שמי רדיו בתדרים נמוכים בזמן פגיעת קרניים קוסמית. אשראי תמונה: MPIFR. לחץ להגדלה.
באמצעות ניסוי LOPES, אב-טיפוס של טלסקופ הרדיו ההיי-טק החדש LOFAR לאיתור חלקיקי קרניים קוסמיות מאנרגיה גבוהה במיוחד, קבוצה של אסטרופיסיקאים בשיתוף Max-Planck-Gesellschaft ו- Helmholtz-Gemeinschaft רשמה את המבריקים והמהירים ביותר. תקיעות רדיו שנראו אי פעם בשמיים. הפיצוצים, שזיהוים מדווח בגיליון השבוע של כתב העת Nature, הם הבזקי אור רדיו דרמטיים שנראים יותר מאלף פעמים בהירים מהשמש וכמעט מיליון פעמים מהברקים הרגילים. לרגע קצר מאוד ההבזקים האלה - שלא נעלמו עד כה במידה רבה - הופכים לאור הבהיר ביותר בשמיים בקוטר כפול מגודלו של הירח.
הניסוי הראה כי הבזקי הרדיו מיוצרים באטמוספירת כדור הארץ, הנגרמים כתוצאה מהשפעת החלקיקים האנרגטיים ביותר המיוצרים בקוסמוס. חלקיקים אלה נקראים קרניים קוסמיות במיוחד באנרגיה גבוהה ומקורן הוא חידה מתמשכת. האסטרופיסיקאים מקווים כעת שממצאיהם ישפוך אור חדש על תעלומת חלקיקים אלה.
המדענים השתמשו במערך אנטנות רדיו ובמערך הגדול של גלאי החלקיקים של הניסוי KASCADE-Grande ב Forschungszentrum Karlsruhe. הם הראו כי בכל פעם שחלקיק קוסמי אנרגטי מאוד פגע באטמוספירת כדור הארץ, נרשם דופק רדיו מקביל מכיוון החלקיק הנכנס. באמצעות טכניקות הדמיה מאסטרונומיה ברדיו, הקבוצה אף הפיקה רצפי סרטים דיגיטליים של אירועים אלה, והניבו את הסרטים המהירים ביותר שהופקו אי פעם באסטרונומיה ברדיו. גלאי החלקיקים סיפקו להם מידע בסיסי על הקרניים הקוסמיות הנכנסות.
החוקרים הצליחו להראות שחוזק האות הרדיו הנפלט הוא מדד ישיר לאנרגיית הקרינה הקוסמית. "זה מדהים שעם אנטנות רדיו FM פשוטות אנו יכולים למדוד את האנרגיה של חלקיקים המגיעים מהקוסמוס", אומר פרופ 'היינו פלקה מהקרן ההולנדית למחקר באסטרונומיה (ASTRON), שהיא דובר שיתוף הפעולה של LOPES. "אם היו לנו עיני רדיו רגישות, היינו רואים את השמים נוצצים עם הבזקי רדיו", הוא מוסיף.
המדענים השתמשו בזוגות אנטנות הדומות לאלה ששימשו במקלטים רדיו FM רגילים. "ההבדל העיקרי לרדיו הרגיל הוא האלקטרוניקה הדיגיטלית ומקלטים עם הפס הרחב, המאפשרים לנו להאזין לתדרים רבים בבת אחת", מסביר דיפל. פיז. אנדראס הורנפר, סטודנט לתואר שני מאוניברסיטת בון ובית הספר הבינלאומי לחקר מקס פלאנק (IMPRS), שהתקין את האנטנות כחלק מפרויקט הדוקטורט שלו.
באופן עקרוני חלק מהבזקי הרדיו שזוהו הם למעשה חזקים מספיק כדי למחוק את הקליטה המקובלת ברדיו או בטלוויזיה לזמן קצר. כדי להדגים את האפקט הזה, הקבוצה הסבה את הקליטה שלהם ברדיו של אירוע קרני קוסמי לפסקול (ראה להלן). עם זאת, מכיוון שההבזקים נמשכים רק כ-20-30 ננו-שניות וסימנים בהירים מתרחשים רק פעם ביום, הם כמעט ולא ניתן יהיה לזהות אותם בחיי היומיום.
הניסוי הראה גם שפליטת הרדיו משתנה בעוצמתה ביחס לכיוון השדה המגנטי של כדור הארץ. תוצאות אלה ואחרות אימתו תחזיות בסיסיות שנעשו בחישובים תיאורטיים קודם לכן על ידי פרופ 'פאלקה ותלמידתו הדוקטורט לשעבר טים הוג, כמו גם על ידי חישובים של פרופ' פיטר גורהם מאוניברסיטת הוואי.
