Ραδιοφωνικός ουρανός χαμηλής συχνότητας κατά τη στιγμή μιας κοσμικής ακτίνας. Πιστωτική εικόνα: MPIFR. Κάντε κλικ για μεγέθυνση.
Χρησιμοποιώντας το πείραμα LOPES, ένα πρωτότυπο του νέου ραδιοτηλεσκοπίου υψηλής τεχνολογίας LOFAR για την ανίχνευση σωματιδίων κοσμικών ακτίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, μια ομάδα αστροφυσικών, σε συνεργασία με τους Max-Planck-Gesellschaft και Helmholtz-Gemeinschaft, κατέγραψε το πιο φωτεινό και ταχύτερο ραδιοφωνικές εκρήξεις που έχουν δει ποτέ στον ουρανό. Οι εκρήξεις, των οποίων η ανίχνευση αναφέρονται στο τεύχος αυτής της εβδομάδας στο περιοδικό Nature, είναι δραματικές αναλαμπές ραδιοφώνου που εμφανίζονται περισσότερες από 1000 φορές πιο φωτεινές από τον ήλιο και σχεδόν ένα εκατομμύριο φορές γρηγορότερες από την κανονική αστραπή. Για μια πολύ σύντομη στιγμή αυτές οι αναλαμπές - οι οποίες είχαν περάσει σε μεγάλο βαθμό απαρατήρητες μέχρι τώρα - έγιναν το πιο φωτεινό φως στον ουρανό με διάμετρο διπλάσιο από το μέγεθος του φεγγαριού.
Το πείραμα έδειξε ότι οι ραδιοφωνικές αναλαμπές παράγονται στην ατμόσφαιρα της Γης, που προκαλείται από την επίδραση των πιο ενεργητικών σωματιδίων που παράγονται στον Κόσμο. Αυτά τα σωματίδια ονομάζονται κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας και η προέλευσή τους είναι ένας συνεχής γρίφος. Οι αστροφυσικοί ελπίζουν τώρα ότι τα ευρήματά τους θα ρίξουν νέο φως στο μυστήριο αυτών των σωματιδίων.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια σειρά από κεραίες ραδιοφώνου και τη μεγάλη σειρά ανιχνευτών σωματιδίων του πειράματος KASCADE-Grande στο Forschungszentrum Karlsruhe. Έδειξαν ότι κάθε φορά που ένα πολύ ενεργητικό κοσμικό σωματίδιο χτύπησε τη γήινη ατμόσφαιρα, καταγράφηκε αντίστοιχος ραδιο παλμός από την κατεύθυνση του εισερχόμενου σωματιδίου. Χρησιμοποιώντας τεχνικές απεικόνισης από τη ραδιοαστρονομία, η ομάδα παρήγαγε ακόμη και ψηφιακές ακολουθίες ταινιών αυτών των εκδηλώσεων, αποδίδοντας τις ταχύτερες ταινίες που παράγονται ποτέ στη ραδιοαστρονομία. Οι ανιχνευτές σωματιδίων τους παρείχαν βασικές πληροφορίες για τις εισερχόμενες κοσμικές ακτίνες.
Οι ερευνητές μπόρεσαν να δείξουν ότι η ισχύς του εκπεμπόμενου ραδιοσήματος ήταν ένα άμεσο μέτρο της ενέργειας των κοσμικών ακτίνων. «Είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι με απλές κεραίες ραδιοφώνου FM μπορούμε να μετρήσουμε την ενέργεια των σωματιδίων που προέρχονται από τον Κόσμο», λέει ο καθηγητής Heino Falcke από το Ολλανδικό Ίδρυμα Έρευνας στην Αστρονομία (ASTRON) που είναι εκπρόσωπος της συνεργασίας LOPES. «Αν είχαμε ευαίσθητα ραδιόφωνα μάτια, θα βλέπαμε τον ουρανό να λάμπει με ραδιόφωνο», προσθέτει.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ζεύγη κεραιών παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται σε συνηθισμένους ραδιοφωνικούς δέκτες FM. «Η κύρια διαφορά στα κανονικά ραδιόφωνα είναι τα ψηφιακά ηλεκτρονικά και οι δέκτες ευρείας ζώνης, που μας επιτρέπουν να ακούμε πολλές συχνότητες ταυτόχρονα», εξηγεί ο Διπλ. Φυσ. Ο Andreas Horneffer, απόφοιτος του Πανεπιστημίου της Βόννης και της Διεθνούς Σχολής Έρευνας Max-Planck (IMPRS), ο οποίος εγκατέστησε τις κεραίες ως μέρος του διδακτορικού του έργου.
