Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 5 – vyšlo 2. února, ročník 2 (2004)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Evropská gama observatoř INTEGRAL

Petr Kulhánek

Evropská kosmonautika řízená ESA (European Space Agency) se postupně stává rovnocenným partnerem USA. Řada družic a sond je určena k výzkumu různých částí vesmíru. Příkladem může být rozsáhlá mise Rosetta ke kometě Wirtanen, sonda Mars Express, která úspěšně zkoumá Mars z oběžné dráhy (ztráta přistávacího modulu Beagle 2 není pro úspěšnost mise vůbec rozhodující), rentgenovský dalekohled XMM-Newton a gama observatoř INTEGRAL, o které bude řeč v tomto příspěvku.

COMPTON - Compton Gamma Ray Observatory, první obří družice NASA určená pro výzkum gama záření, hmotnost měla 17 tun a na oběžnou dráhu ji vynesl raketoplán Atlantis 5.4.1991. Mise byla ukončena 4.6.2000 navedením družice do zemské atmosféry, kde shořela. Přesnost určení polohy zdroje gama záření činila několik stupňů. Družice byla pojmenována po Dr. A. H. Comptonovi, nositeli Nobelovy ceny za fyziku za výzkum rozptylu vysoce energetických fotonů na elektronech. Právě tento mechanismus sloužil k detekci gama záření na všech čtyřech přístrojích družice.

HETE - High Energy Transient Explorer, malá družice NASA určená ke sledování gama záblesků. Celý projekt koordinuje universita MIT. První start 4.11.1996 se nezdařil, družice byla sice navedena na oběžnou dráhu, ale nepodařilo se ji vypustit. Po mnoha odkladech byla druhá verze družice, pojmenovaná HETE-2, navedena na oběžnou dráhu dne 9.10.2000. Na palubě jsou optické kamery, RTG kamery v oboru 1÷25 keV a gama detektory v oboru 8÷500 keV.

INTEGRAL - INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory. Gama observatoř ESA o hmotnosti 4 tuny, navedená na oběžnou dráhu 17.10.2002 pomocí ruské nosné rakety Proton z kosmodromu Bajkonur. Na konci roku 2003 bylo rozhodnuto o prodloužení mise o čtyři roky (do roku 2008). Jde o dosud nejcitlivější přístroj v oblasti gama záření. INTEGRAL je evropská mise ve spolupráci s Ruskem a USA.

SWIFT - The Swift Gamma-Ray Burst Explorer. Gama observatoř NASA, která má být vypuštěna na oběžnou dráhu v květnu tohoto roku (2004). Hlavním detektorem bude BAT (Burst Automatic Telescope). Družice bude především určena pro pozorování gama záblesků.

BART - Burst Alert Robotic Telescope, malý automatický dalekohled umístěný na Ondřejovské observatoři AVČR. Jeho cílem je nacházení optických protějšků gama záblesků nacházených družicemi INTEGRAL a HETE.

GRB - Gamma Ray Burst, gama záblesky. Náhlá vzplanutí neznámé povahy v oboru gama. Dnes je jasné, že bude existovat více mechanismů vzplanutí gama, která jsou pozorována jak v kosmologických vzdálenostech, tak přímo v naší Galaxii.

INTEGRAL

Družice INTEGRAL je společným projektem ESA, Ruska a USA. Na projektu se významně podílí také Česká republika a Polsko. Družice o hmotnosti 4 tuny byla vynesena na protáhlou oběžnou dráhu raketou Proton z ruského kosmického střediska Bajkonur dne 17.10.2002. První dva roky mise přijdou ESA na 330 milionů Euro. Řídící středisko letu se nachází v holandském Noordwijku, v blízkosti Leidenu. V tuto chvíli má za sebou družice 15 měsíců sbírání dat.

Integral

Integral - nejlepší gama observatoř všech dob.

Družice navazuje svou činností na nedávnou americkou gama družici COMPTON, která ukončila svou činnost v roce 2000. Jejím bezprostředním předchůdcem v řadě družic ESA ale byla družice COS-B z roku 1975. Observatoř INTEGRAL je určena především pro gama spektroskopii. Na družici jsou celkem čtyři hlavní přístroje:

IBIS (Imager on Board the Integral Satellite), gama dalekohled pro pořizování podrobných snímků oblohy s úhlovým rozlišením 12′. Družice COMPTON měla rozlišení jen několik úhlových stupňů. Dalekohled pracuje v rozsahu 15 keV až 10 MeV a má dvě vrstvy detektorů: vrchní vrstva má 16 384 pixelů z kadmium teluridu, celková plocha je 2600 cm² a slouží k detekci fotonů nízkých energií. Spodní vrstva je uložena 9 cm pod vrchní, je složena z 4096 pixelů z césium jodidu, zaujímá celkovou plochu 3100 cm² a je určena k záchytu vysoce energetických fotonů.
JEM-X (Joint European X-ray Monitor), detektor RTG záření s celkovou sběrnou plochou 2×500 cm² v energetickém rozmezí 3 keV až 35 keV. V RTG oboru doplňuje zařízení IBIS.
OMC (Optical Monitoring Camera), automaticky snímkuje vybranou oblast současně v optickém oboru. Jde o standardní refraktor s čočkou o průměru 5 cm a CCD chipem 1024×1024 v ohniskové rovině. Maximální dosažitelná magnituda je 19,6. Na vývoji kamery se podílela Česká republika (AÚ Ondřejov AVČR).
SPI (Spectrometer on Integral), detektor pro měření energie (vlnové délky) dopadajícího gama záření v rozsahu 20 keV až 8 MeV s fantastickým rozlišením 2,2 keV. Sběrná plocha spektrometru je 500 cm², je chlazen na −188°C a skládá se z 19 šestiúhelníkových germaniových detektorů.

IBIS JEM-X

Nalevo: IBIS – gama dalekohled s dvěma rovinnými vrstvami pixelů.
Napravo: JEM-X – RTG dalekohled doplňující gama pozorování.

OMC

OMC – optická kamera doplňující pozorování ve vizuálním oboru.

SPI

SPI – spektrometr schopný určit energii dopadajících fotonů.

Hlavním cílem mise je pořídit podrobnou mapu oblohy v gama oboru s vysokým rozlišením. Dalším úkolem je studium gama záblesků, interakce černých děr s okolím, výzkum proměnných gama zdrojů, sledování explozí supernov a výzkum jejich vlivu na tvorbu chemických prvků.

Dosavadní objevy

Gama záblesky - nová observatoř se ukázala být vynikajícím přístrojem k sledování gama záblesků. Spolu s družicí HETE-2 jsou nyní jedinými prostředky na oběžné dráze Země schopnými systematicky vyhledávat gama záblesky. Družice registruje přibližně jeden záblesk denně, ale jen jednou za měsíc se gama záblesk ocitne v zorném poli přístrojů. Trvání gama záblesků je zpravidla několik sekund, výjimečně až minut. Nikdy se neopakují na stejném místě a jejich podstata je neznámá. Optický dosvit záblesku může trvat hodiny až dny a sleduje se i malými pozemskými dalekohledy. V České republice k optické identifikaci gama záblesků slouží malý robotický dalekohled BART umístěný v Ondřejově. Předání informace o záblesku pozemským dalekohledům trvá v ideálním případě cca 10 s.

Mapování Galaxie v gama oboru - jedním z hlavních úkolů bylo pořízení mapy roviny Galaxie v gama oboru. Mapa byla pořízena za první čtyři měsíce práce observatoře. Z teoretického hlediska je velmi zajímavá čára 1809 keV, která odpovídá gama fotonům uvolněným při radioaktivním rozpadu hliníku, který vzniká v supernovách. Pomocí těchto fotonů lze vystopovat vznik těžkých prvků ve vesmíru. Radioaktivní hliník vzniká také v červených obrech a horkých modrých hvězdách, proto se sleduje i radioaktivní železo vznikající jen při explozích supernov. Druhou zajímavou čárou je čára odpovídající energii fotonů 511 keV. Tyto fotony vznikají při anihilaci elektron-pozitronového páru.

Mapa galaktické roviny v gama oboru. Žluté oblasti odpovídají intenzivním zdrojům,
modré nízké radiaci.

Přechodné gama zdroje - družice Integral objevila přes dvacet proměnných gama zdrojů. Tyto zdroje se současně sledují v RTG oboru družicí XMM-Newton a družicí RXTE, která je přímo určena ke sledování v čase se měnících zdrojů.

Antihmota v jádru Galaxie - objev anihilačních čar elektron pozitronových párů v oblasti energie 511 keV v jádru Galaxie svědčí o přítomnosti antihmoty v jádru Galaxie.

Černé díry - v blízkosti černých děr probíhají procesy, které jsou zdrojem gama záření. Družice Integral objevila i skryté černé díry, které byly součástí binárního systému zahaleného do oblaku plynu a prachu, přispěla k výzkumu aktivních jader galaxií, ve kterých jsou s největší pravděpodobností přítomny obří černé díry a k poznání podstaty kvasarů.

Závěr

Mise družice Integral byla prodloužena o čtyři roky (do roku 2008) oproti původnímu dvouletému plánu. V současné době jsou problémy se spektrometrem SPI, který nedává signál. Porucha se analyzuje a i v případě, že by se nepodařilo činnost spektrometru oživit, družice splnila své cíle na výbornou a nadále fungují tři zbývající přístroje. Na květen tohoto roku se plánuje vypuštění americké gama observatoře Swift, která by měla doplnit družice INTEGRAL a HETE.

Odkazy