Úvodní strana  >  Články  >  Ostatní  >  EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (4)

EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (4)

Těsně před sloučením dvou velkých černých děr se uvolní gravitační vlny. Graf ukazuje, jak se mění amplituda a frekvence vln těsně před sloučením černých děr a jak vlny vymizí, když se objekt stane symetrickou černou dírou
Autor: UMD/AEI/Milde Marketing/ESO/NASA

Ve čtvrtém pokračování za výsledky mezinárodní konference EWASS v Praze se ohlížíme za dvěma důležitými způsoby výzkumu vesmíru. Jedním z nich je detekce částic s takovými energiemi, jaké na Zemi ani nedokážeme simulovat v urychlovačích, a druhým detekce gravitačních vln. Vysokoenergetické částice produkují při letu atmosférou záblesky tzv. Čerenkovova záření. Pokud se na něj zaměříme soustavou různých dalekohledů, můžeme se dozvědět něco o částicích s velmi vysokou energií, které toto záření způsobily, i něco o objektech, z kterých pochází. Zcela nový způsob pozorování vesmírných objektů nám začínají poskytovat detektory gravitačních vln. Jaký je současný stav, přiblíží druhá část článku.

Čerenkovova soustava teleskopů (CTA)

Jeden z nejrozsáhlejších mezinárodních astronomických, resp. astročásticových projektů se týká pozorování kosmických objektů vysílajících energetické paprsky gama. Podílí se na něm 32 států a více než 1,3 tis. odborníků. Projekt započal v říjnu 2016 ustavením mezinárodního konsorcia se sídlem v Heidelbergu. Inspirací projektu byly soustavy Čerenkovových teleskopů H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System; Khomas Highlands; Namibie, od r. 2002); MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes; La Palma, od r. 2004) a VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array; úbočí Mt. Hopkins v Arizoně; od r. 2007).

Český astronom Richard Wünsch přednesl v aule 29. 7. plenární přednášku: "Tvorba hvězd a hvězdokup" Autor: Jiří Grygar
Český astronom Richard Wünsch přednesl v aule 29. 7. plenární přednášku: "Tvorba hvězd a hvězdokup"
Autor: Jiří Grygar
Tyto pozemní aparatury se složenými (mozaikovými) zrcadly o výsledných průměrech 12 až 28 m dokáží nepřímo zaznamenat energetické paprsky gama pomocí ultrafialového a vizuálního Čerenkovova záření, jež vzniká ve výškách cca 15 km nad Zemí, a odtud směřuje k zemskému povrchu. Záření je produktem extrémně energetického kosmického záření gama o energiích fotonů 0,025 až 100 TeV.

Nečekané nové údaje o kosmickém záření gama přinesla také družice Fermi, která registruje fotony gama o energiích až 300 GeV přímo na své oběžné dráze.
Výsledky pořízené dosavadními aparaturami jsou tak znamenité, že podnítily snahy vybudovat relativně levně (~400 mil. €) novou generaci Čerenkových teleskopů s řádově lepšími technickými parametry. V rámci projektu bude postaveno celkem 100 Čerenkovových teleskopů na dvou stanovištích: na severu na observatoři La Palma (poblíž teleskopu MAGIC) a na jihu poblíž Cerro Armazones v Chile (sídla budoucího optického teleskopu ELT). Skupiny teleskopů o průměru zrcadel 23 m budou sledovat nízkoenergetické záření gama (<30GeV); pásmo energií 0,1 až 10 TeV  obslouží teleskopy o průměru zrcadel 9,5 a 12 m, a pro nejvyšší energie bude vyčleněna sestava relativně malých teleskopů s průměry zrcadel jen 3 až 4 m, rozmístěných však na ploše 10 km2

Hlavním smyslem projektu je získat údaje o částicích, jež jsou kosmickými fyzikálními procesy urychlovány na energie vyšší, než jaké dokážeme získat po(d)zemními urychlovači třídy LHC. Jde tedy o relativisticky urychlované částice, o nichž máme jen kusé vědomosti, ačkoliv mohou evidentně významně ovlivňovat vznik a vývoj hvězd v galaxiích a určitě vznikají v okolí neutronových hvězd a černých děr či veleděr. Zcela záhadný je mechanismus vzniku 100GeV fotonů u některých zábleskových zdrojů záření (GRB). Mohli bychom se tak rovněž přiblížit k řešení klíčových fyzikálních otázek o rozložení skryté látky a případné kvantové povaze gravitace. Také v tomto projektu má Česko významné zastoupení díky pracovníkům Fyzikálního ústavu AV ČR. 

Gravitační vlny

Jak známo, v r. 2016 se podařilo pracovníkům observatoří LIGO a VIRGO otevřít nové astronomické okno zkoumání vesmíru pomocí gravitačních vln. Existence těchto vln byla střídavě předvídána a vyvracována významnými fyziky, Einsteina nevyjímaje. Teprve v r. 1937 připustili Einstein a Nathan Rosen, že takové vlny opravdu existují, ale jsou příliš slabé na to, aby je mohl kdokoliv jednou detekovat. Jak uvedla in absentia americká astronomka Virginia Trimbleová, ještě na varšavské konferenci v r. 1962 se nevěřilo, že se v tomto oboru něco stane během nejbližšího sta let!