Κατ 'αρχήν, μερικές από τις ανιχνευμένες ραδιοφωνικές αναλαμπές είναι στην πραγματικότητα αρκετά ισχυρές για να εξαλείψουν τη συμβατική λήψη ραδιοφώνου ή τηλεόρασης για μικρό χρονικό διάστημα. Για να αποδείξει αυτό το αποτέλεσμα, η ομάδα έχει μετατρέψει τη ραδιοφωνική λήψη ενός συμβάντος κοσμικής ακτίνας σε ένα κομμάτι ήχου (βλ. Παρακάτω). Ωστόσο, δεδομένου ότι οι αναλαμπές διαρκούν μόνο περίπου 20-30 νανοδευτερόλεπτα και τα φωτεινά σήματα συμβαίνουν μόνο μία φορά την ημέρα, θα ήταν δύσκολα αναγνωρίσιμα στην καθημερινή ζωή.
Το πείραμα έδειξε επίσης ότι οι εκπομπές ραδιοκυμάτων διέφεραν σε ισχύ σε σχέση με τον προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου της Γης. Αυτό και άλλα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν βασικές προβλέψεις που είχαν γίνει στους θεωρητικούς υπολογισμούς νωρίτερα από τον καθηγητή Falcke και τον πρώην διδακτορικό του διδακτορικό Tim Huege, καθώς και από υπολογισμούς του καθηγητή Peter Gorham από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης.
Τα σωματίδια των κοσμικών ακτίνων βομβαρδίζουν συνεχώς τη γη προκαλώντας μικρές εκρήξεις στοιχειωδών σωματιδίων που σχηματίζουν μια δέσμη ύλης και σωματίδια κατά της ύλης που διατρέχουν την ατμόσφαιρα. Τα ελαφρύτερα φορτισμένα σωματίδια, ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, σε αυτή τη δέσμη θα εκτρέπονται από το γεωμαγνητικό πεδίο της Γης που τα αναγκάζει να εκπέμπουν ραδιοεκπομπές. Αυτός ο τύπος ακτινοβολίας είναι γνωστός από τους επιταχυντές σωματιδίων στη Γη και ονομάζεται συγχρονισμός ακτινοβολίας. Αναλογικά, οι αστροφυσικοί μιλούν τώρα για την ακτινοβολία «geosynchrotron» λόγω της αλληλεπίδρασης με το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Οι ραδιοφωνικές αναλαμπές εντοπίστηκαν από τις κεραίες LOPES που εγκαταστάθηκαν στο πείραμα ντους αέρα κοσμικής ακτίνας KASCADE-Grande στο Forschungszentrum Karlsruhe, Γερμανία. Το KASCADE-Grande είναι ένα κορυφαίο πείραμα για τη μέτρηση των κοσμικών ακτίνων. «Αυτό δείχνει τη δύναμη του να έχουμε ένα μεγάλο πείραμα φυσικής σωματιδίων στη γειτονιά μας - αυτό μας έδωσε την ευελιξία να διερευνήσουμε επίσης ασυνήθιστες ιδέες όπως αυτή», λέει ο Δρ. Andreas Haungs, εκπρόσωπος της KASCADE-Grande.
