Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dva čerenkovské dalekohledy pomáhají porozumět extrémním vesmírným jevům skrze gama záření velmi vysokých energií, aktuálně jde o nejcitlivější zařízení tohoto typu na světě. Prototypy, které vznikly ve spolupráci mezinárodního týmu se zapojením českých vědců, jsou nyní v Ondřejově. Pro české astrofyziky je to výjimečná příležitost, v budoucnu se mohou dalekohledy přesunout do zahraničí.
Čerenkovské dalekohledy jsou typicky součástí velkých světových observatoří ve značných nadmořských výškách. To, že máme dvě taková zařízení v Česku, otevírá nové možnosti pro českou astronomii, navíc byla nyní prokázána jejich mimořádná citlivost na nejvyšší energie fotonů gama záření. Dalekohledy vyvíjel od roku 2012 mezinárodní tým složený z 15 institucí v Česku, Polsku a Švýcarsku. Jejich cílem bylo vytvořit nový přístroj pro detekci vysokoenergetického gama záření, který bude využívat moderní technologie a zároveň překoná omezení předchozích detektorů.
Zařízení označovaná jako SST-1M, tedy malé jednozrcadlové teleskopy (z anglického single mirror small-sized telescope), byla v posledních dvou letech testována v provozu v areálu hvězdárny v Ondřejově, kde se na jejich vývoji podílí Fyzikální ústav AV ČR (FZU), Astronomický ústav AV ČR a Univerzita Palackého v Olomouci. Navzdory pojmenování „malé“ jsou to dalekohledy s největšími zrcadly v České republice. Celkový průměr zrcadla dalekohledu, složeného z menších segmentů, je 4 metry.
Čerenkovovo záření je slabý modrý svit, který vzniká, pokud se nabitá částice pohybuje rychleji, než je rychlost světla v daném prostředí. K tomuto jevu dochází mimo jiné tehdy, pokud do zemské atmosféry vletí foton záření gama, srazí se s jádrem některého z atomů v atmosféře a vytvoří spršku sekundárních částic, které se pak v atmosféře šíří velkými rychlostmi. Pokud dokážeme Čerenkovovo záření z těchto spršek částic zaznamenat, můžeme určit vlastnosti původního fotonu gama, tedy odkud přiletěl a jakou měl energii. S pomocí těchto informací můžeme lépe pochopit extrémní vesmírné jevy, při kterých gama záření vzniká, např. ve výtryscích hmoty v aktivních galaxiích, či při srážkách neutronových hvězd.
„Naším cílem bylo vyvinout moderní Čerenkovský dalekohled, který by překonal některá omezení předchozích dalekohledů stejného typu – tedy především malé zorné pole a omezující vliv měsíčního svitu,“ vysvětluje astročásticový fyzik Jakub Juryšek z FZU, a dodává: „Dalekohledy SST-1M jsou vybaveny citlivou kamerou, založenou na technologii SiPM, která oproti klasickým fotonásobičům umožňuje pozorování gama fotonů i za úplňku. Zároveň velké zorné pole o velikosti 9 stupňů umožňuje zachytit i rozsáhlé atmosférické spršky, které jsou způsobeny gama fotony těch nejvyšších energií. V současné době tak provozujeme nejcitlivější čerenkovské dalekohledy na světě pro gama fotony s energií nad 50 TeV.“
Tým postavil dva prototypy SST-1M v areálu ondřejovské hvězdárny ve vzdálenosti 155 metrů od sebe, což umožňuje sledování atmosférických spršek z různých úhlů a pomáhá tak lépe určit energii a směr příletu primárního gama fotonu.
V posledních dvou letech vědci z FZU pracovali na vývoji komplexního softwaru pro rekonstrukci vlastností atmosférických spršek, a na kalibraci signálu měřeného dalekohledy. Dalekohledy byly důkladně testovány pozorováním Krabí mlhoviny, což je nejen krásný objekt často vyhledávaný amatérskými astronomy, ale také nejjasnější stabilní zdroj záření gama na obloze. „Pozorovali jsme Krabí mlhovinu ve stereoskopickém režimu celkem 33 hodin. Ověřili jsme, že rekonstruované spektrum v gama oboru odpovídá výsledkům ostatních observatoří. Úhlové rozlišení v gama oboru také odpovídá našim simulacím, což znamená že dalekohledům a získaným datům velmi dobře rozumíme, a můžeme tak seznam pozorovaných cílů rozšířit o další astrofyzikálně zajímavé objekty. Díky již zmíněné nejvyšší citlivosti na vysokoenergetické gama fotony tak máme jedinečnou možnost nahlédnout do fyzikálních procesů, které probíhají v kosmických urychlovačích částic v naší Galaxii,” dodává Jakub Juryšek. Výsledky týmu byly publikovány v prestižním časopise Astronomy & Astrophysics.
Otestované prototypy dalekohledů budou nyní dále sbírat data na ondřejovské hvězdárně, dokud nebude rozhodnuto o jejich dalším umístění. Poté, co se prokázal potenciál dalekohledů, plánuje mezinárodní tým jejich přesun na lokalitu s atmosférickými podmínkami, které jsou výhodnější pro pozorování kosmických gama fotonů.
C. Alispach et al. (z FZU: A. Araudo, J. Blažek, A. Christov, J. Chudoba, P. Čechvala, P. Dědic, P. Janeček, J. Juryšek, D. Mandát, S. R. Muthyala, A. L. Müller, V. Novotný, M. Palatka, M. Pech, M. Prouza, P. Schovánek, T. Tavernier, P. Trávníček, J. Vícha): Observation of the Crab Nebula with the Single-Mirror Small-Size Telescope stereoscopic system at low altitude. Astronomy & Astrophysics 699 (2025) A255, doi: 10.1051/0004-6361/202555292
