ŠTA JE VIDEO FERMI?

Autor: Danica Lazić*

—

PRIČE IZ MEDIJSKE LABORATORIJE “Nauka kroz priče” predstavlja uzbudljivu seriju tekstova – 23 uzbudljive priče inspirisane naukom koje je pripremila nova generacija autora, polaznika “Medijske laboratorije“, škole naučnog novinarstva koja je realizovana na Institutu za fiziku. Pročitajte više!

Možda niste znali, ali 2018. godine je proslavljena desetogodišnjica svemirske misije Fermi u okviru koje je u Zemljinu orbitu lansiran Fermi teleskop. Ova misija je zajednički projekat NASA-e, Američkog ministarsva za energetiku kao i vladinih agencija Francuske, Nemačke, Italije, Japana i Švedske.

Fermi teleskop je dizajniran da proučava izvore gama zračenja u svemiru. To su objekti najveće energije: bljeskovi gama zračenja, pulsari, mlazevi velike brzine koje emituju crne rupe…

Teleskop je prvo nazivan GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope), a zatim je preimenovan u čast Enrika Fermija, naučnika koji je prvi predložio stvarni mehanizam ubrzavanja kosmičkih zraka. Kosmički zraci su inače čestice koje putuju svemirom različitom brzinom. Fermi je izneo teoriju da postoje magnetna polja velike energije kojima se čestice u svemiru ubrzavaju, a kad čestice naglo uspore dolazi do oslobađanja svetlosti velike energije. Tada se nije znalo za postojanje neutronskih zvezda, pulsara, belih patuljaka, pa Fermi nije znao koji su to magnetni izvori. Danas shvatamo da je naš univerzum ispunjen magnetnim poljima visoke energije.

Prvobitno je planirano da Fermi misija traje pet godina, ali je produžena do današnjeg dana. Pre nego što je GLAST lansiran, u Zemljimoj orbiti nije bilo teleskopa koji posmatra izvore gama zračenja. Naime Kompton misija je završena 2000. godine. Astrofizičari su imali podatke o vidljivoj svetlosti pomoću Habla, o X zracima preko Čandra teleskopa, a o izvorima infracrvenog zračenja od Spitzer teleskopa. Postojala je potreba da se posmatra nebo obasjano gama zracima u velikoj rezoluciji. Teleskop Fermi je tako konstruisan da je bio u stanju da mapira celo nebo i detektuje one izvore energije koji nisu mogli da budu uočeni ostalim teleskopima u Zemljinoj orbiti.

Teleskop Fermi se nalazi u niskoj Zemljinoj orbiti i to iznad atmosfere zbog njegove velike osetljivosti u otkrivanju energetskih eksplozija i elektromagnetnog zračenja. Njegova prednost je to što može da mapira celo nebo, tj. onaj deo koji nije zaklonjen Zemljom i Suncem, na svaka tri sata. Fermi pripada trećoj generaciji teleskopa koji proučavaju svemir pomoću detekcije gama zračenja i sastoji se od dva instrumenta – Large Area Telescope (LAT) i  Gamma-ray Burst Monitor (GBM). Konstruisan je i njegovi ciljevi su postavljeni na osnovu Komptonovog gama teleskopa iz 1991. koji je bio deo veoma uspešne misije. Fermi je trebalo da nastavi i produbi istraživanje svemira na onom mestu gde je Kompton misija stala zbog svojih tehničkih ogranjčenja.

Da bi se detektovali, gama zraci moraju da interaguju sa materijalom u samom teleskopu. Oni se, za razliku od vidljive svetlosti i X zraka, ne mogu usmeriti na teleskop i merni instrument pomoću sočiva ili ogledala. LAT jedinica je konstruisana tako da se njene trake od silicijuma i volframa nalaze pod pravim uglom jedna u odnosu na drugu. Fotoni udaraju u jedinicu i konvertuju se u elektron-pozitron par. Takođe, LAT može da razlikuje interakciju sa kosmičkim zracima, tako da ih u svojim proračunima može zanemariti. GBM jedinica u sebi sadrži kristale, detektore gama zraka. Intenzitet zraka koji detektuje zavisi od ugla izvora u odnosu na monitor. Ovim procesom moguće je odrediti lokaciju izvora i svemirska letelica se okreće tako da pozicionira LAT jedinicu prema izvoru radi detaljnijeg proučavanja. Procesi usled  kojih se emituju gama zraci su raznovrsni. Uglavnom su identični onima koji emituju rendgenske zrake, ali viših energija.

