Vo vesmíre sa odohráva množstvo prírodných procesov, ktoré majú za následok emisiu gama žiarenia dosahujúceho energiu 100 kiloelektrónvoltov a vyššiu. Zemská atmosféra nás jednak chráni pred týmto vysokoenergetickým žiarením, no na druhej strane nám bráni v jeho priamom detegovaní na povrchu Zeme.
V našom predchádzajúcom článku (pozri Quark 9/2021) sme si položili otázku, čo je gama žiarenie. Popísali sme základné charakteristiky tohto žiarenia a mechanizmy jeho vzniku. Spomenuli sme tiež to, že okrem klasických pozemných žiaričov, ktoré emitujú tieto vysokoenergetické fotóny, poznáme v súčasnosti širokú paletu kozmických zdrojov.
Priama detekcia
Na štúdium takýchto objektov potrebujeme prístroje na ich detekciu. Nemožno však použiť klasické šošovkové alebo zrkadlové ďalekohľady ako v prípade viditeľného svetla. Ukazuje sa, že pri energiách, ktoré gama žiarenie dosahuje, nie je vhodné využívať vlnové vlastnosti, a teda pracovať s klasickým lomom svetla, ako sme zvyknutí pri viditeľnom svetle. Adekvátne je pozerať sa naň ako na častice, fotóny.
Ďalšia nevýhoda, ktorá sa pomerne rýchlo ukázala, je, že atmosféra je pre takýto typ žiarenia nepriehľadná. Bolo preto potrebné vyvinúť špecializované metódy na jeho detekciu. Môžeme povedať, že existujú dva hlavné prístupy, ako detegovať gama fotóny. Prvý je zameraný na priamu detekciu samotných fotónov gama žiarenia mimo zemskej atmosféry prostredníctvom špecializovaných satelitov. Z nich je v súčasnosti najaktívnejšia a najvýznamnejšia družica Fermi pracujúca na obežnej dráhe okolo Zeme od roku 2008. Vybavená je dvomi hlavnými prístrojmi. Prvým je Large Area Telescope, prístroj na meranie gama žiarenia pri vyšších energiách, a druhý je Gamma-Ray Burst Monitor, určený na zaznamenávanie zábleskov gama žiarenia. Ďalšími aktívnymi sondami pozorujúcimi predovšetkým pri nižších energiách sú Swift, INTEGRAL alebo AGILE.
Pozorovanie sekundárnych častíc
Detekčné schopnosti satelitov sú však, nanešťastie, obmedzené hornou hranicou energie. So zvyšujúcou sa energiou totiž výrazne klesá tok gama fotónov. Obmedzená detekčná plocha satelitov tak nedokáže zabezpečiť dostatočne veľkú štatistickú vzorku. Na obežnú dráhu sme schopní najmä z finančných a logistických dôvodov vyslať detektor limitovaných rozmerov. Preto sa na detekciu vyšších energií používa druhý prístup zameraný na budovanie pozemných aparatúr špecializovaných teleskopov a detektorov.
Tieto aparatúry, podobne ako v prípade pozemných detektorov na kozmické žiarenie (pozri Quark 6/2021), detegujú až zložky spŕšky sekundárnych častíc. Pokiaľ dosiahne gama fotón istú energiu, približne 100 gigaelektrónvoltov, je schopný pri kolízii s časticami zemskej atmosféry vytvoriť kaskádový efekt a vzniká spŕška sekundárnych častíc šíriacich sa k zemi. Táto spŕška je jednoduchšia v porovnaní so spŕškou, vytvorenou časticou kozmického žiarenia. Neobsahuje hadrónovú zložku (protóny a pod.), ale iba elektróny, pozitróny a fotóny. Ide tak o nepriamy spôsob detekcie.
Text a foto Mgr. Patrik Čechvala
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Táto práca bola podporená Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-18-0103, grantom Erasmus+ programu Európskej únie s číslom 2020-1-CZ01-KA203-078200 a Národným štipendijným programom Slovenskej republiky.
