Alacsony frekvenciájú rádiós ég a kozmikus sugárzás idején. Kép jóváírása: MPIFR. Kattints a kinagyításhoz.
A LOPES kísérlettel, az LOFAR új csúcstechnológiájú rádióteleszkópjának prototípusa az ultra nagy energiájú kozmikus sugárrészecskék kimutatására, az asztrofizikusok csoportja a Max-Planck-Gesellschaft és a Helmholtz-Gemeinschaft együttműködésével rögzítette a legfényesebb és leggyorsabb rádióban robbant az ég. A robbantások, amelyek felismeréséről a Nature folyóirat ezen héti kiadásában számoltak be, drámai rádiófény villanások, amelyek több mint 1000-szer fényesebben jelennek meg, mint a nap, és csaknem egymilliószor gyorsabbak, mint a normál villámlás. Ezek a villanások - amelyek eddig nagyrészt észrevétlenül maradtak - egy nagyon rövid pillanatra az ég legfényesebb fényévé válnak, amelynek átmérője kétszer akkora, mint a hold.
A kísérlet kimutatta, hogy a rádióhullámok a Föld légkörében készülnek, amelyet a kozmoszban előállított legintenzívebb részecskék hatása okoz. Ezeket a részecskéket rendkívül nagy energiájú kozmikus sugaraknak nevezik, és eredetük folyamatos puzzle. Az asztrofizikusok most azt remélik, hogy felfedezéseik új fényt derítenek ezen részecskék rejtélyére.
A tudósok egy sor rádióantennát és a KASCADE-Grande kísérlet nagy sorozatának részecskedetektorát használtak a Forschungszentrum Karlsruhe-ban. Megmutatták, hogy amikor egy nagyon energikus kozmikus részecske eléri a Föld légkörét, a rádióimpulzust felveszik a bejövő részecske irányából. A rádiócsillagászat képalkotó technikáinak felhasználásával a csoport ezeknek az eseményeknek a digitális film-sorozatát is elkészítette, így a rádiócsillagászatban valaha előállított leggyorsabb filmeket hozta létre. A részecskedetektorok alapvető információkat szolgáltattak nekik a bejövő kozmikus sugarakról.
A kutatók meg tudták mutatni, hogy a kisugárzott rádiójel erőssége a kozmikus sugár energia közvetlen mérőszáma. Hihetetlen, hogy egyszerű FM rádióantennákkal mérhetjük a kozmoszból származó részecskék energiáját. ”- mondta Heino Falcke, a Holland Csillagászati Kutatási Alapítvány (ASTRON) professzora, aki a LOPES együttműködés szóvivője. "Ha érzékeny rádió szemünk lenne, láthatnánk az ég rádióhullámokkal csillogó jeleit" - teszi hozzá.
A tudósok pár antennát használtak, hasonlóan a szokásos FM rádióvevőkhöz. "A fő különbség a normál rádiókhoz képest a digitális elektronika és a széles sávú vevőkészülékek esetében, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy sok frekvenciát egyszerre hallgassunk" - magyarázza Dipl. Phys. Andreas Horneffer, a Bonn Egyetem és a Nemzetközi Max-Planck Kutatóiskola (IMPRS) posztgraduális hallgatója, aki doktori projektje részeként telepítette az antennákat.
A felismert rádiófények egy része elvileg elég erős ahhoz, hogy rövid ideig törölje a hagyományos rádió- vagy TV-vételt. Ennek a hatásnak a bemutatására a csoport egy kozmikus sugár esemény rádióvételét hangcsává alakította át (lásd alább). Mivel azonban a villogások csak körülbelül 20-30 nanosekundum alatt állnak, és a fényes jelek csak egyszer fordulnak elő, a mindennapi életben alig ismeri fel őket.
A kísérlet azt is kimutatta, hogy a rádiókibocsátás erőssége változhat a Föld mágneses tere tájolása szempontjából. Ez és más eredmények igazolják az alapvető előrejelzéseket, amelyeket Falcke professzor és korábbi doktorandusz, Tim Huege korábban tett az elméleti számításokban, valamint a Hawaii Egyetemen dolgozó prof. Peter Gorham számításai alapján.
