Kolaboracija CTAO LST i kolaboracija MAGIC objavile su izvanredne nalaze promatranja OP 313, najudaljenijeg blazara vrlo visoke energije ikad zabilježenog. Rad, objavljen u časopisu Astronomy & Astrophysics, predstavlja detaljna promatranja provedena prototipom teleskopa velike veličine (LST-1) i teleskopima MAGIC u opservatoriju Roque de los Muchachos u španjolskoj La Palmi.
Zajednička promatranja uhvatila su tok fotona vrlo visoke energije koji potječu s udaljenosti od otprilike osam milijardi svjetlosnih godina. Analizirajući te gama-zrake, znanstvenici su uspjeli otkriti ključne informacije o difuznoj ekstragalaktičkoj pozadinskoj svjetlosti (EBL) i dekodirati složene procese ubrzanja čestica koji djeluju unutar motora udaljene galaksije. Znanstvenici iz hrvatskih institucija koji su doprinijeli tom rezultatu članovi su HRZZ-ova projekta ASTRO-GAMMA (IP-2022-10-4595), čija je voditeljica izv. prof. dr. sc. Marina Manganaro s Fakulteta za fiziku Sveučilišta u Rijeci. Ona objašnjava: „Blazari su iznimno svijetle aktivne galaktičke jezgre, galaksije koje pokreće središnja supermasivna crna rupa. OP 313 je posebno klasificiran kao radio kvazar ravnog spektra, specifična vrsta blazara koja se ubraja među najsjajnije i najsnažnije emitere u svemiru. Prije otprilike 11 milijardi godina OP 313 je emitirao snažan bljesak gama-zraka vrlo visoke energije koje su detektirali teleskopi LST-1 i MAGIC.“
Dok su te gama-zrake visoke energije putovale svemirom osam milijardi godina (dolazeći do nas iz crvenog pomaka od z = 0,997), interagirale su s EBL-om, trajnim poljem zračenja svih energija koje emitiraju kozmički objekti tijekom povijesti svemira. Ta interakcija slabi signal gama-zraka procesom poznatim kao produkcija para. Kada se te gama-zrake sudare s EBL-om, njihova se energija pretvara u parove čestica, točnije elektron i pozitron. Kao rezultat toga, izvorni tok gama-zraka kozmičkog izvora smanjuje se na ogromnoj udaljenosti koju pređe, što ga čini izazovnim za detekciju. Za to su potrebni izuzetno osjetljivi instrumenti. Lorena Lulić, studentica diplomskog studija na Fakultetu za fiziku Sveučilišta u Rijeci i članica kolaboracije MAGIC, kaže: „Vrlo je uzbudljivo biti dio kolaboracije MAGIC. Kada promatram kroz teleskop, uvijek se pitam koliko je nevjerojatno da možemo uhvatiti svjetlost emitiranu iz galaksija prije milijardi godina. To je kao putovanje kroz vrijeme!”
Analizirajući zajednički skup podataka s teleskopa LST-1 i MAGIC, uz podatke niže energije iz drugih objekata, autori publikacije dobili su stroga ograničenja gustoće EBL-a i karakterizirali varijabilnost fluksa. Izv. prof. dr. sc. Tomislav Terzić, koordinator Fakulteta za fiziku u suradnji LST-1, objašnjava značenje tog postignuća: „Utvrdili smo da je intenzivna emisija gama-zraka uzrokovana gustom populacijom relativističkih elektrona. U tom takozvanom „leptonskom scenariju” elektroni su ubrzani do brzine bliske brzini svjetlosti unutar masivnog mlaza plazme koji je lansirala središnja supermasivna crna rupa OP 313. Dok se sudaraju sa svjetlošću niže energije koja okružuje crnu rupu, elektroni prenose dio svoje ogromne energije na fotone, pretvarajući ih u gama-zrake vrlo visoke energije. U konačnici, ti nalazi označavaju veliki korak naprijed u razumijevanju unutarnjih motora radio kvazara ravnog spektra.“
MAGIC, LST-1 i CTAO međunarodne su suradnje u kojima sudjeluju znanstvenici iz nekoliko zemalja. Članovi iz hrvatskih institucija uključeni u istraživanje su: izv. prof. dr. sc. Ana Babić, prof. dr. sc. Željka Marija Bošnjak, Petra Maruševec, mag. phys. (FER, Zagreb); prof. dr. sc. Dijana Dominis Prester, Lorena Lulić, bacc. phys., izv. prof. dr. sc. Marina Manganaro, Karlo Mrakovčić, mag. phys., izv. prof. dr. sc. Tomislav Terzić; doc. dr. sc. Dario Hrupec i doc. dr. sc. Jelena Strišković (Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Odjel za fiziku); prof. dr. sc. Nikola Godinović i Toni Šarić, mag. phys. (FESB, Split) te doc. dr. sc. Mario Pecimotika (Sveučilište obrane i sigurnosti „Dr. Franjo Tuđman“, Zagreb).
