Jak daleko moŜemy popatrzeć z Ziemi

Jak daleko moŜemy popatrzeć z Ziemi czyli w jaki sposób podglądać
powstawianie Wszechświata?
Katarzyna Małek
Centrum Fizyki Teoretycznej PAN
KsięŜyc
Ziemia – KsięŜyc ~ 384403 km
1.3 sekundy świetlnej
Fot. NASA
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
2
Słońce
Słońce
Ziemia –Słońce ~ 150 mln km
Fot. NASA
Festiwal Nauki 27.09.2008
8.3 minuty świetlnej
"Jak daleko .." K. Małek
3
Układ Słoneczny
Promień Układu Słonecznego ~ 5.5 godziny świetlnej
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
4
Wielki wóz
81 ly Megrez
124 ly Dubhe
Fot. T. Crender, S. Kohle
81 ly Alioth
79.4 ly Merak
88 ly Mizar
Festiwal Nauki 27.09.2008
101 ly Benatnash
83 ly Phekida
"Jak daleko .." K. Małek
5
Droga Mleczna
średnica ~ 100 000 ly
NASA/JPL-Caltech/R. Hurt
(SSC/Caltech)
Fot. Pi of the Sky
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
6
Galaktyka Andromedy
największa i najjaśniejsza galaktyka nieba północnego
widoczna przez małe lornetki
Odległość od Ziemi 2.52 mln ly
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
7
Wszechświat ~14 mld ly
Fot. HubbleSite
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
8
„Mrugające światła kosmosu”
„Aparatura programu „Pi of the Sky” umieszczona w
obserwatorium Las Campanas w Chile zarejestrowała
najjaśniejszy rozbłysk optyczny dobiegający do nas z
głębin wszechświata.”
Krzysztof Urbański
Rzeczpospolita 11-09-2008
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
9
19 marca 2008, 7:12 czasu polskiego
GRB080319B
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
10
GRB080319B
Polski prototyp „Pi of the Sky” (Chile) jako
pierwszy rejestruje sygnał optyczny
stowarzyszony z tym błyskiem
VLT (Chile) wyznacza przesunięcie ku czerwieni i
odległość z=0.937 → 7.5 mld ly
Kolejne tygodnie – obserwacja widma przez
dziesiątki instrumentów naziemnych
Najjaśniejszy zaobserwowany przez człowieka
rozbłysk
Pierwsza tak dokładna analiza GRB →
modyfikacja istniejących teorii !
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
11
Gamma Ray Burst
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
12
Odkrycie
1963 - podpisanie traktatu o zakazie prób jądrowych
1963 - wystrzelenie pierwszej pary satelitów Vela
wyposaŜonych w detektory gamma
1969 - rozpoczęcie analizy danych, poszukiwanie koincydencji
rejestracja z 02.02.1967 - bez sygnatur wybuchu
bomby jądrowej
1973 - publikacja 16 przypadków
GAMMA RAY BURST
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
13
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
14
Pierwsze statystyki
1991 – wystrzelenie Compton Gamma Ray Observatory z
detektorem promieniowania gamma BATSE
lokalizacja błysku ~ 1 stopień
rejestracja kilku GRB dziennie:
czas trwania GRB: kilka sekund – kilka minut
krzywe blasku: znacząco róŜniące się od siebie
http://www.batse.msfc.nasa.gov/batse/grb/
"Jak daleko .." K. Małek ! BRAK POWTARZALNOŚCI15
BRAK INFORMACJI O ODLEGŁOŚCIACH
W LOKALIZACJI I NATURZE BŁYSKÓW
Festiwal Nauki 27.09.2008
Wyznaczenie odległości
1996 – wystrzelenie BeppoSAX
wysoka precyzja wyznaczenia kierunku błysku (3’’)
współpraca z obserwatoriami naziemnymi
28.02.1997 – pierwsza obserwacja z wykorzystaniem
teleskopów naziemnych
GRB970528 - wyznaczenie przesunięcia ku czerwieni z=0.86 →
6.9 mld ly GRB971214 – z=3.43 →11.3 mld ly POCHODZENIE
POZAGALAKTYCZNE!!
Początek nowej ery badań błysków γ −
analiza pozostawionych poświat zarówno
optycznych jak i radiowych.
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
16
Co wiemy teraz …
krótkie (ułamki sekund do kilkuset sekund)
promieniowanie γ pochodzące ze źródeł punktowych
na niebie
BATSE → częstość występowania: 2-3 dziennie,
unikatowe krzywe blasku, dwa typy błysków („krótkie”
i „długie”)
jaśniejsze od reszty nieba (w widmie γ)
Przesunięcie ku czerwieni → odległość od źródła
powyŜej 13*109 lat świetlnych (5 tys. razy dalej niŜ
odległość Ziemia – Galaktyka Andromedy)
Najbardziej energetyczne zjawiska we wszechświecie
→ wyodrębnione energia uwalniana podczas błysku
równa się energii wypromieniowanej przez nasze
Słońce w ciągu kilku milionów lat
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
17
.. a co jest jeszcze tajemnicą?
Nie wiemy co jest źródłem błysków.
