P1-0031 Večglasniška astrofizika

Osnovni cilj programa Večglasniška astrofizika je študij fizikalnih pojavov pri ekstremnih energijah v naravi in premikanje mej znanja na tem področju. Z našo aktivno udeležbo v mednarodnih znanstvenih kolaboracij (Observatorij Pierre Auger, Polje teleskopov Čerenkova, Fermi-LAT, Gaia, teleskop Liverpool, kolaboracija ENGRAVE in Observatorij Vere C. Rubin), ki so vodilne v svetovnem merilu, prispevalmo k prebojnim odkritjem o pojavih povezanih s kozmičnimi delci ekstremnih energij, tranzientnimi astrofizikalnimi pojavi, temno snovjo ter možnimi mehanizmi, odgovornimi za asimetrijo med snovjo in anti-snovjo v vesolju. Pričakovani rezultati so izredno pomembni za napredek znanosti nasploh, še posebej pa za področja astrofizike osnovnih delcev, astrofizike in kozmologije.

Raziskave kozmičnih delcev ekstremnih energij (UHECR) potekajo v okviru mednarodne kolaboracije Pierre Auger. Dosedanje ugotovitve kolaboracije, kot so n.pr. močno pojemanje fluksa kozmičnih delcev pri energijah nad 55 EeV, močna anizotropija vpadnih smeri UHECR ter zgornje meje za vrednosti fluksov fotonov in nevtrinov ekstremnih energij, so že prispevale k pomembnemu napredku znanja na področju raziskav kozmičnih delcev. Nekaj ključnih vprašanj še ostaja odprtih, kot so n.pr. delčna sestava fluksa UHECR in identiteta njihovih izvorov. Z namenom razrešitve odprtih vprašanj izvaja kolaboracija Pierre Auger obsežno nadgradnjo observatorija (AugerPrime), ki bo omogočala izboljšane meritve vsebnosti mionov v atmosferskih plazovih in s tem identifikacijo primarnih UHECR. Pri bodočih znanstvenih analizah bo programska skupina še utrdila svojo aktivno vlogo v kolaboraciji, pri čemer se bomo osredotočili na študij delčne sestave fluksa primarnih UHECR in na študij anizotropije UHECR pri najvišjih energijah.

Raziskave kozmičnih visoko- (HE, ≳ 20 MeV) in zelo visoko-energijskih (VHE, ≳ 20 GeV) fotonov oziroma visokoenergijske svetlobe gama potekajo v okviru kolaboracije „Large Area Telescope“ (LAT) na vesoljskem satelitu za gama svetlobo Fermi in v mednarodnem konzorciju Polje teleskopov Čerenkova (CTA). V nasprotju z nabitimi kozmičnimi delci, na pot fotonov gama od izvora do Zemlje galaktična in medgalaktična magnetna polja ne vplivajo, kar nam omogoča določitev kraja njihovega nastanka. LAT je od leta 2008 vodilni laboratorij v vesolju za raziskave HE sevanja gama. Do sedaj je odkril več kot 5000 izvorov visoko-energijskih fotonov, kar je število znanih izvorov povečalo za cel velikostni red. Odkril je tudi velike mehurčne strukture (t.i. "Fermijeve mehurčke“), ki se raztezajo iz središča naše Galaksije nad in pod njeno ravnino. Observatorij CTA za meritve VHE svetlobe gama je v procesu izgradnje, nahajal se bo na dveh lokacijah, na La Palmi (Španija) in na Evropskem južnem observatoriju (ESO) v Čilu, in bo pokrival celotno nebo, teleskopi pa bodo imeli bistveno boljšo občutljivost in kotno ter energijsko ločljivost od dosedanjih naprav. Raziskave s CTA bodo pomembno prispevale k razumevanju visokoenergijskega netermalnega vesolja in omogočale nove sinergije med različnimi observatoriji, ki bodo skupaj izvajali opazovanja v različnih valovnih dolžinah (MWL) in z različnimi glasniki (MM). Meritve VHE spektrov in variabilnosti izvengalaktičnih izvorov bodo omogočile razločiti med primernimi modeli sevanja in, kar je še posebej pomembno, identificirati kandidate za izvore UHECR. V dosedanjih raziskavah smo pomembno prispevali k obema eksperimentoma LAT in CTA, saj so naši člani opravljali funkcijo znanstvenega koordinatorja v okviru delovne skupine za temno snov in novo fiziko v LAT, delovne skupine za temno snov in eksotično fiziko v CTA ter v soavtorstvu objavili večje število pomembnih znanstvenih prispevkov. Naše aktivnosti v okviru LAT in CTA pomembno prispevajo k študiju izvorov kozmičnih delcev, interakcij svetlobe gama z medzvezdno snovjo ter k raziskavam različnih vrst pospeševalnikov delcev s črnimi luknjami. CTA bo zaradi izjemno visoke občutljivosti služil tudi kot orodje za iskanje temne snovi, kršitve Lorentzove invariance in izvedbo drugih fundamentalnih fizikalnih testov.

Raziskave astrofizikalnih tranzientnih pojavov, med katere spadajo plimska raztrganja v bližini črnih lukenj, dogodki gravitacijskih valov, izbruhi sevanja gama in supernove, so še ena zelo pomembna in aktualna komponenta več-glasniške astrofizike. Naše raziskave astrofizikalnih tranzientov izvajamo v povezavi s pregledom neba LSST na Observatoriju Vere C. Rubin in kolaboracijami Gaia Science Alerts, teleskop Liverpool in ENGRAVE. Naše eksperimentalne raziskave tranzientov so močno podprte s teoretičnimi raziskavami, ki bodo nadgradnja naših dosedanjih modeliranj. V kolaboraciji LSST imamo ključno vlogo na področjih plimskih raztrganj in supernov, pri čemer združujemo modeliranje z obilico novih opazovalnih podatkov (pričakovani začetek znanstvenega obratovanja LSST je v 2023) in naslavljamo odprta vprašanja povezana z njihovo pogostostjo, fizikalnimi procesi v njih in njihovo uporabnostjo v vlogi kozmoloških sond. V okviru kolaboracije ENGRAVE (in drugih) prispevamo k iskanju in proučevanju elektromagnetnih dvojnikov dogodkov gravitacijskih valov, ki jih bodo zaznali obstoječi in prihajajoči detektorji gravitacijskih valov (LIGO, Virgo, Kagra idr.). Sodelujemo v hitrih sledilnih opazovanjih izbruhov sevanja gama in Gaia tranzientov, s poudarkom na tistih, ki jih proizvedejo kompaktni objekti (nevtronske zvezde in črne luknje). Več-glasniška proučevanja kompaktnih objektov bodo v naslednjih 10 letih imela zelo visoko prioriteto v astrofiziki in obetajo, da bodo prinesla pomembna nova odkritja, kakor tudi nudila nove teste na različnih področjih od zvezdne dinamike in razvoja do temeljne fizike, kot so enačba stanja v nevtronskih zvezdah, visoko-energijski procesi in teorije gravitacije.