Niskofrekventno radio nebo u trenutku udara kozmičke zrake. Kreditna slika: MPIFR. Klikni za veću sliku
Koristeći eksperiment LOPES, prototip novog visokotehnološkog radio-teleskopa LOFAR za otkrivanje ultra-visokih energetskih čestica kosmičkih zraka, skupina astrofizičara, u suradnji Max-Planck-Gesellschaft i Helmholtz-Gemeinschaft, zabilježila je najsjajniji i najbrži radio eksplozije ikad viđene na nebu. Eksplozije, o čijoj se detekciji izvještava u ovotjednom broju časopisa Nature, dramatični su bljeskovi radio svjetla koji izgledaju više od 1000 puta sjajnije od sunca i gotovo milijun puta brži od normalne munje. U kratkom trenutku ti bljeskovi - koji su do sada većinom prošli nezapaženo - postaju najsjajnija svjetlost na nebu s promjerom dva puta većim od mjeseca.
Eksperiment je pokazao da se radio bljeskovi proizvode u Zemljinoj atmosferi uzrokovani utjecajem najenergičnijih čestica proizvedenih u kozmosu. Te se čestice nazivaju kozmičkim zrakama ultra visoke energije i njihovo je podrijetlo neprestana zagonetka. Sada se astrofizičari nadaju da će njihov nalaz osvijetliti tajnu tih čestica.
Znanstvenici su koristili niz radio antena i veliki niz detektora čestica eksperimenta KASCADE-Grande u Forschungszentrum Karlsruhe. Pokazali su da kad god je vrlo energetska kozmička čestica pogodila Zemljinu atmosferu, odgovarajući radio impuls bilježi se iz smjera dolazne čestice. Koristeći tehnike snimanja iz radio astronomije, grupa je čak stvorila nizove digitalnih filmova tih događaja, dajući najbrže filmove ikad proizvedene u radio astronomiji. Detektori čestica pružali su im osnovne informacije o dolaznim kozmičkim zrakama.
Istraživači su mogli pokazati da je snaga odašiljanog radio signala izravno mjerilo energije kozmičkih zraka. „Nevjerojatno je da pomoću jednostavnih FM radio antena možemo mjeriti energiju čestica koje dolaze iz svemira“, kaže profesor Heino Falcke iz Nizozemske zaklade za istraživanje astronomije (ASTRON) koji je glasnogovornik suradnje LOPES-a. "Da imamo osjetljiva radijska oka, vidjeli bismo kako nebo bljesne radio bljeskovima", dodaje.
Znanstvenici su koristili parove antena sličnih onima koje se koriste u običnim FM radio prijemnicima. "Glavna razlika od normalnih radija je digitalna elektronika i širokopojasni prijemnici koji nam omogućuju slušanje mnogih frekvencija odjednom", objašnjava Dipl. Phys. Andreas Horneffer, student poslijediplomskog studija na Sveučilištu u Bonnu i Međunarodne istraživačke škole Max-Planck (IMPRS), koji je instalirao antene kao dio svog doktorskog projekta.
U principu, neki od otkrivenih radijskih bljeskova u stvari su dovoljno jaki da nakratko obrišu uobičajeni prijem radija i televizora. Kako bi demonstrirali taj efekt, skupina je pretvorila svoj radio prijem kozmičkog zračnog događaja u zvučni zapis (vidi dolje). No, kako bljeskovi traju samo nekih 20-30 nanosekundi, a svijetli se signali događaju samo jednom dnevno, u svakodnevnom životu teško bi ih bilo prepoznati.
Eksperiment je također pokazao da je radio emisija varirala u snazi u odnosu na orijentaciju magnetskog polja Zemlje. Ovaj i drugi rezultati potvrdili su osnovna predviđanja koja su ranije teorijski proračuni dali prof. Falcke i njegov bivši doktorski studij Tim Huege, kao i proračunima prof. Petera Gorhama sa Sveučilišta na Havajima.
