Nowy rekord obserwacji pozaziemskich źródeł promieniowania

02-12-2016

W grupie stu sześćdziesięciu naukowców – pracujących w instytutach naukowych w Niemczech, Hiszpanii, Włoszech, Polsce, Szwajcarii, Finlandii, Bułgarii, Chorwacji, Indiach oraz Japonii i prowadzących badania korzystając z dwóch teleskopów MAGIC umiejscowionych w Roque de los Muchachos European North Observatory (2200 m n.p.m.) na wyspie La Palma – znaleźli się także nauczyciele akademiccy z Katedry Astrofizyki Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego: prof. Włodzimierz Bednarek, dr hab. Andrzej Niedźwiecki, dr hab. Julian Sitarek, dr hab. Dorota Sobczyńska.


Biorą oni udział w tej międzynarodowej współpracy od dwunastu lat, tj. od momentu rozpoczęcia obserwacji przez pierwszy teleskop MAGIC temu, o czym swego czasu informowaliśmy już na łamach Kroniki.

Układ tych dwóch teleskopów MAGIC, z których każdy ma 17-metrową średnicę zwierciadła, jest w stanie mierzyć ze źródeł pozaziemskich promieniowanie w zakresie energii od kilkadziesiąt miliardów do kilkadziesiąt bilionów razy większe niż światło widzialne.

Zgodnie z ogólną teorią względności Alberta Einsteina światło przechodząc w pobliżu masywnych obiektów, np. galaktyki, ulega ugięciu poprzez pole grawitacyjne, jakby przenikało przez olbrzymią soczewkę. Obserwując to zjawisko z Ziemi, zobaczymy wzmocniony, lecz zniekształcony obraz źródła. Zjawisko to pozwala nam obserwować obiekty, które w innym przypadku byłyby zbyt odległe, aby je zobaczyć. Fotonom (cząstkom światła), przejście przez taką grawitacyjną soczewkę zajmie różny czas w zależności od drogi, którą podążają. Czas propagacji nie zależy jednak od energii fotonów, czyli inaczej mówiąc długości fali światła. Co więcej, jeżeli emisja źródła jest zmienna w czasie, czyli źródło zamiast jednostajnie świecić, błyska, wówczas ta zmienność zostanie powtórzona przez grawitacyjną soczewkę.

Galaktyka o nazwie QSO B0218+357, zawierająca w centrum supermasywną czarną dziurę, znajduje się w odległości od Ziemi odpowiadającej połowie rozmiaru Wszechświata. Ponad siedem miliardów lat temu, w gwałtownym wybuchu, który zaszedł w QSO B0218+357 powstały fotony gamma o energiach biliony razy większych od energii fotonów światła widzialnego. Nieco ponad miliard lat później, wciąż będąc daleko od Ziemi, fotony te napotkały inną galaktykę o podobnie brzmiącej nazwie B0218+357G. Przechodząc w jej pobliżu, dwie grupy fotonów zostały ugięte w kierunku Ziemi. Fotony w pierwszej grupie, poruszające się wzdłuż nieznacznie krótszej drogi dotarły do Ziemi 14 lipca 2014 r. i zostały zaobserwowane przez satelitę Fermi.

Obserwacje te zaalarmowały astronomów i astrofizyków na całym świecie. Naziemne teleskopy zostały skierowane w kierunku QSO B0218+357, aby badać tajemnicze zjawisko. Jednym z instrumentów służącym temu są – wspomniane już wcześniej teleskopy czerenkowskie MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) umieszczone na La Palmie, wyspie w archipelagu Wysp Kanaryjskich. Teleskopy te są w stanie mierzyć fotony tysiąc razy bardziej energetyczne niż satelita Fermi, tj. światło o sto miliardów razy większej energii niż to, które widzimy ze Słońca. Teleskopy MAGIC umożliwiają więc badanie najbardziej energetycznych i ekstremalnych procesów zachodzących w galaktyce QSO B0218+357.

Fot. Daniel Lopez/IAC, NASA/ESA, NASA E/PO – Sonoma State University, Aurore Simonnet (collage)

Według ogólnej teorii względności Einsteina fotony z drugiej grupy powinny dotrzeć do Ziemi około jedenaście dni po pierwszej grupie. Natura zatem dała nam swoisty Replay, drugą szansę zobaczenia tego samego interesującego zjawiska. Kiedy nadszedł oczekiwany czas nadejścia drugiej grupy fotonów, międzynarodowy zespół naukowców korzystających z teleskopów MAGIC, wycelował je w kierunku w kierunku QSO B0218+357. Zgodnie z oczekiwaniami zaobserwowano rozbłysk fotonów gamma, ustanawiając nowy rekord obserwacji najdalszego (i jedynego grawitacyjnie soczewkowanego) źródła widzianego w zakresie promieniowania gamma bardzo wysokich energii.

Obserwacje te potwierdzają przewidywania teorii Einsteina dotyczące uginania światła w polu grawitacyjnym przy bardzo wysokich energiach. Wyniki tych badań zostały właśnie opublikowane w jednym z wiodących czasopism astrofizycznych ( http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201629461). Powyższe obserwacje przecierają szlak nowych możliwości badań bardzo odległych źródeł soczewkowanych grawitacyjnie przez teleskopy czerenkowskie.

Fotony gamma zostały wyemitowane z galaktyki QSO B0218+357 w kierunku Ziemi. Przechodząc w pobliżu innej galaktyki, B0218+357G, zostają ugięte przez jej pole grawitacyjne i docierają do naszego globu wzdłuż dwóch różnych dróg w czasie różnym o około jedenaście dni. Fotony zostały zaobserwowane przez satelitę Fermi oraz naukowców pracujących z teleskopami MAGIC.

Oprac.: (sb)