Стіс чутливих до радіоактивності плівок, розміщених на повітряній кулі, зміг зробити найточніший у світі знімок пучка гамма-променів від нейтронної зорі. Щоб досягти цього, дослідники Кобського університету (м. Кобе, Японія) поєднали найстаріший метод реєстрації випромінювання з новітніми методами збору даних і спеціальним пристроєм для фіксації часу.
Зорі випромінюють у всьому діапазоні електромагнітного спектра, від інфрачервоного до гамма-променів. Для кожного з цих діапазонів потрібні різні приймачі. Найскладнішими для реєстрації є гамма-промені, відомі як високоенергетичний продукт ядерного поділу. Їхня дуже коротка довжина хвилі означає, що вони не взаємодіють з матерією так, як інші форми світла, і тому не можуть бути заломлені чи відхилені за допомогою лінз або виявлені стандартними приймачами. Таким чином, існує прогалина в нашій здатності реєструвати випромінювання, що надходить від цікавих зоряних об’єктів, таких як наднові та їх залишки.
Запуск повітряної кулі з гондолою із телескопом (околиці міста Аліс-Спрінґс, Австралія). Фото з сайту https://www.eurekalert.org/multimedia/1010056.
Щоб вирішити цю проблему, астрофізик Кобського університету Аокі Шиґекі (AOKI Shigeki) та його наукова група застосувала приймач, який першим використовували для виявлення радіоактивності, — фотоплівку. «Наша група взяла до уваги чудову здатність емульсійної плівки відстежувати гамма-промені з високою точністю та запропонувала гамма-телескоп на її основі із застосуванням кількох сучасних функцій збору та аналізу даних», — пояснив Аокі. Спираючись на високу чутливість цих плівок та автоматизований і високошвидкісний процес збору даних з них, астрофізики запропонували нову ідею. Її суть полягала в тому, щоб скласти до купи (в стіс) плівки для точного виявлення траєкторії частинок, які утворюються внаслідок взаємодії гамма-променів та емульсії. Це так само як один млинець може зафіксувати місце, де ви встромите в нього соломинку, але потрібен стос (стопка) млинців, щоб зафіксувати напрямок соломинки.
Плівка після проявлення. Сліди частинок, спричинених ударами гамма-променів, можна побачити у вигляді крихітних сіруватих точок по всій площині. Фото з сайту https://www.eurekalert.org/multimedia/1010057.
Для зменшення атмосферних перешкод, науковці встановили стіс плівок на повітряну кулю, щоб підняти її на висоту від 35 до 40 кілометрів. Однак, оскільки повітряна куля коливається і крутиться від вітру, напрямок «телескопа» не є стабільним, тому вони додали набір камер, щоб фіксувати орієнтацію гондоли відносно зір у будь-який час. Але це створило ще одну проблему, бо, як відомо будь-кому, хто коли-небудь робив фотографію з довгою експозицією, фотоплівка не фіксує плин часу, і тому неможливо прямо дізнатися, у який час відбулася будь-яка взаємодія з гамма-променями. Щоб подолати цю проблему, дослідники змусили нижні три шари плівки рухатися вперед-назад із постійною, але різною швидкістю, як стрілки годинника. За відносною дислокацією слідів у цих нижніх плівках вони змогли потім обчислити точний час удару гамма-кванта в емульсію і таким чином співвіднести його із записом камер.
Науковці опублікували перше зображення, отримане за допомогою цієї установки, в The Astrophysical Journal. Це найточніше зображення пульсара Вітрил (Vela pulsar), нейтронної зорі з швидким обертанням, яка посилає пучок гамма-променів у небо, як маяк. «Ми зафіксували в цілому кілька трильйонів треків з точністю 1/10 000 міліметра. Додавши інформацію про час і поєднавши її з інформацією моніторингу положення телескопа, ми змогли визначити “коли” і “де” відбувалися події з такою точністю, що сумарна роздільна здатність була у понад 40 разів вищою, ніж у звичайних гамма-телескопів», — резюмує Аокі досягнення своєї групи.
Зображення пульсара Вітрил має роздільну здатність у понад 40 разів кращу, ніж те, що можна було досягти раніше: коло внизу ліворуч вказує на ширину зображення цього пульсара, як порівняти з шириною раніше найкращого зображення в гамма-променях (іншого зоряного об’єкта), позначеного штрихованим колом. Фото з сайту https://www.eurekalert.org/multimedia/1010055.
Хоча ці результати вже вражають, нова техніка відкриває можливість зафіксувати більше подробиць у цій смузі частот випромінювання, ніж будь-коли раніше. Дослідник Кобського університету пояснює: «За допомогою наукових експериментів на повітряній кулі ми можемо спробувати зробити внесок у багато розділів астрофізики, зокрема започаткувати гамма-телескопію для “астрономії з кількома приймачами”, де потрібні одночасні вимірювання однієї події, зафіксованої різними методами. Завдяки успіху експерименту на повітряній кулі 2018 року, за допомогою якого були отримані ці дані, ми розширимо зону спостереження та час у майбутніх польотах на повітряній кулі й з нетерпінням чекаємо наукових проривів у галузі гамма-астрономії.»
Дослідження виконане у співпраці з науковцями з Наукового університету Окаяма (Okayama University of Science), Педагогічного університету Айті (Aichi University of Education), Наґойського університету (Nagoya University) та Ґіфського університету (Gifu University).
Кобський університет — це національний університет, витоки якого сягають Комерційної школи Кобе, заснованої в 1902 році. Нині це один із провідних дослідницьких університетів Японії з майже 16 000 студентами і майже 1 700 викладачами на 10 факультетах та школах і в 15 аспірантурах. Поєднуючи соціальні та природничі науки для виховання лідерів з міждисциплінарною перспективою, Кобський університет здобуває знання та сприяє інноваціям для вирішення викликів суспільства.
За інф. з сайту www.eurekalert.org підготував Іван Крячко
