Nov pogled v visokoenergijsko vesolje

Dokončanje štirih teleskopov LST predstavlja pomemben mejnik pri izgradnji observatorija Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), ki bo največji in najobčutljivejši observatorij za astronomijo z visokoenergijskimi žarki gama na svetu. Slovenija je ena od ustanovnih držav članic CTAO ERIC, mednarodne organizacije, ki gradi in bo upravljala observatorij. Raziskovalci Univerze v Novi Gorici in Instituta »Jožef Stefan« sodelujejo tako pri njegovem znanstvenem programu kot pri tehnološkem razvoju.

V vesolju potekajo številni visokoenergijski procesi, od eksplozij zvezd in hitro vrtečih se nevtronskih zvezd do dogajanja v okolici supermasivnih črnih lukenj, pri katerih lahko delci dosežejo energije mnogo višje od tistih, ki jih lahko ustvarimo v zemeljskih laboratorijih. Te procese pogosto spremlja nastanek elektromagnetnega sevanja zelo visokih energij, tako imenovanih visokoenergijskih žarkov gama. Z njihovim opazovanjem lahko astrofiziki proučujejo vesoljske pospeševalnike delcev in okolico črnih lukenj ter iščejo namige o naravi temne snovi.

Vsak od štirih teleskopov LST ima sestavljeno zrcalo s premerom 23 metrov in zaznava izjemno šibke bliske Čerenkove svetlobe, ki nastanejo, ko žarki gama vstopijo v Zemljino ozračje in sprožijo plaz sekundarnih delcev. S sočasnim opazovanjem istega plazu delcev z različnih položajev lahko teleskopi rekonstruirajo smer prihoda in energijo vpadnih žarkov gama. Teleskopi LST so posebej občutljivi za žarke gama nižjih energij, kar omogoča proučevanje oddaljenih vesoljskih izvorov. Kljub svoji velikosti se lahko teleskopi usmerijo proti novemu cilju v manj kot 20 sekundah, zato se lahko hitro odzovejo na nepredvidljive dogodke, kot so izbruhi žarkov gama ali zlitja nevtronskih zvezd.

Slovenski znanstveniki z Univerze v Novi Gorici in Instituta »Jožef Stefan« v mednarodnem konzorciju CTA sodelujejo že od leta 2013 ter prispevajo k oblikovanju znanstvene strategije observatorija in pripravam na njegov raziskovalni program. Med drugim raziskujejo izvore visokoenergijskih vesoljskih delcev in naravo temne snovi, ki je doslej še nismo neposredno zaznali. Pri raziskavah uporabljajo napredne metode analize podatkov, vključno z umetno inteligenco in strojnim učenjem. Za prihodnja opazovanja CTAO bo ključnega pomena tudi povezovanje s podatki drugih observatorijev, ki zaznavajo vesoljske delce, nevtrine in gravitacijske valove. Takšen pristop, imenovan večglasniška astronomija, omogoča proučevanje istih vesoljskih pojavov z različnimi vrstami signalov in s tem celovitejše razumevanje fizikalnih procesov, ki jih povzročajo.

Slovenija prispeva tudi k tehnološkemu razvoju CTAO, in sicer s sodelovanjem pri razvoju in izgradnji ramanskega lidarja, namenjenega spremljanju stanja ozračja nad observatorijem na La Palmi. Ozračje je dejansko del detektorja žarkov gama: v njem nastaja Čerenkova svetloba, ki jo zaznavajo teleskopi. Spremembe prosojnosti ozračja vplivajo na meritve, zato je natančno poznavanje atmosferskih razmer nujno za pravilno določanje energij vpadnih žarkov gama. Lidar z laserskimi pulzi meri lastnosti ozračja in zagotavlja podatke, potrebne za popravke teleskopskih meritev. Raziskovalci Univerze v Novi Gorici in Instituta »Jožef Stefan« instrument razvijajo v sodelovanju s partnerji iz Španije in Italije. Po uspešnem preizkusu prototipa na La Palmi zdaj poteka izgradnja končnega sistema, ki je predviden kot skupni tehnološki prispevek k observatoriju CTAO.

»Prebojna odkritja v sodobni astrofiziki vse bolj temeljijo na povezovanju opazovanj pri različnih valovnih dolžinah in uporabi različnih nosilcev informacij iz vesolja, kot so fotoni, nevtrini, vesoljski delci in gravitacijski valovi. CTAO predstavlja pomemben korak v tej smeri, saj bo omogočil opazovanje visokoenergijskih žarkov gama z doslej največjo občutljivostjo in najboljšo kotno ločljivostjo. Sodelovanje Slovenije našim raziskovalcem omogoča, da prispevajo tako k razvoju observatorija kot k znanstvenim odkritjem, ki bodo sledila,« je povedal prof. dr. Samo Stanič, predstavnik Slovenije v svetu CTAO ERIC in vodja Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici.

Slovenija je januarja 2025 postala ena od ustanovnih članic CTAO ERIC, mednarodne organizacije, ki jo je Evropska komisija ustanovila za izgradnjo in upravljanje observatorija. Slovensko sodelovanje podpira Ministrstvo za izobraževanje, znanost in mladino v okviru nacionalnega programa razvoja raziskovalne infrastrukture.

Štirje teleskopi LST, predstavljeni na slovesnosti, bodo jedro severnega observatorija CTAO za opazovanje žarkov gama nižjih energij. Prvi teleskop, LST-1, že izvaja znanstvena opazovanja, preostali trije pa vstopajo v fazo zagona in preizkušanja. Celoten observatorij CTAO bo v končni konfiguraciji obsegal več kot 60 teleskopov na dveh lokacijah: severnem observatoriju na La Palmi in južnem v puščavi Atacama v Čilu. Njune dopolnjujoče se zmogljivosti bodo astrofizikom omogočile proučevanje izvorov žarkov gama v širokem energijskem območju in praktično na celotnem nebu ter s tem pomembno prispevale k razvoju večglasniške astronomije.