NOVOSTI IZ SVIJETA ZNANOSTI

MAGIC na dobrome putu

Dario Hrupec1, Koprivnica

Teleskopi MAGIC, promjera 17 m, najveći su teleskopi na svijetu za opažanje visokoenergijskih kozmičkih gama­zraka. Te gama­zrake

potječu od najenergetskijih pojava u svemiru i pokazuju izvore kozmičkihzraka najviših energija. Teleskopi su smješteni na kanarskom otoku La Palmi, u 

Španjolskoj, u okviru astronomskog opservatorija Roque de los Muchachos. Namijenjeni su istraživanju prirode astročestica te mehanizama njihovog stvaranja i 

ubrzavanja u galaktičkim i izvangalaktičkim objektima.

UvodU   vrijeme   kad   ovo   pišem2  teleskopi   MAGIC   miruju   u   mračnoj   noći.   Nema 

opažanja. No, ovaj  put razlog nisu loši  atmosferski uvjeti.  Teleskopi stoje odlukom kolaboracije   u   sjećanje   na   dr.   sc.   Floriana   Goebela   s   Instituta   Max   Planck   u Münchenu. Florian Goebel bio je tehnički voditelj projekta MAGIC [1]. Stradao je prije točno  dvije  godine,  danonoćno  radeći  na  dovršenju   teleskopa  MAGIC­II.  Bilo   je   to neposredno prije najavljenog puštanja novog teleskopa u pogon.  Taj  drugi  teleskop postao je stvarnost, dobrim dijelom, upravo zahvaljujući naporima dr. Goebela. Danas dvojni   sustav   teleskopa   MAGIC   radi   punim   pogonom   nižući   iznimna   otkrića. Zahvaljujući drugom teleskopu, MAGIC je trenutno najbolji instrument za kozmičke visokoenergijske   gama­zrake   i   ujedno   gama­teleskop   koji   vidi   najdalje  u   svemir.  Osjetljivost tog teleskopa garancija je budućih važnih otkrića i znanstvenih doprinosa astrofizici.

U Matematičko­fizičkom listu pisao sam o teleskopima MAGIC u dva navrata: prvi put 2005. godine kad je teleskop, kojeg danas nazivamo MAGIC­I, proradio punim kapacitetom  [2],   a  drugi  put   2008.   godine  kad   je  hrvatska  grupa  konačno  ušla  u punopravno članstvo te međunarodne kolaboracije koju čini 150 europskih fizičara [3]. Ovaj,   treći,  članak također  ima važan povod – kolaboracija  MAGIC održat  će svoj redoviti   godišnji   sastanak   kod   nas,  u   Hrvatskoj.  Stotinjak   europskih   astrofizičara okupit će se u Splitu od 20. do 24. rujna 2010. O tom sastanku, kao i o prethodnim aktivnostima   hrvatskog   dijela   grupe   MAGIC   možete   više   pročitati   u   dnevnim novinama [4]. 

1 Autor je viši asistent Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu, e-mail: dario.hrupec@irb.hr2 10. rujna 2010. godine

Slika 1. Dva teleskopa MAGIC spremno čekaju iduću noć. Pored njih je  kontrolna   kućica   za   operatere,   a   u   pozadini   veliki   optički   teleskop  GranTeCan. Izvor: Robert Wagner.

Kako opaža MAGIC U prethodna dva članka u MFL­u ([2] i [3]), kao i u prošlogodišnjem članku u 

ČIS­u [5], opisao sam detaljno kako teleskopi MAGIC opažaju visokoenergijske gama­zrake. Ovdje ću stoga tek ukratko ponoviti tu priču.

Za   razliku   od   gama­satelita   koji   kozmičke   gama­zrake   opažaju   neposredno, zemaljski gama­teleskopi opažaju ih posredno preko pljuskova sekundarnih čestica u atmosferi.  Visokoenergijska   kozmička   gama­zraka   sudara   se   u   višim   slojevima atmosfere   s  nekom  atomskom  jezgrom,  najčešće   jezgrom  dušika   ili   kisika.  Pritom nastaje  novi  par    čestica,  obično elektron  i  pozitron.  Dvije  nove  čestice,  nastale  u prvom sudaru gama­zrake s atomskom jezgrom imaju dovoljnu energiju da ponove proces tvorbe para. I ta se priča ponavlja mnogo puta. U vrlo kratkom vremenu nakon prvog sudara nastaje ogromni pljusak sekundarnih čestica koji se proteže kilometrima kroz atmosferu.

Većina nabijenih čestica u pljusku giba se gotovo brzinom svjetlosti. Za takve čestice kažemo da su ultrarelativističke. Kako je brzina svjetlosti u tvari uvijek manja od  brzine   svjetlosti   u   vakuumu  onda   ultrarelativističke   čestice   mogu  biti   brže   od svjetlosti u zraku. Zapravo, većina elektrona i pozitrona u atmosferskom pljusku i jest brža   od   svjetlosti   u   zraku.   Ta   činjenica   ima   zanimljivu   posljedicu   (koja   je   slična zvučnom udaru) – emisiju Čerenkovljeve svjetlosti.

