Matalataajuinen radiota taivas kosmisen säteen osuman aikaan. Kuvan luotto: MPIFR. Klikkaa suurentaaksesi.
Käyttämällä LOPES-kokeilua uuden korkean teknologian radioteleskoopin LOFAR prototyyppi erittäin korkean energian kosmisen säteen hiukkasten havaitsemiseksi, ryhmä astrofysiikan tutkijoita on kirjoittanut Max-Planck-Gesellschaft ja Helmholtz-Gemeinschaft yhteistyössä kirkkaimman ja nopeimman radiopuhallukset, jotka ovat koskaan nähneet taivaalla. Räjähdykset, joiden havaitseminen ilmoitetaan tämän viikon Nature-lehden numerossa, ovat dramaattisia radiovalon välähdyksiä, jotka näkyvät yli 1000 kertaa kirkkaampana kuin aurinko ja melkein miljoona kertaa nopeammat kuin normaali salama. Näistä välähdyksistä - jotka olivat tähän mennessä olleet suurelta osin huomaamatta - tuli hetkeksi taivaan kirkkain valo, jonka halkaisija oli kaksinkertainen kuun kokoan.
Kokeilu osoitti, että radiosäteilyä syntyy maan ilmakehässä, ja sen aiheuttavat kosmossa tuotettujen energeettisimpien hiukkasten vaikutus. Näitä hiukkasia kutsutaan erittäin korkeaenergisiksi kosmisiksi säteiksi ja niiden alkuperä on jatkuva palapeli. Astrofysiikot toivovat nyt, että löytönsä valaisee uutta valoa näiden hiukkasten mysteerille.
Tutkijat käyttivät joukko radioantenneja ja suurta joukkoa hiukkasilmaisimia KASCADE-Grande-kokeessa Forschungszentrum Karlsruhessa. He osoittivat, että aina kun erittäin energinen kosminen hiukkanen osui maapallon ilmakehään, vastaava radiopulssi tallennettiin tulevan hiukkasen suunnasta. Radiotähtitieteen kuvantamistekniikoita käyttämällä ryhmä tuotti jopa digitaalisia elokuvasarjoja näistä tapahtumista, mikä tuotti nopeimmat elokuvat, jotka radioastronomiassa koskaan on tuotettu. Hiukkasilmaisimet toimittivat heille perustietoja tulevista kosmisista säteistä.
Tutkijat pystyivät osoittamaan, että lähetetyn radiosignaalin voimakkuus oli suora kosmisen säteen energian mitta. ”On hämmästyttävää, että yksinkertaisilla FM-radioantenneilla voimme mitata kosmosta tulevien hiukkasten energiaa”, sanoo professori Heino Falcke Hollannin tähtitieteen tutkimuksen säätiöstä (ASTRON), joka on LOPES-yhteistyön edustaja. "Jos meillä olisi herkkiä radiosilmiä, näkisimme taivaan kimaltelevan radiosäteillä", hän lisää.
Tutkijat käyttivät paria antenneja, jotka olivat samanlaisia kuin tavallisissa FM-radiovastaanottimissa. "Suurin ero normaaliin radiopuhelimeen on digitaalinen elektroniikka ja laajakaistavastaanottimet, joiden avulla voimme kuunnella useita taajuuksia kerralla", Dipl selittää. Phys. Andreas Horneffer, Bonnin yliopiston ja Kansainvälisen Max-Planck-tutkimuskoulun (IMPRS) jatko-opiskelija, joka asensi antennit osana PhD-projektiaan.
Periaatteessa jotkut havaituista radionäytöistä ovat itse asiassa tarpeeksi vahvoja, jotta ne tavanomaisen radio- tai TV-vastaanoton pyyhittävät hetkeksi pois. Tämän vaikutuksen osoittamiseksi ryhmä on muuntanut kosmisen säteilytapahtuman radion vastaanotonsa ääniraidaksi (katso alla). Koska välähdykset kestävät vain noin 20-30 nanosekuntia ja kirkkaat signaalit tapahtuvat vain kerran päivässä, ne olisivat tuskin tunnistettavissa arjessa.
Kokeilu osoitti myös, että radion säteilyn voimakkuus vaihteli suhteessa maan magneettikentän suuntaan. Tämä ja muut tulokset vahvistivat perusennusteita, jotka prof. Falcke ja hänen entinen tohtoriopiskelija Tim Huege tekivät aiemmin teoreettisissa laskelmissa sekä prof. Peter Gorhamin Havaijin yliopistosta tekemistä laskelmista.
