Obserwacje źródeł promieniowania gamma teleskopami MAGIC na

Obserwacje źródeł promieniowania gamma teleskopami MAGIC na krańcach Wszechświata
Według ogólnej teorii względności Alberta Einsteina światło przechodząc w pobliżu masywnych
obiektów (np. galaktyki), ulega ugięciu poprzez pole grawitacyjne, jakby przechodziło przez
olbrzymią soczewkę. Obserwując to zjawisko z Ziemi, zobaczymy wzmocniony, lecz
zniekształcony obraz źródła. Zjawisko to pozwala nam obserwować obiekty, które w innym
przypadku byłyby zbyt odległe, aby je zobaczyć. Fotonom (cząstkom światła), przejście przez taką
„grawitacyjną soczewkę” zajmie różny czas w zależności od drogi, którą podążają. Czas propagacji
nie zależy jednak od energii fotonów, czyli inaczej mówiąc długości fali światła. Co więcej, jeżeli
emisja źródła jest zmienna w czasie (czyli źródło, zamiast jednostajnie świecić, błyska), to ta
zmienność zostanie powtórzona przez grawitacyjną soczewkę.
Galaktyka o nazwie QSO B0218+357, zawierająca w centrum supermasywną czarną dziurę,
znajduje się w odległości od Ziemi odpowiadającej połowie rozmiaru Wszechświata. Ponad 7
miliardów lat temu, w gwałtownym wybuchu, który zaszedł w QSO B0218+357 powstały fotony
gamma o energiach biliony razy większych od energii fotonów światła widzialnego. Trochę ponad
miliard lat później, wciąż będąc daleko od Ziemi, fotony te napotkały inną galaktykę o podobnie
brzmiącej nazwie B0218+357G. Przechodząc w jej pobliżu, dwie grupy fotonów zostały ugięte w
kierunku Ziemi. Fotony w pierwszej grupie, poruszające się wzdłuż nieznacznie krótszej drogi
dotarły do Ziemi 14 lipca 2014 i zostały zaobserwowane przez satelitę Fermi. Obserwacje te
zaalarmowały astronomów i astrofizyków na całym świecie. Naziemne teleskopy zostały
skierowane w kierunku QSO B0218+357, aby badać to tajemnicze zjawisko. Jednym z tych
instrumentów są teleskopy czerenkowskie MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging
Cherenkov) umieszczone na La Palmie, wyspie w archipelagu Wysp Kanaryjskich. Teleskopy te są
w stanie mierzyć fotony tysiąc razy bardziej energetyczne niż satelita Fermi, tj. światło o sto
miliardów razy większej energii niż te, które widzimy ze słońca. Teleskopy MAGIC pozwalają więc
badać najbardziej energetyczne i ekstremalne procesy zachodzące w tej galaktyce.
Według ogólnej teorii względności Einsteina fotony z drugiej grupy powinny dotrzeć do Ziemi
około 11 dni po pierwszej grupie. Natura zatem dała nam swoisty Replay, drugą szansę zobaczenia
tego samego interesującego zjawiska. Kiedy nadszedł oczekiwany czas nadejścia drugiej grupy
fotonów, współpraca MAGIC zwróciła teleskopy w kierunku QSO B0218+357. Zgodnie z
oczekiwaniami zaobserwowała rozbłysk fotonów gamma, ustanawiając nowy rekord obserwacji
najdalszego (i jedynego grawitacyjnie soczewkowanego) źródła widzianego w zakresie
promieniowania gamma bardzo wysokich energii. Obserwacje te potwierdzają przewidywania teorii
Einsteina dotyczące uginania światła w polu grawitacyjnym przy bardzo wysokich energiach.
Wyniki tych badań zostały właśnie opublikowane w jednym z wiodących czasopism
astrofizycznych (http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201629461). Obserwacje te przecierają szlak
nowych możliwości badań bardzo odległych źródeł soczewkowanych grawitacyjnie przez teleskopy
czerenkowskie.
Eksperyment MAGIC jest umiejscowiony w Roque de los Muchachos European North Observatory
(2200 m n.p.m.) na wyspie kanaryjskiej La Palma w Hiszpanii. Układ dwóch teleskopów MAGIC,
każdy z 17 metrową średnicą zwierciadła, jest w stanie mierzyć ze źródeł poza-ziemskich
promieniowanie w zakresie energii od kilkadziesiąt miliardów do kilkadziesiąt bilionów razy
większe niż światło widzialne.
MAGIC został zbudowany i jest używany przez współpracę około 160 naukowców pracujących w
instytutach naukowych w Niemczech, Hiszpanii, Włoszech, Polsce, Szwajcarii, Finlandii, Bułgarii,
Chorwacji, Indiach oraz Japonii. Grupa naukowców z Katedry Astrofizyki, Wydziału Fizyki i
Informatyki Stosowanej, Uniwersytetu Łódzkiego (prof. dr hab. Włodzimierz Bednarek, dr hab.
Andrzej Niedźwiecki, dr hab. Julian Sitarek, dr hab. Dorota Sobczyńska) bierze udział w tej
współpracy od momentu rozpoczęcia obserwacji przez pierwszy teleskop 12 lat temu. Więcej
informacji o teleskopach MAGIC: https://magic.mpp.mpg.de/
Fotony gamma zostały wyemitowane z galaktyki QSO B0218+357 w kierunku Ziemi. Przechodząc
w pobliżu innej galaktyki, B0218+357G, zostają ugięte przez jej pole grawitacyjne i docierają do
Ziemi wzdłuż dwóch różnych dróg w czasie różnym o około 11 dni. Fotony zostały zaobserwowane
przez satelitę Fermi oraz teleskopy współpracy MAGIC.
W powyższej infografice użyto:
Zdjęcie teleskopów MAGIC: Daniel Lopez/IAC
Obraz optyczny galaktyki B0218+357G wykonany przez teleskop Hubble: NASA/ESA
Wizja artystyczna aktywnej galaktyki: NASA E/PO - Sonoma State University, Aurore Simonnet