Čerenkovljeva svjetlost koju stvaraju elektroni i pozitroni u atmosferi je vidljiva (i dijelom ultraljubičasta) svjetlost vrlo specifičnih svojstava. Bljesak te svjetlosti traje jako kratko, par milijarditih dijelova sekunde. Nadalje, svjetlost je jako usmjerena, otklonjena je od osi pljuska za najviše jedan stupanj. Teleskope kojima se posredno, uz pomoć   Čerenkovljeve   svjetlosti,   opažaju   kozmičke   gama­zrake   nazivamo Čerenkovljevim teleskopima. Postoji tek nekoliko takvih teleskopa u svijetu, a najveći među njima su upravo teleskopi MAGIC. 

Otkrića novih izvora Otkad radi kao dvojni sustav zemaljskih gama­teleskopa, MAGIC je otkrio tri 

nova izvangalaktička izvora visokoenergijskih fotona: radiogalaksiju IC 310, kvazar 4C+21.35 i zasad nepoznati izvor J2001+435.

Galaksija   IC   310   smještena  je   u   galaktičkom   skupu   Perzej   (Perseus),   na  udaljenosti 260 milijuna godina svjetlosti od Zemlje. Ta je radiogalaksija vrlo čudna jer   je   spiralna,  a   ima aktivnu  galaktičku  jezgru  koja   je   radioizvor.  U klasifikaciji aktivnih   galaktičkih   jezgara   (AGN)   postoje   dvije   skupine   s   obzirom   na   emisiju radiovalova: AGN koje jesu radioizvori (engl.  radio­loud) i AGN koje nisu radioizvori (engl. radio­quiet). Prema svim prijašnjim opažanjima znalo se da su radio­loud AGN smještene uvijek u eliptičnim galaksijama, a radio­quiet AGN u spiralnim. Galaksija IC 310 ruši tu paradigmu. Ona je radio­loud AGN smještena u spiralnoj galaksiji. U gama­području,  radiogalaksija  IC 310 tek  je  nedavno opažena satelitom Fermi (na nižim energijama) i teleskopom MAGIC (na višim energijama).  

Kvazar  4C+21.35   jedan   od   tri  najudaljenija   izvora  visokoenergijskih   čestica ikad opaženih.  Od Zemlje  je udaljen 4.5 milijarde godina svjetlosti  što  je  približno trećina polumjera vidljivog svemira.  Snažan bljesak visokoenergijskih gama­zraka  (E > 100 GeV)3 MAGIC je zabilježio 17. lipnja 2010. godine. Samo pola sata opažanja bilo je dovoljno za pouzdanu potvrdu otkrića ovog izvora.

Konačno, treći otkriveni izvangalaktički izvor je tajanstveni izvor J2001+435. On   dosad   nije   identificiran   kao   izvor   od   ranije   poznat   u   nekom   drugom   dijelu elektromagnetskog   spektra.   Stoga   ne   znamo   koja   je   to   vrsta   kozmičkog   objekta. Kažemo da mu je priroda zasad nepoznata. Također, nepoznata je i njegova udaljenost od Zemlje s obzirom da nije opažen u vidljivom području4.

3 GeV je uobičajena jedinica za visokoenergijske (VHE) gama-zrake. Jedan VHE-foton ima približno milijardu puta veću energiju od jednog fotona vidljive svjetlosti.4 Udaljenost se određuje iz pomaka prema crvenome (engl. redshift), promjene valnih duljina optičkih spektralnih linija zbog udaljavanja galaksija.

Slika 2. Bogati skup galaksija Perzej  sastoji  se  od mnoštva galaksija  vezanih  gravitacijskom  silom.  U vanjskom dijelu   skupa  smještena   je  galaksija   zvana   IC   310,   koju   je   MAGIC   otkrio   kao   izvor  visokoenergijskih gama­zraka. Izvor: Robert Lupton.

Slika 3.  Umjetnički  prikaz  kvazara –  aktivne galaktičke  jezgre s  dva relativistička mlaza i supermasivnom crnom rupom u središtu. Kvazar  4C+21.35 udaljen  4.5  milijarde  godina svjetlosti,  koji  snažno  emitira  visokoenergijske  gama­zrake,  nedavno  je  otkriven teleskopom MAGIC.  Izvor: Aurore Simonnet.

REFERENCE:

[1] http://magic.mppmu.mpg.de/   

[2] D. Hrupec, Gama­astronomija ­ posljednji elektromagnetski prozor u svemir, MFL 1/221 (2005.­2006.)[3] D. Hrupec, Teleskop MAGIC ­ čarobni instrument astročesticne fizike, MFL 2/234 (2008.­2009.)

[4] http://magic­zef.irb.hr/media/   

[5] D. Hrupec, Kako opažamo visokoenergijske kozmičke gama­zrake, ČIS 2 (2009.­2010.)