Observatórium Pierra Augera nedeteguje primárne častice kozmického žiarenia ale až spŕšky sekundárnych častíc, ktoré vzniknú keď primárna častica interaguje s molekulami a atómami vzduchu. Tieto sekundárne častice sa registrujú v 1 600 Čerenkovových detektoroch umiestnených v mriežke 1,5 km od seba a 24 špeciálnymi teleskopmi, ktoré snímajú ultrafialovú fluorescenciu vzduchu pri prelete nabitých častíc. Detekčné aparatúry sú rozmiestnené celkovo na ploche 3 000 km2.
|
Kosmické záření – proud urychlených částic neznámého původu. Při interakci s atmosférou vzniká sprška mnohdy milionů i miliard částic. Nejenergetičtější částice kosmického záření, které se dosud podařilo detekovat, mají energie až 1020 eV. Sprška z takové částice zasáhne na hranici atmosféry plochu o velikosti 1 km2 a na zemském povrchu se rozšíří na mnoho desítek km2. Tak energetická částice se objeví přibližně jednou za sto let. Kosmické záření bylo objeveno v roce 1912 rakouským fyzikem Viktorem Hessem při balónových experimentech ve výšce až 5 500 metrů. S rostoucí výškou stoupala ionizace atmosféry a tím byl prokázán kosmický původ záření. Za objev získal V. Hess v roce 1936 Nobelovu cenu za fyziku. Čerenkovovo záření – kužel elektromagnetického záření v podobě rázové vlny, který vzniká za nabitou částicí pohybující se nadsvětelnou rychlostí v daném prostředí. Čerenkovův detektor – detektor částic využívající kužele Čerenkovova záření za nabitou částicí pohybující se v daném prostředí nadsvětelnou rychlostí. Často se využívá k detekci elektronů nebo mionů v nádrži naplněné vodou. Stěny nádrže jsou pokryty fotonásobiči detekujícími světelný kužel. Jinou variantou jsou aerogelové Čerenkovovy detektory umísťované na sondách. Čerenkovovo záření vznikající v atmosféře ze sekundárních spršek kosmického záření může být sledováno speciálními pozemskými dalekohledy. Pierre Auger – dosud největší projekt pro sledování kosmického záření, pojmenovaný podle objevitele spršek kosmického záření. Observatoř bude obsahovat celkem 24 fluorescenčních detektorů a 1 600 Čerenkovových detekčních stanic pokrývajících území 3 000 km2. Jako vhodné místo byla zvolena Argentina, oblast Pampa Amarilla, což je polovyprahlá planina v blízkosti města Malaragüe. Do projektu, jehož realizace započala v roce 2005, je zapojena i Česká republika. Observatoř je v plném provozu od roku 2007. |
 |
| Rozmiestnenie detektorov |
GZK efekt (Greisen-Zatsepin-Kuzmin) je teoretická horná hranica energií kozmického žiarenia zo vzdialených zdrojov. Táto trojica vedcov spočítala v roku 1966, že častice s vyššou energiou ako 5,7×1019 eV (UHECR častice – Ultra High Energy Cosmic Ray) interagujú so všadeprítomnými fotónmi žiarenia kozmického pozadia za produkcie piónov v neelastických zrážkach: p + γcmb→ p + π. Tento proces pokračuje až sa ich energia zníži pod GZK hranicu. Častice s energiami vyššími ako GZK prah by nemali teoreticky doletieť bez interakcie ďalej ako asi niekoľko desiatok až stovku Mpc. Zaujímavé je, že občas na Zem priletí častica s energiou podstatne vyššou ako GZK hranica, napríklad 15. 10. 1991 bola detegovaná nad štátom Utah častica s energiou asi 3×1020 eV a dostala názov "Oh My God particle". V prepočte mala energiu asi 50 J, to je asi ako pohybová energia 100 kilogramovej osoby idúcej rýchlosťou 4 km/h. Pozorovania takýchto UHECR častíc dala vzniknúť tzv. GZK paradoxu, alebo otázke prečo ich pozorujeme, ak v blízkosti našej Galaxie asi nie sú vhodné zdroje takýchto častíc?
Protóny s vysokou energiou sú menej odklonené galaktickými magnetickými poľami ako protóny s nižšou energiou a je možné u nich určiť smer, z ktorého prišli a následne zdroj, z ktorého pochádzajú. V novembri 2007 oznámili výskumníci z observatória Pierra Augera že tieto UHECR častice pravdepodobne pochádzajú z aktívnych galaktických jadier (AGN). Od roku 2004, keď bol projekt spustený, bolo detegovaných 27 častíc s energiou nad GZK hranicou. Po trasovaní častíc späť po ich dráhe sa zdá, že 20 z nich prišlo zo smeru, kde sa na oblohe nachádzajú AGN, ktoré poznáme a ktoré sú bližšie ako 75 Mpc a uhľová odchýlka projekcie je menšia ako 3,1 stupňa. Je nepravdepodobné, že zdroje 20 častíc UHECR prichádzajúcich z náhodných smerov by sa takto kryli s polohou, kde sa nachádzajú AGN.
Presný mechanizmus vzniku takto energetických častíc nie je známy, je však zrejmé že vznikali za extrémne násilných podmienok. Kandidátov na procesy je viac, najpravdepodobnejšími sa zdajú byť procesy v centre AGN, kde sa nachádzajú masívne čierne diery. Akretujúci materiál okolo černej diery vytvára extrémne horúcu plazmu blízko horizontu udalostí a nestability v tejto plazme produkujú rázové elektromagnetické vlny, ktoré môžu urýchliť protónyaj ťažšie jadrá na ultravysoké energie. Znalosť energetického spektra častíc UHECR pochádzajúcich z jedného zdroja poodhalí presnejšie mechanizmus ich vzniku. Na to je však potrebná vyššia štatistika a teda dlhá doba merania.)
Znalosti o zdrojoch častíc UHECR pomôžu astrofyzikom takisto v mapovaní galaktických magnetických polí.
 |
| Koincidencia gama zábleskov (čierne krúžky) s AGN (červenou farbou). |
Reliktní záření – záření, které se od hmoty oddělilo 384 000 let po vzniku vesmíru, v době, kdy se vytvářely atomární obaly prvků. Dnes má teplotu 2,73 K a maximum v milimetrové oblasti. Je jedním ze základních zdrojů informací pro naše poznání raného vesmíru.
Pion – mezon s nulovým spinem složený z kvarků u a d.
Parsek (pc) – paralaktická sekunda. Vzdálenost, ze které je vidět střední vzdálenost Země-Slunce (tj. 1 AU) pod úhlem jedné obloukové vteřiny. Měří se kolmo k zornému paprsku, 1 pc = 30,9×1012 km = 3,27 ly.
Elektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10-19 J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (103 eV), megaelektronvolt MeV (106 eV), gigaelektronvolt GeV (109 eV) nebo teraelektronvolt TeV (1012 eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc2) a teplota (E=kT).
UHECR – Ultra High Energy Cosmic Rays, částice kosmického záření s extrémně vysokou energií.
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.
