPES dosáhl prvních významných vědeckých výsledků projektu LOFAR již ve fázi vývoje. To nás přesvědčuje, že LOFAR bude skutečně tak revoluční, jak jsme doufali. “ vysvětluje prof. Harvey Butcher, ředitel Nizozemské nadace pro výzkum v astronomii (ASTRON) v holandském Dwingeloo, kde se v současnosti vyvíjí LOFAR.
„Je to skutečně neobvyklá kombinace, ve které jaderní fyzici a radioastronomové společně vytvářejí jedinečný a velmi originální experiment s fyzikou astropartikulů“, uvádí Dr. Anton Zensus, ředitel Max-Planck-Institut fast rastastronomie (MPIfR) v Bonne. „Dláždí cestu pro nové detekční mechanismy ve fyzice částic a předvádí dechberoucí schopnosti dalekohledů nové generace, jako je LOFAR a později Square Kilometer Array (SKA). Najednou se spojí velké mezinárodní experimenty v různých oblastech výzkumu. “
Jako další krok chtějí astrofyzici využít nadcházející pole LOFAR v Nizozemsku a Německu pro výzkum radioastronomie a kosmického záření. Probíhají testy na integraci radiové antény do observatoře Pierra Augera pro kosmické paprsky v Argentině a možná později do druhé Augerovy observatoře na severní polokouli. „Může to být hlavní průlom v detekční technologii. Doufáme, že tuto novou techniku využijeme pro detekci a pochopení podstaty kosmických paprsků s nejvyšší energií a také pro detekci neutrinos ultrafialové energie z vesmíru, “říká prof. Johannes Blümer, programový ředitel Astroparticle Physics Association Helmholtz Association a ve společnosti Forschungszentrum Karlsruhe.
Detekce byla částečně potvrzena francouzskou skupinou pomocí velkého rádiového dalekohledu pařížské observatoře v Nanaje. Historicky byla práce na rádiovém vyzařování z kosmických paprsků poprvé provedena na konci šedesátých let s prvními nároky na detekce. Technologií těchto dnů však nebylo možné získat užitečné informace a práce rychle přestala. Mezi hlavní nedostatky patřil nedostatek zobrazovacích schopností (nyní implementovaných softwarem), nízké rozlišení času a nedostatek dobře kalibrovaného pole detektoru částic. To vše bylo překonáno experimentem LOPES.
Původní zdroj: MPI News Release
