Indijski multi frekventni astronomski teleskop AstroSat je uspešno istražio polarizaciju u X – zračnom domenu pulsara PSR B0531+21 u ostatku supernove, poznatoj Rak maglini (NGC 1952, Mesje 1). Samo merenje polarizacije u navedenom domenu predstavlja poseban izazov i po prvi put je dalo rezultate što je i objavljeno u jednom od najprestižnijih časopisa Nature Astronomy. Rezultati istraživanja su plod osamnaestomesečnog istraživanja pulsara u sazvežđu Bik i merenja promene polarizacije u ovom neobičnom astrofizičkom objektu snažnog magnetnog polja i koji se obrće oko svoje ose 30 puta u jednoj sekundi. Naglasak se stavlja na utvrđivanje činjenica oko teorije o visoko energetskoj X – zračnoj emisiji sa navedenog objekta.
Slika 1, leva strana. Siva linija na grafiku predstavlja sjaj pulsara posmatran svemirskim teleskopom AstroSat CZTI. Horizontalna osa (Phase) predstavlja vreme u relativnim jedinicama u odnosu na period obrtanja pulsara, takozvani spin period. Istovetni grafik se ponavlja i u periodu 1,0 do 2,0 što ukazuje na periodičnost pojave. Boje stubaca grafika ukazuju na jačinu polarizacije zračenja. Oštre promene polarizacije se dešavaju tokom niskog intenziteta zračenja (crvena, plava i ljubičasta boja) što je iznenađenje koje nam je otkrio AstroSat.
Slika 1, desna strana. Prikaz ugla merene polarizcije X – zračenja sa AstroSat CZTI-om i koja je dodata na optičku i X –zračnu kompoziciju snimaka svemirskih teleskopa Habla i Čandre. Bela linija predstavlja projekciju obrtne ose pulsara u centru magline. Linije drugih boja pokazuju orjentaciju posmatrane polarizacije i predstavljaju vremenske opsege faza odgovarajućih boja na grafiku levog dela slike.
Vasiona je dom mnoštva raznolikih i zanimljivih pojava, takozvanih astrofizičkih objekata, veoma neobičnih sa zemaljskog stanovišta. Neutronske zvezde i crne rupe su dobri primeri navedenog jer su vrlo različiti od nečega na šta smo navikli, stoga ih valja pažljivo i detaljno izučiti kako bi se uverili ili opovrgli postojeće teorije o tome šta se zapravo dešava u njima kao i u njihovoj okolini. Veličina navedenih objekata je manja od svega par desetina kilometara ali čija je masa veća od čitavog Sunca! Otuda sledi i njihov naziv: "kompaktni objekti". Sobzirom na ogromnu koncentraciju mase na relativno malom prostoru, kompaktni objekti poseduju moćno gravitaciono i magnetno polje, hiljadama milijardi puta snažnije nego ono zemaljsko u oba slučaja! Takođe je poznato da su kompaktni objekti izvori X – zračenja, elektromagnetnog zračenja sličnog vidljivoj svetlosti ali destostruke, odnosno stostruko veće energije i koje nam donosi ključne informacije za razumevanje prirode kompaktnih objekata. Astronomi proučavaju različite osobine zračenja kako bi na kraju sklopili celovitu sliku kompaktnih objekata i njihovog okruženja. Jedna od osobina jeste i polarizacija X – zračenja i koja je ostala u najvećoj meri nepoznanica sve do sada.
Određivanje polarizacije X – zračenja je toliko problematično da se do pouzdanih rezultata došlo jedino u slučaju Rak magline, sablasnom ostatku epske zvezdane eksplozije poznate kao supernova posmatrane 1054-te godine naše ere. Indijski naučnici su koristeći instrument CZT Imager instrument svemirske observatorije AstroSat uspeli da obave najosetljivije merenje polarizovanog X – zračenja pulsara, rotirajuće neutronske zvezde i glavnog izvora energije Rak magline. Navedeni instrument je omogućio da se po prvi put odredi polarizacija u različitim fazama rotacije pulsara. Uočeno je da se polarizacija najviše menja tokom trajanja off - pulse odnosno, to su trenuci kada inače nepostoji doprinos zračenju od strane pulsara i što predstavlja izazov za objašnjavanje u svetlu postojeće teorije kako pulsari zapravo proizvode X – zračenje. Neobičnosti dobijenih rezultata su objavljeni novembra meseca ove godine u predhodno pomenutom časopisu.