A kozmikus sugárrészecskék folyamatosan bombázzák a Földet, és az elemi részecskék kis robbantásával járnak, amelyek anyagnyalábot képeznek, és a légkörben rohanó anyaggátló részecskék. Ebben a sugárban a legkönnyebben töltött részecskék, elektronok és pozitronok a Föld geomágneses tere által eltérítik, ami rádiókibocsátást okoz. Az ilyen típusú sugárzás a Földön lévõ részecskegyorsítókból jól ismert, és szinkrotron sugárzásnak nevezik. Analógia útján az asztrofizikusok a föld mágneses mezőjével való kölcsönhatás miatt „geoszinkrotron” sugárzásról beszélnek.
A rádiófrekvenciás villanásokat a KASCADE-Grande kozmikus sugárlevegő-zuhany-kísérletbe, a Forschungszentrum Karlsruhe-ban (Németország) telepített LOPES antennák segítségével észlelték. A KASCADE-Grande vezető kísérlet a kozmikus sugarak mérésére. "Ez azt mutatja, hogy mennyire fontos egy közvetlen asztrológia-fizikai kísérlet közvetlenül a szomszédságunkban - ez rugalmasságot adott nekünk a szokatlan ötletek feltárására is." - mondta Dr. Andreas Haungs, a KASCADE-Grande szóvivője.
A LOPES rádióteleszkóp (LOFAR Prototípus Kísérleti Állomás) a világ legnagyobb rádióteleszkópjának, a LOFAR prototípus antennáit használja, amelyeket 2006 után építenek Hollandiában és Németország részein. A LOFAR radikálisan új kialakítású, olcsó, alacsony frekvenciájú antennák sokaságával, amelyek egyszerre gyűjtik a rádiójeleket az egész égboltból. A nagysebességű internettel csatlakoztatva a szuperszámítógép képes szokatlan jeleket észlelni és képeket készíteni az ég érdekes régióiról, anélkül, hogy bármilyen mechanikai alkatrészt mozgatna. „A LOPES a LOFAR projekt első jelentős tudományos eredményeit már a fejlesztési szakaszban elérte. Ez abban bíztat bennünket, hogy a LOFAR valóban olyan forradalmi lesz, mint ahogy azt reméljük. elmagyarázza prof. Harvey Butcher, a holland Dwingeloo-ban, a holland csillagászati kutatási alapítvány (ASTRON) igazgatója, ahol jelenleg fejlesztik a LOFAR-ot.
„Ez valóban egy szokatlan kombináció, ahol a nukleáris fizikusok és a rádiócsillagászok együtt dolgoznak egy egyedi és rendkívül eredeti asztroláris részecskefizikai kísérlet létrehozásában” - állítja Dr. Anton Zensus, a Max-Planck-Intézet Rádiósztronomia (MPIfR) igazgatója Bonn. „Ez előkészíti az utat az új észlelési mechanizmusokhoz a részecskefizikában, valamint bemutatja a következő generációs távcsövek, például a LOFAR és később a Square Kilometer Array (SKA) lélegzetelállító képességeit. Hirtelen a különféle kutatási területeken jelentős nemzetközi kísérletek találkoznak ”
Következő lépésként az asztrofizikusok a hollandiai és németországi LOFAR sorozat felhasználását akarják használni rádiócsillagászati és kozmikus sugárkutatáshoz. Vizsgálják a rádióantennák integrálását a Pierre Auger Obszervatóriumban kozmikus sugárzás céljából Argentínában és esetleg később az északi féltekén lévő második Auger obszervatóriumba. „Ez nagy áttörést jelenthet az észlelési technológiában. Reméljük, hogy ezt az új technikát felhasználjuk a legmagasabb energiájú kozmikus sugarak természetének felismerésére és megértésére, valamint a kozmoszból származó ultramagas energiájú neutrinók detektálására is ”- mondta prof. Johannes Bl? Mer, a Helmholtz Egyesület Asztrológiai részecskefizikai programjának igazgatója és a Forschungszentrum Karlsruhe-ban.
A detektálást részben egy francia csoport erősítette meg a Párizsi Obszervatórium nagy rádióteleszkópjával, Nanyában. A kozmikus sugarakból származó rádiófrekvenciás emisszióra való törekvés történelmének először az 1960-as évek végén történt, az első észlelésekkel szemben. A mai technológiával azonban nem lehetett hasznos információt kinyerni, és a munka gyorsan leállt. A fő hiányosságok a képalkotó képességek (a szoftvert ma megvalósító) hiánya, az alacsony felbontási idő, valamint a jól kalibrált részecskedetektor-tömb hiánya. Mindezt legyőztük a LOPES kísérlettel.
Eredeti forrás: MPI sajtóközlemény
