A nagyenergiás asztrofizika új fejezete

709

Az idei év valószínűleg új időszámítás kezdete lesz a nagyenergiás fizika
területén. A CERN-ben a földfelszín alatt beindul az eddigi legnagyobb
részecskegyorsító, az LHC (Large Hardon Collider), az égen pedig
hamarosan megjelenik a szintén nemzetközi együttműködésben épült
Gamma-ray Large Area Space Telescope (GLAST), amely a remények szerint
új távlatokat nyit a nagyenergiás asztrofizikában. Az amerikai,
francia, japán, német, olasz és svéd költségvetésből elkészült műhold
olyan asztrofizikai és kozmológiai jelenségeket tanulmányoz majd, mint
az aktív galaxismagok, pulzárok, gammakitörések és a sötét anyag,
illetve olyan elméletekhez keres bizonyítékokat, mint például a
kvantumgravitáció vagy a Világegyetem extra dimenzióinak létezése.

 

A GLAST műhold (nasa.gov)

A GLAST több szempontból is a kilencvenes években üzemelő, és
mindezidáig a legnagyobb energiájú tartományt feltérképezõ
Compton űrtávcső (Compton Gamma-Ray Observatory) utódjának tekinthető.
Fedélzetén két műszer található, a Large Area Telescope (LAT) és a
GLAST Burst Monitor (GBM). Az igazi szenzációt az előbbi műszertől
várják, hiszen egy nagyságrenddel nagyobb (300 GeV feletti) energiájú
fotonokat is képes detektálni, mint elődje, ráadásul igen jó (néhány
ívpercnyi) szögfelbontással. A LAT detektort eredetileg a Stanfordban megépítendő részecskegyorsító (SLAC) mellé tervezték még a kilencvenes
évek elején, és bár az végül sosem épült meg, a kutatók észrevették a
lehetőséget a technológia világűrben való alkalmazására.

A LAT működési elve így nem véletlenül hasonló ahhoz, amit a
részecskefizikusok már a nagy földi gyorsítók detektorainál is
alkalmaznak: a beérkező fotonok egy vékony fémlapba ütközve
elektron-pozitron párokat keltenek, amelyek az egymásra helyezett
szilícium lapocskákon áthaladva apró elektromos impulzusokat hoznak
létre – ezek mérésével kiszámolható a töltött részecskék útvonala.
Ezután egy cézium-jodid kaloriméterbe érve adják le energiájukat. A
kapott adatokból nagy pontossággal meghatározható az eredeti, magányos
foton iránya és energiája. A LAT látószöge az égbolt igen jelentős
részét, körülbelül 20%-át lefedi, a GLAST keringési pályáját pedig úgy
állítják be, hogy nagyjából háromóránként a teljes égboltot
végigpásztázza. Emellett szükség esetén arra is képes, hogy huzamosabb
időn keresztül egy adott pont felé forduljon, amennyiben a kutatók
folyamatos megfigyelésre érdemes jelenségre bukkannak.

 

A LAT detektor vázlatos felépítése (balra) és az összeszerelt GLAST (jobbra) (stanford.edu)

A műszer fő tudományos feladatai között van az égbolt még nem
azonosított gammaforrásainak a feltérképezése, ilyenek például az
aktív galaxismagok (AGN-ek). Ezekben a központi fekete lyuk felé zuhanó
anyag jelentős része egy máig tisztázatlan folyamat következtében a
fénysebesség közelébe gyorsul, és a forgástengely irányában, egy szűk
nyalábban elhagyja a magot. A részecskék alacsony energiájú fotonoknak
ütközve átadják energiájuk egy részét (inverz Compton-szórás), amelyek
így a gamma-tartományba kerülnek, detektálásuk pedig közelebb vihet a
galaxismagban lezajló folyamat pontosabb megismeréséhez. Másrészt a LAT
választ keres arra, mi alkotja az Univerzum teljes tömegének legnagyobb
részét adó sötét anyagot, mivel feltételezett nagytömegű
szuperszimmetrikus részecskék annihilációs sugárzására vadászik. Kicsi
az esélye, hogy az annihilációs csúcsok észrevehetõen kiemelkednek majd
a gamma-háttérbõl, de az LHC reménybeli felfedezéseihez megerősítésül
szolgálhat.

Stephen Hawking fekete lyukak párolgásával kapcsolatos elmélete is
igazolást nyerhet, hiszen eszerint, ha léteznek miniatűr, az Univerzum
keletkezésekor nagyjából aszteroidányi tömegű fekete lyukak (MBH-k),
akkor ezeknek jelenleg a gammatartományba eső sugárzást kell
kibocsátaniuk. Ez siker esetén kísérleti bizonyítékot nyújtana a
kvantummechanika és a gravitáció közötti kapcsolatra. Az itt
felsoroltak csupán ízelítőül szolgálnak a rengeteg lehetőségből,
amelyekre a LAT válasszal kecsegtet, és nem esett szó az olyan
elméletek jóslatainak vizsgálatáról, mint a kvantumgravitáció vagy a
téridő extra dimenziói.

A GLAST másik műszere, a GBM 14 darab szcintillációs detektorból áll
(mérési tartományuk 8 keV és 25 MeV közé esik), amelyek úgy kerülnek
elhelyezésre a műhold oldalain, hogy látóterük teljesen lefedje az
égboltnak a Föld által éppen nem leárnyékolt részét. Az
elrendezés lehetővé teszi, hogy rövid idő alatt nagy pontossággal
meghatározza azoknak a hirtelen és nagy energiájú felvillanásoknak az
irányát, amelyeket jellemzően a gammakitörések és a napkitörések
okoznak. A GMB detektorai emellett igen jó időbeli és spektrális
felbontást adnak a jelenségekrõl, így a gammakitörések folyamatának
tanulmányozásában is új eredmények várhatók, hiszen a már említett
Compton űrtávcső működése óta eltelt majd egy évtizedben nem volt olyan
műszer, amely ilyen pontos felbontással szolgált volna a
gammatartományban.

 

A GBM detektorainak elhelyezkedése a műhold oldalain (balra), a
szcintillációs detektorok két típusa (jobbra fent) és az egyik detektor
fényképe (jobbra lent) (nasa.gov)

A NASA a fellövést 2008. május 16-án tervezi a Kennedy Űrközpontból,
egy Delta II hordozórakéta fedélzetén. A Föld körüli keringési pálya
alacsony, magassága a felszíntől mintegy 550 km, inklinációja 28,5 fok.
A műszerek készen állnak, jelenleg az utolsó igénybevételi tesztek
zajlanak. A mért adatok és a feldolgozásukhoz szükséges programok a
nyilvánosság számára is elérhetőek lesznek a GLAST Science Support
Center honlapján, a Guest Investigator programhoz bárki csatlakozhat,
akinek kutatómunkája a GLAST méréseire épül.

A cikk elkészítését az OTKA T048870 és T075072 téma támogatta.

Források:

Hozzászólás

hozzászólás