Advanced LIGO: Vylepšené detektory gravitačních vln
Advanced LIGO: Vylepšené detektory gravitačních vln
Navzdory tomu se již v polovině 50. let stýkal americký fyzik Joseph Weber (1919–2000) s Johnem Wheelerem (1911–2008) a diskutovali o možnostech detekce gravitačních vln. Weber měl za sebou zkušenosti  s vývojem laserů, takže dobře ovládal techniku velejemných měření. Během následující dekády postavil detektory gravitačních vln v podobě hliníkových válců o průměru 1 m a délce 2 m opatřených piezoelektrickými čidly pro detekci miniaturních oscilací, jež by mohly vznikat průchodem gravitačních vln skrz válce. Jeho pokusy nebyly úspěšné a dnes už je zřejmé, že citlivost jeho aparatury byla minimálně o 6 řádů horší, než kolik bylo k objevu potřebné. 
Přesto jeho vytrvalost nakonec přinesla ovoce v konstrukci interferometrických detektorů LIGO a VIRGO.

O první návrh detektoru se zasloužili Ronald Drever (1931-2017), Kip Thorne (*1940) a Rainer Weiss (*1932), ale ani oni v žádosti o finanční podporu projektu neuspěli. Teprve Rochusovi Vogtovi (*1930) se to formálně podařilo v r. 1988, ale peníze stále nepřicházely. Nakonec uspěl nový šéf projektu Barry Barish (*1936) v r. 1994, kdy projekt získal podporu bezmála 400 mil. dolarů na vývoj detektoru v několika fázích. Pokrok byl stále velmi svízelný a trval až do roku 2015, kdy konečně začala nadějná měření, jež vyvrcholila úspěchy v detekci gravitačních vln v září a prosinci téhož roku. Třetí úspěch se dostavil hned 4. ledna 2017 (zveřejněn 1. června 2017), kdy obě stanice LIGO zaznamenaly třetí zdroj ve vzdálenosti 2,9 mld. sv. let (chyba vzdálenosti je ovšem 50 %), jenž vznikl slitím hvězdných černých děr o hmotnostech 31 a 19 MO (hmotností Slunce), přičemž se 2 MO vyzářily v podobě gravitačních vln během 0,12 s.

V blízké budoucnosti se můžeme těšit na spuštění třetího detektoru VIRGO v Itálii u městečka Cascina poblíž Pisy. To by pak usnadnilo pokusy o hledání protějšků zdrojů gravitačního záření a oborech elektromagnetického spektra, popř. detekci neutrin s úkazem souvisejících.

(článek na pokračování)

1. díl: Exoplanety, SGR A, simultánní spektroskopie

2. díl: Observatoř Pierra Augera, zábleskové zdroje gama, družice Gaia

3. díl: Synergie aparatur, JWST, LSST

4. díl: Čerenkovova soustava teleskopů, gravitační vlny

5. díl: ESA, ESO, astronomická kybernetika




Seriál

  1. EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (1)
  2. EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (2)
  3. EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (3)
  4. EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (4)
  5. EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (5)


O autorovi

Jiří Grygar

Jiří Grygar

Jiří Grygar (*1936) studoval fyziku na MU v Brně a astronomii na UK v Praze. Vědeckou aspiranturu v astrofyzice absolvoval v Astronomickém ústavu ČSAV v Ondřejově, kde pak pracoval ve stelárním odd. do r. 1981. Od té doby až dosud je zaměstnán ve Fyzikálním ústavu ČSAV/AV v Řeži/Praze, v současné době v odd. astročásticové fyziky. Web: www.astronom.cz/grygar/

Štítky: Gravitační vlny, Čerenkovova soustava teleskopů, Čerenkovovo záření


38. vesmírný týden 2017

38. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 18. 9. do 24. 9. 2017. Měsíc bude v novu. Jupiter se ztrácí v záři Slunce. Saturn je večer nad jihozápadem. Pozorovat můžeme i Neptun a Uran. Ráno je vidět Venuše, Merkur a Mars. Přidá se k nim také srpek Měsíce. Aktivita Slunce se snížila. Začíná astronomický podzim. Cassini shořela v atmosféře Saturnu. ISS má opět šestičlennou posádku. Po hurikánu Irma se obnoví i lety amerických raket. Kolem Země proletí sonda OSIRIS-REx.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Zatmění nad hradem Helfštýn

Kdopak dnes již spočítá, kolik zatmění Měsíce spatřili obyvatelé starobylého hradu Helfštýn. Mohli bychom jistě zadat souřadnice hradu do nějakého chytrého počítačového programu, který by žádaný počet zjistil. Docela jistě však nezjistíme, zda bylo kdysi dávno v příslušnou noc jasno,

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Ostrov hviezd

Tmavá obloha, Bohom zabudnuté miesto, teplo letnej jadranskej noci, deviatka nočných šialencov, zvuk uzávierok fotoaparátov, šum mora, desivé príbehy o nemých deťoch, vzduchom letiace nedopalky cigariet, nešťastne rozliata plechovka piva... pre niekoho ďalšia noc v teple postele, pre iného výborná príležitosť pre vznik nadčasových spomienok. Zelený závoj tiahnuci sa ostrovom hviezd predstavuje rozbúrený airglow, alebo svetelné žiarenie atmosféry. Fotka pochádza z ostrova Lastovo, najvzdialenejšieho obývaného ostrova Chorvátska. Na hladine mora je možné vidieť zrkadlenie Mliečnej cesty, ktorá obsahuje bohatú štruktúru tmavých hmlovín. Carpe noctem!

Další informace »