O LST-u
Veliki teleskopi (LST) jedna su od tri vrste teleskopa koje će CTAO koristiti za pokrivanje širokog energetskog raspona, od 20 GeV do 300 TeV. Kada gama-zrake stupe u interakciju sa Zemljinom atmosferom, one generiraju kaskade čestica koje proizvode Čerenkovljevu svjetlost. Budući da gama-zrake niže energije stvaraju samo male količine Čerenkovljeve svjetlosti, potrebni su teleskopi s velikim površinama prikupljanja za njezino otkrivanje. LST, sa svojom antenom promjera 23 metra, osigurat će jedinstvenu osjetljivost CTAO-a u niskoenergetskom rasponu između 20 GeV i 3 TeV. Unatoč visini od 45 metara i težini od 100 tona, svaki LST može se premjestiti na bilo koju točku na nebu unutar 20 sekundi. I to brzo premještanje i niskoenergetski prag LST-ova ključni su za CTAO-ova istraživanja galaktičkih tranzijenta, aktivnih galaktičkih jezgri s visokim crvenim pomakom i gama-bljeskova. Kolaboracija CTAO LST odgovorna je za projektiranje i izgradnju tih teleskopa. Sastoji se od više od 500 znanstvenika i inženjera iz 25 instituta u 11 zemalja: Brazilu, Bugarskoj, Hrvatskoj, Češkoj, Francuskoj, Njemačkoj, Italiji, Japanu, Poljskoj, Španjolskoj i Švicarskoj.
O MAGIC-u
Teleskopi MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) Florian Goebel sustav su od dvaju IACT-a koji rade u Opservatoriju Roque de Los Muchachos u stereo načinu rada. Prvi MAGIC teleskopi započeli su s radom 2003. godine, dok se drugi pridružio 2009. godine. U vrijeme izgradnje, sa svojom antenom promjera 17 metara i aktivnom reflektirajućom površinom od 236 četvornih metara, MAGIC je imao najveću površinu za prikupljanje od bilo kojeg postojećeg gama-zraka teleskopa u svijetu. Teleskop MAGIC revolucionirao je astronomiju vrlo visokih energija premošćujući jaz između satelitskih i zemaljskih promatranja s rekordnom osjetljivošću ispod 200 GeV. Do danas je kolaboracija MAGIC objavila više od 200 recenziranih radova, temeljno mijenjajući naše razumijevanje ekstremnog svemira kroz niz značajnih otkrića. Kolaboraciju MAGIC čini gotovo 400 znanstvenika i inženjera iz 12 zemalja: Armenije, Brazila, Bugarske, Hrvatske, Finske, Njemačke, Indije, Italije, Japana, Poljske, Španjolske i Švicarske.
O CTAO-u
CTAO (Čerenkovljev teleskopski opservatorij; poveznica) bit će najveći i najmoćniji svjetski opservatorij za gama-zrake. Neusporediva točnost i širok energetski raspon CTAO-a (20 GeV-300 TeV) pomoći će u rješavanju nekih od najzamršenijih pitanja u astrofizici, a spadaju u tri glavne teme: razumijevanje podrijetla i uloge relativističkih kozmičkih čestica, istraživanje ekstremnih okruženja, poput crnih rupa ili neutronskih zvijezda, i istraživanje granica fizike, potraga za tamnom materijom ili odstupanjima od Einsteinove teorije relativnosti. Osim toga, CTAO će u nadolazećim desetljećima igrati ključnu ulogu u područjima više valnih duljina i više glasnika zahvaljujući svojim poboljšanim performansama, što će mu omogućiti pružanje temeljnih informacija o gama-zrakama u potrazi za istraživanjem najekstremnijih scenarija.
Kako bi pokrio svoj široki energetski raspon, CTAO će koristiti tri vrste teleskopa: velike teleskope (LST), srednje teleskope (MST) i male teleskope (SST). Više od 60 teleskopa bit će raspoređeno na dvjema lokacijama s nizom teleskopa: CTAO-Sjever na sjevernoj hemisferi u opservatoriju Roque de los Muchachos Instituta za astrofiziku Kanarskih otoka (IAC) na La Palmi (Španjolska) i CTAO-Jug na južnoj hemisferi u opservatoriju Paranal Europskog južnog opservatorija (ESO) u pustinji Atacama (Čile). CTAO je projekt velikih podataka. Opservatorij će generirati stotine petabajta (PB) podataka godišnje (~12 PB nakon kompresije). Na temelju svoje predanosti otvorenoj znanosti CTAO će biti prvi opservatorij gama-zraka te vrste koji će djelovati kao otvoreni opservatorij vođen prijedlozima, pružajući javni pristup svojim visokokvalitetnim znanstvenim podacima i softverskim proizvodima.
