Odleg艂a galaktyka (w czasie i przestrzeni)
Promieniowanie gamma bardzo wysokich energii to fotony (cz膮stki elementarne - kwanty 艣wiat艂a), kt贸re posiadaj膮 energi臋 setki miliard贸w razy wi臋ksz膮 ni偶 艣wiat艂o widzialne. Energia ta jest na tyle du偶a, 偶e podr贸偶uj膮c przez przestrze艅 kosmiczn膮 mog膮 oddzia艂ywa膰 z niskoenergetycznym 艣wiat艂em wype艂niaj膮cym wszech艣wiat tworz膮c cz膮stki materialne (par臋 elektron i pozyton). Wykrycie tak energetycznych foton贸w wymaga specjalnych technik obserwacyjnych z pogranicza astronomii i fizyki cz膮stek elementarnych. Tzw. 鈥瀟eleskopy czerenkowskie鈥� (MAGIC o 17 m 艣rednicy i LST-1 o 23 m 艣rednicy) s膮 w stanie wykrywa膰 promieniowanie gamma od kilku miliard贸w do setek bilion贸w razy bardziej energetyczne ni偶 艣wiat艂o widzialne. Wsp贸lne obserwacje aktywnej galaktyki OP 313 poskutkowa艂y wykryciem emisji sprzed 8 miliard贸w lat, ustanawiaj膮c rekord najdalszego 藕r贸d艂a tego typu obserwowanego w tym zakresie energii. Promieniowanie to po drodze do Ziemi oddzia艂ywa艂o z tzw. pozagalaktycznym promieniowaniem t艂a, tj. sum膮 emisji wszystkich galaktyk i py艂u kosmicznego. Oddzia艂ywania te powoduj膮 偶e jedynie niewielka cz臋艣膰 oryginalnych foton贸w gamma jest w stanie przetrwa膰 t臋 podr贸偶 i jedynie dzi臋ki bardzo dobrej czu艂o艣ci instrument贸w, MAGIC i LST-1, obserwacje i badanie tej emisji by艂y mo偶liwe.
Odkrycie
Aktywne galaktyki s膮 to galaktyki z kt贸rych centralnej cz臋艣ci obserwowana jest silnie zmienna emisja wykraczaj膮ca poza termiczn膮 emisj臋 poszczeg贸lnych gwiazd galaktyki. Uwa偶a si臋, 偶e s膮 one zasilane poprzez spadek materii na super-masywn膮 czarn膮 dziur臋. Z niekt贸rych aktywnych galaktyk obserwuje si臋 gwa艂towne wyp艂ywy materii z pr臋dko艣ci膮 zbli偶on膮 do pr臋dko艣ci 艣wiat艂a, tzw. strugi. W przypadku OP 313 taka struga jest zwr贸cona w stron臋 Ziemi. W grudniu 2023, pierwszy z teleskop贸w Large-Sized Telescope (LST) budowanego obserwatorium Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO LST-1) wykry艂 po raz pierwszy emisj臋 promieniowania gamma bardzo wysokich energii z OP 313. Wyniki tych bada艅, prowadzonych r贸wnie偶 z udzia艂em teleskop贸w MAGIC, zosta艂y w艂a艣nie opublikowane w czasopi艣mie ().
Naukowcy pracuj膮cy we wsp贸艂pracach MAGIC i CTAO/LST przeanalizowali dane z obu instrument贸w nak艂adaj膮c silne ograniczenia na g臋sto艣膰 pozagalaktycznego promieniowania t艂a. Wraz z szerokopasmowymi obserwacjami przy ni偶szych energiach scharakteryzowali zmienno艣膰 emisji. Badania wskazuj膮 na przyspieszanie wysokoenergetycznych elektron贸w w strudze OP 313 i przyczyniaj膮 si臋 do lepszego zrozumienia proces贸w fizycznych zachodz膮cych w tego typu 藕r贸d艂ach. Pokazuj膮 r贸wnie偶 skuteczno艣膰 wsp贸lnych obserwacji prowadzonych za pomoc膮 teleskop贸w czerenkowskich, w szczeg贸lno艣ci nowej generacji teleskopu LST-1, do kt贸rego w najbli偶szym czasie do艂膮cz膮 trzy kolejne teleskopy LST w obserwatorium Roque de Los Muchachos oraz, nieco p贸藕niej, pi臋膰 teleskop贸w 艣redniej wielko艣ci MST (Medium-Sized Telescope) o 艣rednicy 12 m. Powstaj膮ca sie膰 p贸艂nocnego obserwatorium CTAO, obejmuj膮ca cztery teleskopy LST oraz pi臋膰 teleskop贸w MST, znacz膮co zwi臋kszy czu艂o艣膰 obserwacji promieniowania gamma bardzo wysokich energii i pozwoli rozszerzy膰 kosmiczny horyzont takich bada艅 do odleg艂o艣ci, kt贸re dotychczas pozostawa艂y poza zasi臋giem instrument贸w tej klasy.
MAGIC, LST-1 i CTAO
MAGIC jest systemem dw贸ch teleskop贸w czerenkowskich umieszczonych w obserwatorium Roque de Los Muchachos. Pierwszy teleskop rozpocz膮艂 obserwacje w 2003, podczas gdy drugi zosta艂 uko艅czony w 2009. Teleskopy MAGIC zrewolucjonizowa艂y astrofizyk臋 promieniowania gamma bardzo wysokich energii poprzez mo偶liwo艣膰 obserwacji w zakresie energii kt贸ry by艂 zbyt wysoki dla instrument贸w satelitarnych a zbyt niski dla poprzednich teleskop贸w czerenkowskich. Dotychczas wsp贸艂praca MAGIC opublikowa艂a ponad 200 artyku艂贸w w recenzowanych czasopismach specjalistycznych, fundamentalnie zmieniaj膮c nasze pojmowanie ekstremalnego wszech艣wiata poprzez seri臋 prze艂omowych odkry膰.
LST-1 jest pierwszym teleskopem typu Large-Sized Telescope obecnie budowanego obserwatorium CTAO, aktualnie konstruowanego na wyspie kanaryjskiej La Palma w Hiszpanii oraz na wy偶ynie Paranal w Chile. LST s膮 najwi臋kszym typem teleskop贸w CTAO. Ich konstrukcja jest zoptymalizowana dla wykrywania z du偶膮 czu艂o艣ci膮 i kr贸tkim czasem reakcji promieniowania o energiach po艣rednich pomi臋dzy zakresem obecnie dost臋pnym dla detektor贸w na orbicie Ziemi i z jej powierzchni. 23 metrowa 艣rednica, mo偶liwo艣膰 szybkiego przekierowania na dowolne miejsce na niebie, sprawiaj膮 偶e teleskopy te s膮 pot臋偶nym narz臋dziem do badania ekstremalnych zjawisk we wszech艣wiecie. LST-1 zosta艂 uko艅czony w 2018 w obserwatorium Roque de Los Muchachos i wkr贸tce do艂膮cz膮 do niego trzy kolejne teleskopy LST, ju偶 zainstalowane na terenie obserwatorium. Inauguracja sieci czterech teleskop贸w LST, planowana na 15 pa藕dziernika 2026, b臋dzie wa偶nym kamieniem milowym w historii astrofizyki promieniowania gamma bardzo wysokich energii oraz w realizacji projektu CTAO.
Materia艂 藕r贸d艂owy: Notatka prasowa Polskiej grupa LST (Uniwersytet 艁贸dzki) prof. dr hab. Julian Sitarek
Redakcja: Micha艂 Gruda (Centrum Wsp贸艂pracy z Otoczeniem)