Zemfrekvences radio debesis kosmisko staru trieciena brīdī. Attēla kredīts: MPIFR. Noklikšķiniet, lai palielinātu.
Izmantojot LOPES eksperimentu, jaunā augsto tehnoloģiju radioteleskopa LOFAR prototips ultra-enerģijas kosmisko staru daļiņu noteikšanai, astrofiziķu grupa sadarbībā ar Max-Planck-Gesellschaft un Helmholtz-Gemeinschaft ir ierakstījusi spilgtāko un ātrāko. radio sprādzieni, kas jebkad redzēti debesīs. Sprādzieni, par kuru atklāšanu tiek ziņots šīs nedēļas žurnāla Nature numurā, ir dramatiski radio gaismas zibspuldzes, kas parādās vairāk nekā 1000 reizes spožāk nekā saule un gandrīz miljons reizes ātrāk nekā parasti zibens. Ļoti īsu brīdi šie zibspuldzes - kas līdz šim lielākoties nebija pamanītas - kļuva par spožāko debesu gaismu, kuras diametrs ir divreiz lielāks par Mēness lielumu.
Eksperiments parādīja, ka Zibes atmosfērā rodas zibspuldzes, ko izraisa vismoserģiskāko daļiņu ietekme, kas rodas kosmosā. Šīs daļiņas sauc par īpaši augstas enerģijas kosmiskajiem stariem, un to izcelsme ir nepārtraukta mīkla. Astrofiziķi tagad cer, ka viņu atradumi parādīs jaunu gaismu šo daļiņu noslēpumam.
Zinātnieki izmantoja radioantenu masīvu un lielo daļiņu detektoru masīvu KASCADE-Grande eksperimentā Forschungszentrum Karlsruhe. Viņi parādīja, ka ikreiz, kad Zemes atmosfērā nonāk ļoti enerģētiska kosmiskā daļiņa, no ienākošās daļiņas virziena tiek ierakstīts atbilstošs radio impulss. Izmantojot radioastronomijas attēlveidošanas paņēmienus, grupa izveidoja šo notikumu digitālās filmas, iegūstot visātrākās radio astronomijas laikā radītās filmas. Daļiņu detektori viņiem sniedza pamatinformāciju par ienākošajiem kosmiskajiem stariem.
Pētnieki spēja parādīt, ka izstarotā radio signāla stiprums ir tiešs kosmisko staru enerģijas mērījums. “Ir pārsteidzoši, ka ar vienkāršām FM radio antenām mēs varam izmērīt daļiņu enerģiju, kas nāk no kosmosa,” saka prof. Heino Falcke no Nīderlandes Astronomijas pētījumu fonda (ASTRON), kurš ir LOPES sadarbības pārstāvis. "Ja mums būtu jutīgas radio acis, mēs redzētu debess dzirksti dzirdam ar radio zibspuldzēm," viņš piebilst.
Zinātnieki izmantoja antenu pārus, kas līdzīgi tiem, kurus izmanto parastajos FM radio uztvērējos. “Galvenā atšķirība no parastajiem radioaparātiem ir digitālā elektronika un platjoslas uztvērēji, kas ļauj mums klausīties daudzas frekvences vienlaikus”, skaidro Dipl. Fiz. Bonas universitātes un Starptautiskās Maksplana pētījumu skolas (IMPRS) doktorants Andreass Horneffers, kurš uzstādīja antenas sava PhD projekta ietvaros.
Principā daži no atklātiem zibspuldzēm faktiski ir pietiekami spēcīgi, lai uz neilgu laiku iznīcinātu parasto radio vai TV uztveršanu. Lai parādītu šo efektu, grupa ir pārveidojusi kosmisko staru notikumu radio uztveršanu skaņas celiņā (skat. Zemāk). Tomēr, tā kā zibspuldzes ilgst tikai apmēram 20–30 nanosekundes un spilgti signāli notiek tikai vienu reizi dienā, ikdienas dzīvē tās būtu grūti atpazīstamas.
Eksperiments arī parādīja, ka radio izstarojuma stiprums ir atšķirīgs attiecībā pret Zemes magnētiskā lauka orientāciju. Šis un citi rezultāti pārbaudīja pamata prognozes, kuras teorētiskos aprēķinos jau iepriekš bija veikuši prof. Falcke un viņa bijušais doktorants Tims Hjū, kā arī profesora Pītera Gorhama aprēķini no Havaju universitātes.