Główne hipotezy:
Kolaps („długie”) - zapadanie masywnej
gwiazdy do gwiazdy neutronowej, a następnie
do czarnej dziury
Merger („krótkie”)– zderzenie dwóch gwiazd
neutronowych w układzie podwójnym, efekt
końcowy - czarna dziura
Nie wiemy gdzie zdarzy się kolejny błysk
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
18
Sposoby obserwacji
GRB wykrywane jedynie poprzez satelity (bariera
atmosferyczna)
Poświaty optyczne – satelity
+ instrumenty naziemne
(sieć GCN).
GŁÓWNE PYTANIE:
Czy błysk optyczny jest równoczesny,
czy teŜ przesunięty w czasie w
stosunku do promieniowania γ ?
PROBLEM Z ODPOWIEDZIĄ spowodowany długim
czasem reakcji instrumentów naziemnych (w
stosunku do GRB)
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
Pi of the Sky
19
Pi of the Sky
Festiwal Nauki 27.09.2008
Detektor Pi of the Sky
"Jak daleko .." K. Małek
20
Projekt „Pi of the Sky” realizują
wspólnie:
Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, Warszawa
Instytut Problemów Jądrowych, Warszawa i Świerk
Instytut Fizyki Doświadczalnej UW
Instytut Systemów Elektronicznych PW
Wydział Fizyki PW
Centrum Badań Kosmicznych PAN
Akademia Pedagogiczna Kraków
we współpracy z:
prof. B. Paczyńskim (Princeton University) i dr G. Pojmańskim
(Uniwersytet Warszawski, Obserwatorium Astronomiczne)
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
21
Cel projektu
Eliminacja czasu martwego podczas obserwacji
błysków optycznych stowarzyszonych z GRB
oraz
badanie obiektów astrofizycznych o szybkiej zmienności (1 s – 1 rok):
wybuchy gwiazd supernowych,
wybuchy gwiazd nowych,
obserwacja gwiazd zmiennych,
wszelkie zjawiska optyczne o krótko czasowej skali
zmienności.
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
22
Innowacyjna metoda obserwacji poświat
optycznych stowarzyszonych z GRB
Ciągły monitoring
duŜego obszaru nieba
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
23
Pipeline
REDUKCJA
FOTOMETRIA
lista gwiazd:
(ccdx, ccdy), magnitudo
ASTROMETRIA
(ccdx, ccdy) → (ra, dec)
KATALOGOWANIE
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
normalizacja jasności
24
Pełna wersja detektora
~100 km → PARALAKSA
eliminacja błysków od bliskich,
poruszających się obiektów.
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
25
Prototyp
2 CDD, 2k x 2k pikseli
montaŜ paralaktyczny
migawka 107 cykli
kamery pracują w koincydencji
FoV 20°x20°
rozdzielczość kątowa 36’’,
rozdzielczość czasowa 10s,
chłodzone ogniwem Peltiera,
zasięg:
11 magnitudo (10s),
~13 magnitudo (20 klatek).
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
Las Campanas Observatory, Chile
VI.2004
26
Prototyp – strategia obserwacji
śledzenie SWIFT oraz automatyczna reakcja na alerty GCN,
dwukrotny skan całego nieba,
moŜliwość sterowania przez Internet,
katalogowanie danych na bieŜąco, udostępnianie ich przez
WWW.
Analiza danych
On-line poszukiwanie błysków GRB na pojedynczych
klatkach i na sumach,
Off-line (działające na danych po skatalogowaniu do
bazy): algorytm do wyszukiwania gwiazd nowych,
poszukiwanie rozbłysków i pojaśnień,
Monitoring ciekawych obiektów
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
27
Noc 18/19 marca 2008 r…
5:42 UT - Pi of the Sky rozpoczyna obserwacje
GRB080319A
6:12:47 UT Pi rozpoczyna 10s naświetlanie pierwszego
zdjęcia, na którym się pojawia się GRB080319B.
Algorytm rozpoznawania błysków wykrywa go
automatycznie.
6:12:49 UT - Swift rejestruje prom. γ (T0)
6:12:51 UT - RAPTOR rozpoczyna obserwacje
6:13:05 UT - TORTORA filmuje sam szczyt rozbłysku
6:13:06 UT - alert z GCN o zarejestrowanym GRB
6:13:40 UT - UVOT zaczyna zbierać dane
7:13 UT – VLT (Chile) mierzy zesunięcie ku czerwieni
(potwierdzona przez Hobby-Eberly Telescope, Teksas)
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
28
GRB080319B
Najjaśniejszy optycznie zaobserwowany
GRB! Widoczny gołym okiem przez 40 s!
Bardzo jasny w promieniowaniu γ
Czas trwania (γ) 57 s
Najjaśniejszy GRB w promieniowaniu X
Odległość z=0.937 → 7.5 mld ly
Najjaśniejszy obserwowany obiekt w
kosmosie - 2.5 — 106 jaśniejszy niŜ
poprzedni rekordzista SN 2005ap
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
29
Model mechanizmu powstawania GRB
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
30
Pełna krzywa blasku
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
31
Nowy model mechanizmu powstawania GRB
arXiv:0805.1557v1 [astro-ph]
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
32
a
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
33
Narodziny czarnej dziury
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
34
Dziękuję za uwagę
http://grb.fuw.edu.pl
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
35
http://f64.nsstc.nasa.gov/batse/grb/lightcurve/
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
36
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
37
Przykłady tła
Festiwal Nauki 27.09.2008
"Jak daleko .." K. Małek
38