חלקיקי קרניים קוסמיות מפציצים את כדור הארץ ללא הרף וגורמים להתפוצצויות קטנות של חלקיקים יסודיים היוצרים קרן של חומר וחלקיקים נגד חומר הממהרים באטמוספרה. החלקיקים הטעונים הקלים ביותר, אלקטרונים ופוזיטרון, בקורה זו יוטו על ידי השדה הגאומגנטי של כדור הארץ הגורם להם לפלוט פליטת רדיו. קרינה מסוג זה ידועה היטב ממאיצי החלקיקים בכדור הארץ ונקראת קרינת סינכרוטרון. באנלוגיה, האסטרופיסיקאים מדברים כיום על קרינת "גיאוסינקרוטרון" כתוצאה מהאינטראקציה עם השדה המגנטי של כדור הארץ.
הבזקי הרדיו התגלו על ידי האנטנות של LOPES שהותקנו בניסוי מקלחת האוויר הקוסטי KASCADE-Grande בקורסטורי סנטרום בקרלסרוהה, גרמניה. KASCADE-Grande הוא ניסוי מוביל למדידת קרניים קוסמיות. "זה מראה את העוצמה של ניסוי פיזיקלי אסטרוקרטיקלי ישיר בשכונה שלנו - זה נתן לנו את הגמישות לחקור גם רעיונות לא שגרתיים כמו זה", אומר ד"ר אנדראס האונגס, דובר KASCADE-Grande.
טלסקופ הרדיו LOPES (LOFAR Prototype Experimental Station) משתמש באנטנות אב-טיפוס של הטלסקופ הרדיו הגדול ביותר בעולם, LOFAR, אשר נבנה לאחר 2006 בהולנד ובחלקים מגרמניה. ל- LOFAR יש עיצוב רדיקלי חדש, המשלב שפע של אנטנות זולות בתדר נמוך אשר אוספות את אותות הרדיו מכל השמים בבת אחת. מחובר באמצעות אינטרנט מהיר במהירות גבוהה למחשב-על יכולת לזהות אותות חריגים ולעשות תמונות של אזורים מעניינים בשמיים מבלי להזיז חלקים מכניים כלשהם. "LOPES השיגה את התוצאות המדעיות העיקריות הראשונות של פרויקט LOFAR כבר בשלב הפיתוח. זה גורם לנו להיות בטוחים כי LOFAR אכן תהיה מהפכנית כמו שקיווינו שהיא תהיה. " מסביר פרופ 'הארווי בוצ'ר, מנהל הקרן ההולנדית למחקר באסטרונומיה (ASTRON) בדווינגלו, הולנד, בה מפתחת כיום LOFAR.
"זהו אכן שילוב יוצא דופן, בו פיסיקאים גרעיניים ואסטרונומים רדיו פועלים יחד כדי ליצור ניסוי פיזיקלי אסטרו-חלקיקי ייחודי ומקורי ביותר", קובע ד"ר אנטון סוסוס, מנהל במכון מקס פלאנק למרכז הרדיוקסטרונומיה (MPIfR) ב- בון. "זה סולל את הדרך למנגנוני איתור חדשים בפיזיקת החלקיקים, כמו גם הדגמת יכולות עוצרי הנשימה של הטלסקופים מהדור הבא כמו LOFAR ובהמשך מערך הקמ"ר (SKA). לפתע מתקיימים ניסויים בינלאומיים גדולים בתחומי מחקר שונים ".
כצעד הבא האסטרופיסיקאים רוצים להשתמש במערך LOFAR הקרוב בהולנד ובגרמניה לצורך אסטרונומיה ברדיו ומחקר קרני קוסם. מבוצעים ניסויים לשילוב אנטנת רדיו במצפה הכוכבים של פייר אוגאר לקרניים קוסמיות בארגנטינה ואולי בהמשך במצפה הכוכבים השני באוגר בחצי הכדור הצפוני. "זו עשויה להיות פריצת דרך משמעותית בטכנולוגיית הגילוי. אנו מקווים להשתמש בטכניקה חדשה זו לצורך איתור והבנת הטבע של הקרניים הקוסמיות האנרגיות הגבוהות ביותר וגם לגילוי נייטרינו אנרגיה גבוהה במיוחד מהקוסמוס ", אומר פרופ 'יוהנס בל? מר, מנהל התוכנית לפיזיקה אסטרו-חלקיקית באיגוד הלמהולץ ב Forschungszentrum Karlsruhe.
הגילוי אושר בחלקו על ידי קבוצה צרפתית שהשתמשה בטלסקופ הרדיו הגדול של מצפה הכוכבים בפריס בנאנאיי. מבחינה היסטורית, העבודה על פליטת הרדיו מקרניים קוסמיות נעשתה לראשונה בסוף שנות השישים עם הטענות הראשונות לגילוי. עם זאת, לא ניתן היה לחלץ מידע שימושי בעזרת הטכנולוגיה של ימינו, והעבודה הופסקה במהירות. החסרונות העיקריים היו היעדר יכולות הדמיה (המיושמת כעת על ידי תוכנה), רזולוציית הזמן הנמוכה והיעדר מערך גלאי חלקיקים מכויל היטב. כל זה התגבר עם ניסוי LOPES.
המקור המקורי: מהדורת חדשות MPI
