 |
Observatoř GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) připravovaná americkou NASA je projekt umožňující lidstvu pozorovat energie, které dosud žádná jiná sonda či družice nebyla schopná detekovat. Hlavní náplní pozorování budou zdroje gama záření o vysokých energiích (od 10 MeV do více než 300 GeV). Observatoř GLAST by se měla stát následovníkem slavné gama observatoře COMPTON, jejíž detektor EGRET dosáhl až k energiím 30 GeV. NASA připravuje tuto významnou observatoř ve spolupráci s Americkým ministerstvem energetiky, samotnou družici vyvinula společnost General Dynamics a přístroje vědecká střediska z Francie, Německa, Itálie, Švédska, Japonska a Spojených států. Start této družice je naplánován na začátek léta 2008.
|
NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, založen byl v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. GLAST – Gamma-ray Large Area Space Telescope, kosmický dalekohled pro obor gama, v roce 2008 by se měl stát následovníkem slavné gama observatoře Compton. Projekt USA. Rozsah detekovaného záření: 10÷300 GeV. COMPTON – Compton Gamma Ray Observatory, první obří družice NASA určená pro výzkum gama záření, hmotnost měla 17 tun a na oběžnou dráhu ji vynesl raketoplán Atlantis 5. 4. 1991. Mise byla ukončena 4. 6. 2000 navedením družice do zemské atmosféry, kde shořela. Přesnost určení polohy zdroje gama záření činila několik stupňů. Družice byla pojmenována po Dr. A. H. Comptonovi, nositeli Nobelovy ceny za fyziku za výzkum rozptylu vysoce energetických fotonů na elektronech. Právě tento mechanizmus sloužil k detekci gama záření na všech čtyřech přístrojích družice. |
 |
| Mapa oblohy v gama oboru pořízená přístrojem EGRET na observatoři COMPTON. |
| Cíle mise |
Jedním z cílů je pochopení mechanizmů urychlení částic v pulzarech, v aktivních jádrech galaxií a v obálkách supernov. Tato problematika je klíčem k vyřešení záhad kolem formování výtrysků hmoty vznikajících u černých děr, úniku rotační energie z neutronových hvězd a dynamiky rázových vln v obálkách supernov. Všechny tyto děje vedou ke vzniku částic s vysokými energiemi a k produkci záření gama.
Dalším úkolem bude pořízení mapy oblohy v gama oboru. Ta se bude skládat především z opticky neidentifikovaných zdrojů a plošných gama emisí. Sledování změn intenzity těchto zdrojů gama záření je nejlepší metodou k pochopení jejich podstaty. Observatoř GLAST bude vybavena i pro pozorování gama záblesků, náhlých vzplanutí, která pozorujeme přibližně jedenkrát denně. Jejich původ není dosud znám, v některých případech může jít o spojení dvou neutronových hvězd nebo o kolaps velmi hmotné hvězdy do černé díry.
V neposlední řadě bude GLAST zkoumat i mysteriózní temnou hmotu. Malcoln Fairbairn z CERNu a Timur Rashba z RAS navrhli experiment využívající pravidelných zákrytů kvazaru 3C 279 Sluncem. Lokální magnetické pole na povrchu Slunce fotony kvazaru zkonvertuje na axiony, které Sluncem projdou. Na druhé straně zkonvertuje magnetické pole Slunce axiony zpět na gama fotony, které by měla detekovat observatoř GLAST.
Gama fotony s vysokou energií snadno procházejí látkou. Proto bude možné v tomto oboru nahlédnout i do nitra aktivních jader galaxií a studovat vývoj extrémně hmotných černých děr. Důležité bude i studium raných fází vývoje vesmíru a testování našich hypotéz o supersymetrii, kvantové gravitaci, kosmických strunách nebo o vypařování prvotních černých děr.
 |
| Údaje o observatoři |
Observatoř GLAST bude mít na palubě dva dalekohledy. Nepředstavujte si ale dalekohled s klasickým zrcadlem. Takovým zrcadlem by gama fotony s extrémními energiemi prošly. Spíše jde o mnohavrstvé detektory. První z nich se nazývá LAT (Large Area Telescope). Jde o 16 vrstev wolframu, ve kterých se promění gama foton v elektron-pozitronový pár. Elektrony a pozitrony vyzáří další fotony a ty se přemění v další elektron-pozitronové páry. Vznikne tak celá kaskáda elektronů a pozitronů, jejichž trajektorie je možné sledovat v přesných křemíkových detektorech. Z naměřených dat je možné určit energii původní částice i směr, ze kterého přilétla.
Druhým detektorem je GBM (Glast Burst Monirtor). Jde o scintilační detektor určený ke sledování gama záblesků. Obsahuje dvanáct sodíkovo-jódových (NaI) scintilačních detektorů pro nízké energie a dva vizmutovo-germaniové (BiGe) detektory pro vysoké energie. Detektor GBM je schopen rozpoznat gama záblesk ze dvou třetin oblohy!
Observatoř GLAST bude moci pozorovat pole o velikosti 2,5 steradiánu a její citlivost bude padesátkrát větší než u detektoru EGRET. Observatoř GLAST bude schopna detekovat zdroje s průměrem od 30 obloukových vteřin do 5 obloukových minut. Navíc tato mise není příliš drahá. Na oběžnou dráhu bude vynesena za pomoci rakety Delta II 2920H-10. Observatoř bude kroužit ve výšce 550 km nad Zemí se sklonem dráhy 28,5°. Mise byla navržena na období pěti let a je možné ji případně prodloužit až na deset let.
 |
| Detektory na observatoři GLAST. |
EGRET – Energetic Gamma Ray Experiment Telescope, gama dalekohled na palubě družice Compton (1991-2000). Detekce probíhala v rozsahu 20 MeV až 30 GeV se zorným polem 80°. Dnes se často využívá katalog 271 bodových gama zdrojů objevených tímto přístrojem.
