Błyski Gamma - Centrum Fizyki Teoretycznej PAN

Polski detektor odkrywa najsilniejszą
eksplozję kosmiczną
Centrum Fizyki Teoretyczne PAN
Creotech Sp. z o.o.
Wyzwanie
Technologia
Błyski Gamma (GRB z ang. Gamma Ray Bursts) to najpotężniejsze
wybuchy obserwowane we Wszechświecie. Odkryte w latach sześćdziesiątych
przez amerykańskie satelity, do dziś pozostają jedną z największych zagadek
nauki. Ich obserwacje są trudne – błyski pojawiają się
w sposób
przypadkowy i obejmują mały obszar nieba. Trwają również dość krótko
(do kilkuset sekund, znaczna część trwa poniżej
zaledwie dwóch sekund). Błyski gamma pojawiają
się najprawdopodobniej w wyniku łączenia się dwu
masywnych ciał znajdujących się w ciasnych
układach podwójnych (np. gwiazd neutronowych).
Błyski te towarzyszą również wybuchom
hipernowych. W jednym jak i w drugim przypadku
mogą rodzić się czarne dziury, najbardziej
tajemnicze obiekty Wszechświata...
Zamiast dużych teleskopów o wąskim polu widzenia
projekt „π of the Sky” bazuje na niewielkich
kamerach CCD o bardzo dużej czułości. Kamery te
obserwują nocne niebo poszukując w widmie
optycznym sygnału błysku gamma. Obserwatorium
projektu znajduje się w stacji astronomicznej w Las
Campanas w chilijskich Andach. W projekcie kamer
zastosowano wiele innowacyjnych rozwiązań. W
szczególności są to:
• Nowoczesna elektronika cyfrowa i analogowa,
• System wytrzymałej migawki (wytrzymałość ponad
milion cykli),
• System chłodzenia czujnika CCD do 45 stopni
poniżej temperatury otoczenia,
• Software umożliwiający zdalne zarządzanie układem
z laboratorium w Polsce,
• Montaż kamer, który w czasie krótszym jak 60 s jest
w stanie skierować kamery w dowolnym kierunku.
Podstawowe parametry elektroniki
opracowanej przez firmę Creotech:
Eksperyment zaproponowany i realizowany przez polskich naukowców ma na
celu badanie błysków gamma w zakresie światła widzialnego. W
szczególności najbardziej interesująca jest chwila początku błysku. Niestety
błyski pojawiają się w sposób losowy. W związku z tym monitorowane bez
przerwy musi być całe niebo. Do zadania tego nie nadają się duże teleskopy o
ograniczonym polu widzenia. Trzeba było opracować nowy system obserwacji
nieba. Tak narodził się projekt „π of the Sky”...
Współpraca
Projekt zainspirowany został przez badania prof. B. Paczyńskiego (Princeton
University). Jest jednym z nielicznych w pełni polskich przedsięwzięć z
dziedziny fizyki i astronomii. Pracują przy nim naukowcy z:
• Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk
• Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku k. Warszawy
• Instytutu Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego
• Instytutu Systemów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej
• Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej
• Uniwersytetu Kard. Stefana Wyszyńskiego
Partnerem jest także prywatna firma
Creotech Sp. z o.o. odpowiedzialna za
opracowanie, testy oraz produkcję serca
eksperymentu – elektroniki kamer CCD
używanych do poszukiwania błysków
gamma.
• Interfejs: gigabit ethernet, USB 2.0
• Czujniki CCD: STA0820, CCD442A
FA2048, TH7899
• Rozdzielczość: 2048x2048
• Szumy odczytu: poniżej 16e przy
prędkości 2 MHz, poniżej 12e przy
prędkości 1 MHz
• Szybkość odczytu: 1 obrazek/s
• Metoda odczytu: CDS, ADC 16 bit
• Wbudowany czujnik wilgotności
• Współpraca z aktywnym termoelekt,
systemem chłodzenia
W chwili obecnej obserwatorium wyposażone jest w dwie kamery oraz pełny
system zdalnego sterowania. Kamery współdziałają z siecią satelitów, których
celem jest wykrywanie błysków gamma. Po otrzymaniu sygnału z satelity kamery
kierowane są na interesujący punkt nieba i podejmują obserwacje. Możliwe jest
również wykrycie błysku równocześnie i niezależnie od satelitów.
Odkrycie
Eksperyment od czterech lat obserwuje
niebo. Jego wynikiem są między innymi
nowe, dokładne pomiary gwiazd zmiennych,
w latach 2006-2007 eksperyment mierzył
jasności około 10 mln gwiazd! Wykrył
również
kilka
wybuchów
gwiazd
rozbłyskowych.
Wyniki
te
zostały
opublikowane w renomowanych pismach
naukowych. Jednak głównym zadaniem
eksperymentu „π of the Sky” pozostaje
wykrycie i pomiar w widmie światła
widzialnego błysku gamma...
19 marca o 6:13 UT satelita Swift przesłał sygnał o zarejestrowaniu błysku
gamma. W tym czasie aparatura "Pi of the Sky" już obserwowała newralgiczny
fragment nieba! Zarejestrowane obrazy dostarczyły niezwykle cennego
materiału na temat tego co działo się w miejscu zdarzenia tuż przed
właściwym wybuchem. Na zarejestrowanych obrazach widać, że faza wstępna
kataklizmu trwała nie dłużej niż 20 sekund, ale jednocześnie, że co najmniej
przez kilka sekund przed kuluminacją jasność obiektu stopniowo narastała.
Tak precyzyjny obraz przebiegu procesu nie był do tej pory znany
naukowcom. W kilka godzin po ogłoszeniu tej informacji w fachowych
serwisach światowych autorzy projektu odebrali pierwsze gratulacje od
kolegów z innych eksperymentów, a NASA zwróciła się z prośbą o zgodę na
wykorzystanie zdjęć "Pi of the Sky" w swoim serwisie.
Przed wybuchem
W trakcie wybuchu
Publikacja
wyniku w
piśmie Nature
11 września
2008
Przyszłość
Docelowo eksperyment „π of the Sky” ma
składać się z 24 (lub 32) kamer typu K20. W chwili
obecnej zakończona została produkcja elektroniki
i mechaniki do wszystkich kamer. Kamery
przechodzą
testy.
Najprawdopodobniej
w
przyszłym roku wejdą do służby i będą
monitorować
niebo
w
poszukiwaniu
najpotężniejszych wybuchów we Wszechświecie.
Aby dowiedzieć się więcej zapraszamy do odwiedzenia następujących stron:
• Strona eksperymentu „π of the Sky”: http://grb.fuw.edu.pl/index.html
• Strona Centrum Fizyki Teoretycznej PAN: http://www.cft.edu.pl
• Strona firmy Creotech Sp. z o.o.: http://www.creotech.pl