Kosmisko staru daļiņas pastāvīgi bombardē zemi, izraisot nelielu daļiņu eksploziju, kas veido matērijas staru un anti-matērijas daļiņas, kas plūst caur atmosfēru. Vieglāk uzlādētās daļiņas, elektronus un pozitronus šajā starā novirzīs Zemes ģeomagnētiskais lauks, kas liek tām izstarot radio izstarojumu. Šis starojuma veids ir labi pazīstams no daļiņu paātrinātājiem uz Zemes, un to sauc par sinhrotrona starojumu. Pēc analoģijas astrofiziķi tagad runā par “geosinchrotron” starojumu mijiedarbības ar Zemes magnētisko lauku dēļ.
Radio zibspuldzes tika noteiktas ar LOPES antenām, kas uzstādītas KASCADE-Grande kosmisko staru gaisa dušas eksperimentā Forschungszentrum Karlsruhe, Vācijā. KASCADE-Grande ir vadošais eksperiments kosmisko staru mērīšanai. "Tas parāda, cik liela nozīme ir liela astrodaļiņu fizikas eksperimenta veikšanai tieši mūsu apkārtnē - tas deva mums iespēju elastīgi izpētīt arī neparastas idejas, kā šī ir", saka Dr. Andreas Haungs, KASCADE Grande pārstāvis.
Radioteleskopā LOPES (LOFAR prototipa eksperimentālā stacija) tiek izmantotas pasaulē lielākā radioteleskopa LOFAR antenas, kas tiks būvētas pēc 2006. gada Nīderlandē un Vācijas daļās. LOFAR ir radikāli jauns dizains, kas apvieno daudzus lētus zemfrekvences antenus, kas vienlaikus savāc radio signālus no visām debesīm. Izmantojot ātrgaitas internetu, superdators ir spējīgs atklāt neparastus signālus un veidot interesantu debesu reģionu attēlus, nepārvietojot mehāniskās detaļas. “LOPES pirmos nozīmīgos LOFAR projekta zinātniskos rezultātus panāca jau izstrādes posmā. Tas padara mūs pārliecinātus, ka LOFAR patiešām būs tikpat revolucionāra, kā mēs cerējām, ka tā būs. ” skaidro prof. Hārvijs Butčers, Nīderlandes astronomijas pētījumu fonda (ASTRON) direktors Dviningelo, Nīderlandē, kur pašlaik tiek izstrādāts LOFAR.
"Šī patiešām ir neparasta kombinācija, kurā kodolfizikāņi un radioastronomi sadarbojas, lai izveidotu unikālu un ļoti oriģinālu astrodaļiņu fizikas eksperimentu," saka Dr. Antons Zensuss, Maksas Planka institūta radioastronomijas (MPIfR) direktors Bonna. “Tas paver ceļu jauniem atklāšanas mehānismiem daļiņu fizikā, kā arī demonstrē tādas jaunās paaudzes teleskopu kā LOFAR un vēlāk kvadrātkilometru masīva (SKA) elpu aizraujošās iespējas. Pēkšņi sanāk lieli starptautiski eksperimenti dažādās pētniecības jomās ”
Kā nākamo soli astrofiziķi vēlas izmantot gaidāmo LOFAR masīvu Nīderlandē un Vācijā radioastronomijas un kosmisko staru izpētei. Notiek pārbaude, lai integrētu radioantenu Pjēra Audera kosmisko staru novērošanas centrā Argentīnā un, iespējams, vēlāk otrajā Audera observatorijā ziemeļu puslodē. “Tas var būt būtisks atklāšanas tehnoloģijas atklājums. Mēs ceram izmantot šo jauno paņēmienu, lai noteiktu un izprastu kosmisko staru visaugstākās enerģijas raksturu, kā arī lai atklātu kosmosa sevišķi augstas enerģijas neitrīnus. pie Forschungszentrum Karlsruhe.
Atklāšanu daļēji ir apstiprinājusi franču grupa, izmantojot Parīzes observatorijas Nanaijā lielo radioteleskopu. Vēsturiski darbs pie kosmisko staru radioizstarošanas pirmo reizi tika veikts 1960. gadu beigās ar pirmajām pretenzijām uz atklājumiem. Tomēr ar mūsdienu tehnoloģijām nevarēja iegūt noderīgu informāciju, un darbs ātri tika pārtraukts. Galvenie trūkumi bija attēlveidošanas iespēju trūkums (ko tagad īsteno programmatūra), zema izšķirtspēja laikā un labi kalibrēta daļiņu detektoru masīva trūkums. Tas viss ir pārvarēts ar eksperimentu LOPES.
Oriģinālais avots: MPI ziņu izlaidums