Čestice kozmičkih zraka neprestano bombardiraju zemlju uzrokujući male eksplozije elementarnih čestica koje tvore snop materije i čestice anti materije koje prolaze kroz atmosferu. Najlakše nabijene čestice, elektroni i pozitroni u ovoj zraci će se odbiti od geomagnetskog polja Zemlje zbog čega oni emitiraju radio emisiju. Ova vrsta zračenja dobro je poznata iz akceleratora čestica na Zemlji i naziva se sinkrotrono zračenje. Analogno, astrofizičari sada govore o "geosinkrotronskom" zračenju uslijed interakcije sa Zemljinim magnetskim poljem.
Radio-bljeskovi detektirali su LOPES-antene instalirane u pokusu KASCADE-Grande zračni tuš na zraku u Forschungszentrum Karlsruhe, Njemačka. KASCADE-Grande vodeći je eksperiment za mjerenje kozmičkih zraka. „To pokazuje snagu eksperimentalnog eksperimenta za fiziku astro-čestica direktno u našem susjedstvu - ovo nam je pružilo fleksibilnost da također istražujemo neobične ideje“, kaže dr. Andreas Haungs, glasnogovornik KASCADE-Grande.
Radioteleskop LOPES (prototipna eksperimentalna stanica LOFAR) koristi prototipske antene najvećeg svjetskog radioteleskopa, LOFAR, koje će biti izgrađene nakon 2006. u Nizozemskoj i dijelovima Njemačke. LOFAR ima radikalni novi dizajn koji kombinira mnoštvo jeftinih antena niske frekvencije koje odjednom prikupljaju radio signale sa cijelog neba. Spojen brzim internetom superračunalo tada ima mogućnost otkrivanja neobičnih signala i izrade slika zanimljivih područja na nebu bez pomicanja bilo kakvih mehaničkih dijelova. „LOPES je prve glavne znanstvene rezultate projekta LOFAR postigao već u fazi razvoja. To nas uvjerava da će LOFAR doista biti toliko revolucionaran koliko smo se nadali. " objašnjava prof. Harvey Butcher, direktor Nizozemske zaklade za istraživanje astronomije (ASTRON) u Dwingelou, Nizozemska, gdje se trenutno razvija LOFAR.
"Ovo je doista neobična kombinacija, u kojoj nuklearni fizičari i radio-astronomi rade zajedno kako bi stvorili jedinstveni i vrlo originalni eksperiment fizike astro čestica", kaže dr. Anton Zensus, direktor Maxa-Planck-Instituta za radioastronomiju (MPIfR) u Bonn. "To utira put novim mehanizmima za otkrivanje u fizici čestica, kao i pokazujući zapanjujuće sposobnosti teleskopa nove generacije poput LOFAR-a i kasnije Square Kilometer Array-a (SKA). Odjednom se sastaju veliki međunarodni eksperimenti u različitim istraživačkim područjima "
Kao sljedeći korak astrofizičari žele koristiti nadolazeći niz LOFAR u Nizozemskoj i Njemačkoj za radioastronomiju i istraživanje kozmičkih zraka. U tijeku je testiranje radi integriranja radio-antene u Pierre Auger Observatory za kozmičke zrake u Argentini i, možda, kasnije u drugi Auger opservatorij na sjevernoj hemisferi. "Ovo je možda veliki pomak u tehnologiji otkrivanja. Nadamo se da ćemo koristiti ovu novu tehniku za otkrivanje i razumijevanje prirode najviših energetskih kozmičkih zraka, a također i za otkrivanje ultra-visokih energetskih neutrina iz kosmosa ", kaže prof. u Forschungszentrum Karlsruhe.
Otkrivanje je dijelom potvrdila francuska skupina pomoću velikog radio-teleskopa pariškog opservatorija u Nan-ay-u. Povijesno gledano, rad na radio emisiji iz kozmičkih zraka prvi je put izveden krajem šezdesetih godina prošlog stoljeća, s prvim tvrdnjama o detekcijama. Međutim, ovih dana nije se mogla izvući nijedna korisna informacija, a posao je brzo prestao. Glavni nedostaci bili su nedostatak mogućnosti snimanja (koje sada implementira softver), niska razlučivost vremena i nedostatak dobro kalibriranog niza detektora čestica. Sve je to prevladalo eksperimentom LOPES.
Izvorni izvor: MPI News Release