Pulzar – neutronová hvězda, jejíž magnetická a rotační osa nemají shodný směr. Zářící oblasti v magnetických pólech hvězdy díky rotaci vytvářejí pro pozorovatele majákovým efektem pulzy, zpravidla radiové, výjimečně až rentgenové či gama. První pulzar byl objeven v roce 1967.
AGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 1016 cm-3, T ~ 105 K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 109 K a rentgenovým či gama zábleskem.
Supernova – rozmetání podstatné části hvězdy, při kterém vznikne extrémně jasný objekt. Jeho svítivost posléze klesá v průběhu týdnů či měsíců. K tomuto konci vedou dvě možné cesty: buďto se jedná o velmi hmotnou hvězdu, která ve svém jádře vyčerpala zásoby paliva a začala se hroutit pod silou své vlastní gravitace na neutronovou hvězdu, nebo o bílého trpaslíka, který nahromadil materiál od svého hvězdného průvodce, dosáhl Chandrasekharovy meze a prodělal objemovou termonukleární explozi.
Černá díra – zkolabovaný objekt, ze kterého nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje, jiné, obří černé díry, sídlí v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky vznikající v bezprostředním okolí černé díry velmi intenzivně vyzařují.
Neutronová hvězda – těleso tvořené degenerovaným neutronovým plynem o hmotnosti menší než cca 3 MS (Tolmanova-Oppenheimerova-Volkoffova mez). Typický průměr neutronové hvězdy je v řádu desítek kilometrů, průměrná hustota 1011 kg m-3 dosahuje hodnot hustoty atomového jádra. Neutronové hvězdy vznikají při gravitačním kolapsu velmi hmotných červených veleobrů, při výbuchu supernovy typu II. Obrovský tlak způsobuje "vtlačení" elektronů do protonů za vzniku neutronů a neutrin. Neutronové hvězdy byly teoreticky předpovězeny ve 30. letech 20. století.
GRB – Gamma Ray Bursts, záblesky gama. Náhlá vzplanutí neznámé povahy v oboru gama. Dnes je jasné, že bude existovat více mechanizmů vzplanutí gama, která jsou pozorována jak v kosmologických vzdálenostech, tak přímo v naší Galaxii. K zábleskům gama dochází přibližně jednou denně a mají trvání od několika milisekund po několik stovek sekund. Může jít o vznik černé díry, splynutí dvou neutronových hvězd nebo o další, dosud neznámé mechanizmy.
Temná hmota – hmota ve vesmíru nebaryonové povahy, není složena z kvarků. Temná hmota udržuje pohromadě svítící objekty velkých rozměrů, které díky ní v periferních oblastech obíhají rychleji, než odpovídá známým gravitačním zákonům a množství pozorované hmoty. Tvoří několikanásobek hmotnosti atomární látky galaxií a 23 % hmoty vesmíru. Prozatím je mnoho možností, co všechno by mohlo být temnou hmotou. Dosud ji však neumíme přímo detekovat. Termín zavedl v roce 1933 F. Zwicky poukázáním na neklesající rychlost oběhu hvězd ve vnějších oblastech galaxií – oběh zde musí způsobovat něco, co není vidět, odtud pojmenování "temná hmota".
CERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 20 členských zemí včetně České republiky. V současné době je zde budován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který má být dostaven v roce 2007. K největším objevům patří objev částic slabé interakce, příprava antivodíku a objev kvark-gluonového plazmatu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web.
RAS – Royal Astronomical Society, Královská astronomická společnost. Anglická vědecká společnost založená v roce 1820.
Kvazar – objekty objevené 1963, mají malé úhlové rozměry (< 1") a obrovský zářivý výkon v celém spektru (řádově 1041 W). Kvazary se nacházejí ve velkých kosmologických vzdálenostech, jsou poznamenány rozpínáním vesmíru a jejich světlo je výrazně posunuté k červenému konci spektra. Energetická bilance odpovídá vyzařování celých galaxií. Pravděpodobně zárodky budoucích galaxií, často s obří černou dírou v centru a s charakteristickým výtryskem hmoty.
Axion – málo hmotný, slabě interagující boson se spinem 0 postulovaný kvantovou chromodynamikou. Souvisí s nepozorováním narušení CP symetrie v silné interakci. Je jedním z kandidátů na temnou hmotu. Měl by vznikat v období krátce po Velkém třesku.
SUSY – SUperSYmmetry, symetrie mezi fermiony a bosony, která by se měla podle standardního modelu projevovat při energiích částic nad 1019 GeV. Ke každému fermionu by měl existovat superpartner, který je bosonem, a naopak ke každému bosonu by měl existoval superpartner, který je fermionem. Názvy superpartnerů tvoříme příponou "ino" pro bosony a předponou "s" pro fermiony. Tedy například foton – fotino, elektron – selektron.
Kvantová gravitace – teorie pokoušející se spojit zákony kvantové mechaniky se současnou teorií gravitace, obecnou relativitou. Zdá se, že nejblíže cíli jsou tzv. teorie strun.
Kosmické struny – hypotetické lineární gravitační objekty, které by měly vznikat v raných fázích vesmíru jako topologické defekty při narušení symetrie.
Primordiální černé díry – černé díry, které by měly mít rozměry elementárních částic a mohly by vznikat v raných fázích vývoje vesmíru. Jestliže existují, měly by díky Hawkingovu vypařování intenzivně zářit. Současné experimenty již vyloučily, že by těchto objektů mohlo být být více než 300 v krychlovém světelném roku.