Fermi izučava i neutronske zvezde i prirodu naglih bljeskova gama zraka koji potiču od eksplozija zvezda. Svi ovi objekti imaju jako magnetno polje koje omogućava stvaranje gama zraka, jer magnetno polje ubrzava čestice tako da one dostižu velike brzine i energije. Fermi proučava i kosmičke zrake i ostatke supernova. Oni stvaraju čestice koje se sudaraju sa različitim gasovima u našem univerzumu, to ih usporava, a u toku procesa njihovog usporavanja dobija se gama zračenje velike energije.

Prve slike koje su dobijene pomoću Fermi teleskopa pokazale su treperenje pulsara i promene aktivnih galaktičkih jezgara. Prvo veliko otkriće misije bio je pulsar koji je emitovao samo gama svetlost. Astrofizičari su do tada videli pulsare kao svetionike koji ispuštaju impulse radio talasa, koji su na suprotnoj strani elektromagnetnog spektra zračenja od gama zraka. Do sada je otkriven veliki broj pulsara koji emituju samo gama zračenje.

Pomoću teleskopa otkrivene su mnoge činjenice o svemiru, ali i potvrđeni raniji proračuni i teorije. U prvih 95 sati od lansiranja LAT je napravio mapu čitavog neba, a za taj posao Kompton teleskopu su trebale godine. Ono što je najneverovatnije u ovoj misiji je sposobnost teleskopa da svakim mapiranjem celog neba omogući slaganje jedne slike na drugu, čime se mogu otkrivati zvezdane formacije, pulsari i dugoročno merenje promena u aktivnim galaktičkim jezgrima.

Jedan od ciljeva Fermi misije bio je da izmeri ekstragalaktičko pozadinsko svetlo (EBL). Svetlost zvezda, u vidu kosmičke magle, prolazi kroz kosmos dugo nakon što su izvori nastanka zračenja nestali. Zato merenje EBL-a omogućava naučnicima da proučavaju zvezdane formacije i evoluciju zvezda odvojeno od samih zvezda.

Teleskop Habl dao je prve rezultate procena formiranja zvezda iz misija merenja EBL, baveći se analizom mnogih pojedinačnih izvora u galaksiji. Međutim, princip merenja elektrogalaktičkog pozadinskog svetla pomoću ovog teleskopa, često propušta svetlost slabijih zvezda i galaksija i ne može izračunati  formiranje zvezda koje se odvija u intergalaktičkom prostoru. Ovi nedostajući podaci se moraju pretpostaviti tokom analize svakog istraživanja.

Sposobnost Fermi teleskopa da detektuje gama zrake kroz širok spektar energije čini ga jedinstvenim za mapiranje EBL spektra. Merenjem količine gama zraka koji putuju kroz kosmos, naučnici su potvrdili prethodna merenja dobijena Hablovim teleskopom.

Rezultati Fermi misije daju nezavisnu potvrdu da su merenja, koja su korišćena za istraživanja dubokog svemira, ispravna u svojoj osnovi. Ova misija pomaže kao vodič u budućim istraživanjima svemira koja će uslediti pomoću James Webb svemirskog teleskopa (JWST).

—–

ILUSTRACIJA: NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet

*Autorka je polaznica Medijske laboratorije, škole naučnog novinarstva koju je “Nauka kroz priče” organizovala u jesen 2018. godine na Institutu za fiziku u Beogradu.  Pročitajte Priče iz medijske laboratorije!