Kosmiset säteilypartikkelit pommittavat maata jatkuvasti aiheuttaen pieniä räjähdyksiä alkuainehiukkasista, jotka muodostavat ilmakehän läpi räjähtävän aineen ja antiaineshiukkasten. Tämän säteen kevyimmät varautuneet hiukkaset, elektronit ja positronit taipuvat maan geomagneettisesta kentästä, joka aiheuttaa niiden säteilevän radion säteilyn. Tämän tyyppinen säteily tunnetaan hyvin hiukkaskiihdyttimistä maan päällä, ja sitä kutsutaan synkrotronisäteilyksi. Vastaavasti astrofysiikot puhuvat nyt ”geosynkrotronin” säteilystä vuorovaikutuksen vuoksi maan magneettikentän kanssa.
Radiovälit havaittiin LOPES-antenneilla, jotka asennettiin KASCADE-Grande-kosmisen säteilman suihkukokeeseen Forschungszentrum Karlsruhessa, Saksassa. KASCADE-Grande on johtava koe kosmisten säteiden mittaamiseen. "Tämä osoittaa vahvuuden, että meillä on suuri naapurimaissa tapahtuva fysiikkakoe, mikä antoi meille joustavuuden tutkia myös epätavallisia ideoita", sanoo KASCADE-Granden tiedottaja tri Andreas Haungs.
Radioteleskooppi LOPES (LOFAR Prototype Experimental Station) käyttää maailman suurimman radioteleskoopin LOFAR prototyyppiantenneja, jotka rakennetaan vuoden 2006 jälkeen Hollannissa ja Saksan osissa. LOFAR on radikaali uusi malli, joka yhdistää useita halpoja matalataajuisia antenneja, jotka keräävät radiosignaalit koko taivaalta kerralla. Nopean Internet-yhteyden avulla supertietokone pystyy sitten havaitsemaan epätavallisia signaaleja ja tekemään kuvia mielenkiintoisista alueista taivaalla siirtämättä mekaanisia osia. ”LOPES saavutti LOFAR-hankkeen ensimmäiset suuret tieteelliset tulokset jo kehitysvaiheessa. Tämä tekee meistä vakuuttuneita siitä, että LOFAR on todellakin niin vallankumouksellinen kuin olimme toivoneet sen olevan. ” selittää professori Harvey Butcher, Alankomaiden tähtitieteen tutkimuksen säätiön (ASTRON) johtaja Dwingeloossa, Alankomaissa, jossa LOFAR-ohjelmaa kehitetään parhaillaan.
"Tämä on todella epätavallinen yhdistelmä, jossa ydinfyysikot ja radiotähtitieteilijät työskentelevät yhdessä luodakseen ainutlaatuisen ja erittäin omaperäisen astropartikkelifysiikan kokeilun", toteaa tohtori Anton Zensus, Max-Planck-instituutin radioastronomian (MPIfR) johtaja Bonnissa. ”Se valmistaa tietä uusille havaitsemismekanismeille hiukkasfysiikassa ja osoittaa seuraavan sukupolven teleskooppien, kuten LOFARin ja myöhemmin neliökilometrikokoelman (SKA), henkeäsalpaavat kyvyt. Yhtäkkiä suuret kansainväliset kokeilut eri tutkimusalueilla tulevat yhteen ”
Seuraavana vaiheena astrofysiikot haluavat käyttää tulevaa LOFAR-ryhmää Alankomaissa ja Saksassa radioastronomian ja kosmisen säteilyn tutkimukseen. Radioantennin integroimiseksi Pierre Augerin observatorioon kosmisen säteilyn havaitsemiseksi Argentiinassa ja mahdollisesti myöhemmin toiseen Augerin observatorioon pohjoisella pallonpuoliskolla on käynnissä testi. ”Tämä voi olla merkittävä läpimurto havaitsemistekniikassa. Toivomme käyttävämme tätä uutta tekniikkaa korkeimman energian kosmisten säteiden luonteen havaitsemiseen ja ymmärtämiseen sekä myös erittäin korkean energian omaavien neutriinojen havaitsemiseen kosmosta ”, kertoo professori Johannes Blömer, Helmholtz-yhdistyksen Astroparticle Physics -ohjelman johtaja ja osoitteessa Forschungszentrum Karlsruhe.
Osittain ranskalainen ryhmä on vahvistanut havainnot Nanyayssa sijaitsevan Pariisin observatorion suuren radioteleskoopin avulla. Historiallisesti kosmisten säteilyjen radiosäteilytyöt tehtiin ensimmäisen kerran 1960-luvun lopulla ensimmäisillä havainnointivaatimuksilla. Nykypäivän tekniikalla ei kuitenkaan voitu hyödyntää hyödyllistä tietoa, ja työ päättyi nopeasti. Tärkeimpiä puutteita olivat kuvantamisominaisuuksien puute (nyt ohjelmiston toteuttamat), alhainen aikaresoluutio ja hyvin kalibroidun hiukkasdetektorijärjestelmän puute. Kaikki tämä on voitettu LOPES-kokeilulla.
Alkuperäinen lähde: MPI-lehdistötiedote