Το ραδιο τηλεσκόπιο LOPES (LOFAR Prototype Experimental Station) χρησιμοποιεί πρωτότυπες κεραίες του μεγαλύτερου ραδιοτηλεσκοπίου στον κόσμο, LOFAR, που θα κατασκευαστεί μετά το 2006 στις Κάτω Χώρες και σε τμήματα της Γερμανίας. Το LOFAR έχει μια ριζική νέα σχεδίαση, συνδυάζοντας μια πληθώρα φθηνών κεραιών χαμηλής συχνότητας που συλλέγουν ταυτόχρονα τα ραδιοσήματα από ολόκληρο τον ουρανό. Συνδεδεμένος μέσω διαδικτύου υψηλής ταχύτητας, ένας υπερυπολογιστής έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει ασυνήθιστα σήματα και να δημιουργεί εικόνες ενδιαφέρων περιοχών στον ουρανό χωρίς να μετακινεί μηχανικά μέρη. «Το LOPES πέτυχε τα πρώτα σημαντικά επιστημονικά αποτελέσματα του έργου LOFAR ήδη στη φάση ανάπτυξης. Αυτό μας κάνει να είμαστε σίγουροι ότι το LOFAR θα είναι όντως επαναστατικό όπως το ελπίζαμε. " εξηγεί ο καθηγητής Harvey Butcher, διευθυντής του Ολλανδικού Ιδρύματος Έρευνας στην Αστρονομία (ASTRON) στο Dwingeloo της Ολλανδίας, όπου αυτή τη στιγμή αναπτύσσεται το LOFAR.
«Αυτός είναι πράγματι ένας ασυνήθιστος συνδυασμός, όπου οι πυρηνικοί φυσικοί και οι αστρονόμοι ραδιοσυχνοτήτων συνεργάζονται για να δημιουργήσουν ένα μοναδικό και εξαιρετικά πρωτότυπο πείραμα φυσικής σωματιδίων», δηλώνει ο Δρ. Anton Zensus, διευθυντής της ραδιοαστρονομίας Max-Planck-Institut (MPIfR) στο Βόννη. «Ανοίγει το δρόμο για νέους μηχανισμούς ανίχνευσης στη φυσική των σωματιδίων, καθώς και για την επίδειξη των εκπληκτικών δυνατοτήτων των τηλεσκοπίων επόμενης γενιάς, όπως το LOFAR και αργότερα το Square Kilometer Array (SKA). Ξαφνικά συναντώνται μεγάλα διεθνή πειράματα σε διαφορετικούς ερευνητικούς τομείς »
Ως επόμενο βήμα, οι αστροφυσικοί θέλουν να χρησιμοποιήσουν την επερχόμενη σειρά LOFAR στις Κάτω Χώρες και τη Γερμανία για έρευνα αστρονομίας και κοσμικών ακτίνων. Οι δοκιμές βρίσκονται σε εξέλιξη για την ενσωμάτωση ραδιο κεραίας στο Παρατηρητήριο Pierre Auger για κοσμικές ακτίνες στην Αργεντινή και πιθανώς αργότερα στο δεύτερο Παρατηρητήριο Auger στο Βόρειο Ημισφαίριο. «Αυτό μπορεί να είναι μια σημαντική ανακάλυψη στην τεχνολογία ανίχνευσης. Ελπίζουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτήν τη νέα τεχνική για τον εντοπισμό και την κατανόηση της φύσης των κοσμικών ακτίνων υψηλότερης ενέργειας και επίσης για την ανίχνευση νετρίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας από τον Κόσμο », λέει ο καθηγητής Johannes Bl? στο Forschungszentrum Karlsruhe.
Η ανίχνευση επιβεβαιώθηκε εν μέρει από μια γαλλική ομάδα χρησιμοποιώντας το μεγάλο ραδιο τηλεσκόπιο του Παρατηρητηρίου του Παρισιού στο Nan? Ay. Ιστορικά, οι εργασίες για την εκπομπή ραδιοφώνου από κοσμικές ακτίνες έγιναν για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1960 με τις πρώτες αξιώσεις ανίχνευσης. Ωστόσο, δεν μπορούσαν να εξαχθούν χρήσιμες πληροφορίες με την τεχνολογία αυτών των ημερών και η εργασία σταμάτησε γρήγορα. Τα κύρια μειονεκτήματα ήταν η έλλειψη δυνατοτήτων απεικόνισης (τώρα υλοποιείται από λογισμικό), η ανάλυση χαμηλού χρόνου και η έλλειψη μιας καλά βαθμονομημένης σειράς ανιχνευτών σωματιδίων. Όλα αυτά έχουν ξεπεραστεί με το πείραμα LOPES.
Αρχική πηγή: Δελτίο Τύπου MPI
