— Published on 01/10/2010 / Matematičko-fizički list 1/241 (2010. – 2011.).
Teleskopi MAGIC, promjera 17 m, najveći su teleskopi na svijetu za opažanje visokoenergijskih kozmičkih gama-zraka. Te gama-zrake potječu od najenergetskijih pojava u svemiru i pokazuju izvore kozmičkih zraka 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.
U vrijeme kad ovo pišem (10. rujna 2010. godine) 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. Stradao je prije točno dvije godine, danonoćno radeći na dovršenju teleskopa MAGIC II. 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 gama-zrake i ujedno gama-teleskop koji vidi najdalje u svemir. Osjetljivost tog teleskopa garancija je budućih važnih otkrića i znanstvenih doprinosa astrofizici.
U Matematičko-fizičkom listu pisao sam o teleskopima MAGIC u dva navrata: prvi put 2005. godine kad je teleskop, kojeg danas nazivamo MAGIC I, proradio punim kapacitetom, a drugi put 2008. godine kad je hrvatska grupa konačno ušla u punopravno članstvo te međunarodne kolaboracije koju čini 150 europskih fizičara. 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.
Kako opaža MAGIC
U prethodna dva članka u MFL-u ([1] i [2]), kao i u prošlogodišnjem članku u ČIS-u [3], opisao sam detaljno kako teleskopi MAGIC opažaju visokoenergijske gama zrake. Ovdje ću stoga tek ukratko ponoviti tu priču.
Za razliku od gama-satelita koji kozmičke gama-zrake opažaju neposredno, zemaljski gama-teleskopi opažaju ih posredno preko pljuskova sekundarnih čestica u atmosferi. Visokoenergijska kozmička gama-zraka 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 gama-zrake 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 gama-zrake 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 gama-teleskopa, 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. radio-loud) i AGN koje nisu radioizvori (engl. radio-quiet). Prema svim prijašnjim opažanjima znalo se da su radio-loud AGN smještene uvijek u eliptičnim galaksijama, a radio-quiet AGN u spiralnim. Galaksija IC 310 ruši tu paradigmu. Ona je radio-loud AGN smještena u spiralnoj galaksiji. U gama-području, 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 gama-zraka (E > 100 GeV) 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 području.
REFERENCE
[1] D. Hrupec, Gama-astronomija – posljednji elektromagnetski prozor u svemir, MFL 1/221 (2005. – 2006.)
[2] D. Hrupec, Teleskop MAGIC – čarobni instrument astročesticne fizike, MFL 2/234 (2008. – 2009.)
[3] D. Hrupec, Kako opažamo visokoenergijske kozmičke gama-zrake, ČIS 2 (2009. – 2010.)