Blisko ćwierć tysiąca naukowców i przedstawicieli wiodących instytucji badawczych z całego świata świętowało inaugurację podzespołu Large-Sized Telescope (LST) w ośrodku CTAO-Północ, w Obserwatorium Roque de los Muchachos na wyspie La Palma w Hiszpanii. Ukończenie budowy tych czterech teleskopów stanowi ważny kamień milowy dla światowej społeczności astrofizycznej oraz kluczowy krok w kierunku pełnego uruchomienia działalności naukowej Obserwatorium CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory).
Każdy teleskop wyposażony jest w zwierciadło o średnicy 23 metrów oraz w nowoczesne, ultraszybkie kamery. Teleskopy LST, zaprojektowane do rejestrowania słabych błysków promieniowania Czerenkowa powstających w wyniku oddziaływania promieniowania gamma o bardzo wysokiej energii z atmosferą ziemską, będą najbardziej czułymi na świecie instrumentami służącymi do obserwacji promieniowania gamma w zakresie energii od około 20 gigaelektronowoltów (GeV) do kilku teraelektronowoltów (TeV).
Ta wyjątkowa czułość ma kluczowe znaczenie dla wykrywania odległych i przejściowych źródeł promieniowania gamma. Ponieważ promieniowanie gamma o bardzo wysokich energiach jest w coraz większym stopniu pochłaniane
podczas podróży przez Wszechświat, niski próg energetyczny teleskopów LST umożliwia naukowcom badanie źródeł znajdujących się w odległościach kosmologicznych, sięganie dalej w przeszłość kosmosu oraz dokładniejsze badanie szybkich zmian jasności dynamicznie ewoluujących źródeł promieniowania gamma.
Pionier: LST-1
Już w fazie uruchamiania prototyp LST (LST-1) przynosił przełomowe wyniki, począwszy od 2020 roku. Obejmują one obserwacje pulsarów, badania aktywnych jąder galaktyk znajdujących się w odległościach kosmologicznych oraz szybkie śledzenie zjawisk przejściowych, takich jak nowe i rozbłyski gamma.
Po dołączeniu trzech nowych teleskopów LST (LST-2, LST-3 i LST-4) do istniejącego LST-1, cztery teleskopy utworzą pełną sieć. Dzięki jednoczesnej obserwacji tych samych pęków cząstek wywołanych promieniowaniem gamma z różnych kierunków, układ ten zapewni znacznie lepszą czułość, rozdzielczość kątową oraz precyzję rekonstrukcji energii, otwierając nowy etap precyzyjnych badań Wszechświata w promieniowaniu gamma.
Ukończenie podzespołu teleskopów LST jest zwieńczeniem ponad piętnastu lat międzynarodowej współpracy i innowacji technologicznych — mówi prof. Masahiro Teshima, główny badacz współpracy LST i rzecznik konsorcjum CTAO. – Teleskopy te pozwolą nam badać jedne z najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie, w tym supermasywne czarne dziury i gwiazdy neutronowe, możliwe źródła promieni kosmicznych oraz naturę ciemnej materii – dodaje.
Sięganie ku wczesnemu Wszechświatowi
Teleskopy LST stanowią podstawowy instrument obserwatorium CTAO-Północ w zakresie dolnego progu energii rzędu kilkudziesięciu GeV i zapewnią unikalną możliwość badania Wszechświata w epoce sprzed około 12 miliardów lat, gdy miał on mniej niż dwa miliardy lat. Wysoka czułość LST w tym zakresie energii umożliwi wykrywanie i badanie jasnych rozbłysków gamma w zakresie bardzo wysokich energii i o dużym przesunięciu ku czerwieni, potencjalnie rozszerzając obserwacje promieniowania gamma na źródła o przesunięciach ku czerwieni rzędu z∼4 i dostarczając nowych informacji o wczesnym Wszechświecie.
W nadchodzących latach teleskopy LST zostaną uruchomione i włączone do regularnych obserwacji w ramach CTAO. Wraz z pozostałymi teleskopami planowanymi w obu lokalizacjach CTAO będą służyć do badania fundamentalnych zagadnień astrofizyki, fizyki cząstek elementarnych i kosmologii, takich jak natura ciemnej materii, pochodzenie promieniowania kosmicznego czy mechanizmy działania najbardziej ekstremalnych akceleratorów cząstek we Wszechświecie.
Współpraca LST
Zespół współpracujący przy projekcie LST to międzynarodowe konsorcjum naukowców, inżynierów i instytucji zajmujący się projektowaniem, budową i uruchamianiem teleskopów LST dla obserwatorium CTAO. W ramach tej współpracy opracowano zaawansowane technologie z zakresu optyki, fotodetekcji, mechaniki oraz szybkich układów elektronicznych, aby osiągnąć najniższy próg energetyczny w historii naziemnych obserwatoriów promieniowania gamma.
Realizacja projektu była możliwa dzięki silnemu partnerstwu międzynarodowemu, obejmującemu instytucje z Brazylii, Bułgarii, Czech, Chorwacji, Francji, Hiszpanii, Japonii, Niemiec, Polski, Szwajcarii i Włoch. Uniwersytet Łódzki jest jedyną polską instytucją naukową uczestniczącą we Współpracy LST. Grupa z UŁ pracowała między innymi nad algorytmami kalibracji i czyszczenia danych wykorzystywanymi w LST-1, które będą również używane w pozostałych teleskopach LST. Sieć teleskopów LST będzie wykorzystywała oprogramowanie sterujące ACADA, w
którego opracowaniu duży udział miał zespół z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (CAMK PAN).
CTAO
CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory) będzie największym i najpotężniejszym na świecie obserwatorium astronomii promieniowania gamma. Bezprecedensowa precyzja oraz szeroki zakres energii (od 20 GeV do 300 TeV) pozwolą CTAO na zgłębienie jednych z najbardziej intrygujących zagadnień astrofizyki, obejmujących trzy główne obszary badawcze: zrozumienie pochodzenia i roli relatywistycznych cząstek kosmicznych; badanie ekstremalnych środowisk, takich jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe; oraz eksplorację nowych granic fizyki, w tym poszukiwanie ciemnej materii czy odstępstw od teorii względności Einsteina.
Aby objąć tak szeroki zakres energii, CTAO wykorzysta trzy typy teleskopów: teleskopy dużych rozmiarów (LST – Large-Sized Telescope), średnich rozmiarów (MST – Medium-Sized Telescope) oraz małych rozmiarów (SST – Small-Sized Telescope). Łącznie ponad 60 teleskopów zostanie rozmieszczonych w dwóch stacjach obserwacyjnych: CTAO-Północ (w Obserwatorium Roque de los Muchachos na wyspie La Palma w Hiszpanii) oraz CTAO-Południe (w Obserwatorium Paranal na pustyni Atakama w Chile).
CTAO jest projektem typu Big Data. Obserwatorium będzie generować setki petabajtów (PB) danych rocznie (około 12 PB po kompresji). Zgodnie z zasadami otwartej nauki, CTAO będzie pierwszym obserwatorium promieniowania gamma najwyższych energii działającym w modelu otwartym, w którym dostęp do czasu obserwacyjnego będzie przyznawany na podstawie zgłaszanych propozycji badawczych, zapewniającym publiczny dostęp do wysokopoziomowych danych naukowych i oprogramowania.
Za budowę i eksploatację Obserwatorium oraz zarządzanie jego lokalizacjami odpowiada centralna organizacja CTAO, działająca formalnie jako Europejskie Konsorcjum na rzecz Infrastruktury Badawczej CTAO (CTAO-ERIC). Jego członkami są: Austria, Chorwacja, Czechy, Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), Francja, Hiszpania, Niemcy, Polska, Słowenia, Szwajcaria i Włochy. Status obserwatora w CTAO ERIC ma również Holandia. Australia, Brazylia, Japonia, Republika Południowej Afryki oraz Stany Zjednoczone uczestniczą w procesie nawiązywania współpracy z CTAO ERIC jako partnerzy strategiczni lub strony trzecie. Grupa ta ściśle współpracuje z partnerami z całego świata, w tym z instytucjami wnoszącymi wkład rzeczowy, odpowiedzialnymi za opracowanie i dostarczenie niezbędnego sprzętu i oprogramowania, oraz z Konsorcjum CTAO, zrzeszającym naukowców zaangażowanych w naukowe wykorzystanie Obserwatorium.
Polska w CTAO
Polskie zespoły uczestniczące w projekcie CTAO są zrzeszone w Polskim Konsorcjum projektu Cherenkov Telescope Array, które skupia 13 polskich instytucji naukowych. Wkład Polski w budowę Obserwatorium obejmuje zarówno dostawy aparatury, jak i rozwój oprogramowania. Uniwersytet Łódzki wnosi wkład rzeczowy w budowę teleskopów LST. Polska odpowiada również za dostarczenie głównych elementów struktury mechanicznej i napędu teleskopów MST, połowy zwierciadeł dla teleskopów MST w południowej lokalizacji CTAO (Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN) oraz oprogramowania w ramach pakietów ACADA (Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN) i SUSS (Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet AGH).
źródło: IFJ PAN