Naziv predhodno pomenutog instrumenta potiče od detektora koji čini srce uređaja i koji je načinjen od poluprovodnika na bazi [i]kadmijum cink telurida CZTI, Cadmium Zinc Telluride instrument devices. Detektor se sastoji od 16384 sitnih piksela pri čemu u osnovi svaki predstavlja nezavistan detektor X – zračenja koje dopire sa nekog nebeskog objekta tokom merenja. Kada visoko energetski zrak obasja detektor, generiše se izuzetno nizak električni signal koji se zatim obrađuje kako bi se odredila energija prispelih fotona. Prispeli foton X – zračenje se nekada pojavi na dva susedna piksela usled pojave [ii]komptonskog rasejanja pri čemu se generiše signal na oba piksela. Obično je orjentacija fotona na susednim pikselima prispelog X -zračenja sasvim slučajna. Međutim, ukoliko se posmatraju sve veće gupe parova susednih fotona uočava se orjentacija zračenja, odnosno zračenje je polarizovano. Već neko vreme je postojala ideja da se korišćenjem CZT detektora X - zračenja može meriti stepen polarizacije ali se sada po prvi put izvršila provera na Zemlji pre nego što je detektor poslat u orbitu i što je učinilo merenje mnogo pouzdanije nego u ranijim pokušajima. Druga važna strana istraživanja predstavlja merenje polarizacije u različitim fazama rotacije pulsara, reči su profesora Santoša Vadaule sa PRL Ahmedabad, Physical Research Laboratory (Ahmedabad, Indija) i vodećeg autora studije CZTI grupe istraživača, inače veoma iskusnog u rukovanju CZT detektora stečeno na TIFR-u, Tata Institute of Fundamental Research (Bombaj, Indija) u okviru projekta misije Chandrayaan-1. Bile su potrebne godine istraživanja kako bi se utvrdili svi aspekti CZT instrumenta. Kao rezultat, CZTI je jedini upotrebljivi svemirski teleskop po pitanju merenja polarizacije zračenja. U pitanju je bio ogroman učinjeni trud na kalibraciji detektora i postoje detaljni zapisi o osobinama svakog od šesnaest hiljada piksela CZT-a tokom kalibracije na Zemlji, naglašava profesor Varun Balerao sa IIT Bombaj, Indian Institute of Technology Bombay. Praktično istu važnost čini i robustan on-board CZTI softver razvijen od strane tima istraživača iz Vikram Sarabhai svemirskog centra (Tiruvarantapuram, Indija).
Uprkos pažljivim pripremama, sprovođenje merenja nije prošlo bez teškoća. I pored toga što se posmatraju najveći izvori, mi dobijamo veoma malo X – zračnih fotona. Stoga smo morali da posmatramo Rak maglinu mnogo puta i da kombinujemo podatke iz više različitih meseci dok je glavni izazov predstavljalo to što smo dobijali veoma mali period rotacije pulsara. Kako bi se problemi prevazišli i dobili podaci sa tačnošću na nivou mikrosekundi, angažovan je jedan od najmoćnijih radio teleskopa Indijski gigantski metarski radio teleskop GMRT, Indian Giant Meter- wave Radio Telescope kod mesta Kodad u blizini grada Puna, Indija. Profesor Bal Čandra Džoši i istraživački tim sa NCRA, National Centre for Radio Astrophysics (Puna, Indija) je pratio radio pulsar sa GMRT-om kao i sa Ooty radio teleskopom brižljivo otklanjajući sve poznate nedostatke i omogućujući tačne efemeride za CZTI. Nakon obavljenih merenja, kompletni istraživački timovi su proveli nekoliko narednih meseci u analizi dobijenih podataka došavši do sada najboljih rezultata u vezi polarizacije X – zračenja pulsara u Rak maglini.
Većina teorija predviđa da će se polarizacija X – zračenja menjati tokom pojave pulsa ali ne i tokom preostalog vremena. CZTI posmatranja su pokazala drugačije ponašanje pulsara, odnosno promena polarizacije se odvija tokom off pulse perioda što je veliki izazov za teoretičare, reči su profesora Dipankara Batačaraja sa IUCAA, Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics (Puna, Indija). Posmatranja ukazuju na to da se zračenje pulsara produžava i u zonu za koju se smatralo da spada u off pulse region. Izgleda da se ubrzavanje većina čestica odvija van granica magnetosfere, odnosno u zoni gde naelektrisane čestice generisane od strane pulsara formiraju spiralni vetar koji ih odnosi u slobodni prostor.
[i] Legura kadmijuma cinka i telura (CdZnTe) je zapravo mešavina jedinjenja kadmijum telurida i cink telurida. Sobzirom na veličinu energetskog procepa ovog direktnog poluprovodnika (1,4 do 2,2 elektronvolta) pogodan je za primenu u različitim oblastima kao što su poluprovodnički detektori zračenja, fotorefraktivne rešetke, elektro optički modulatori, solarne ćelije kao i terahercni generatori i detektori. Posebno ga odlikuje sobna radna temperatura za razliku od detektora načinjenih od drugačijeg materijala (germanijumski zahtevaju hlađenje tečnim azotom) i relativno visoka osetljivost na X i Gama – zračenje.
[ii] Koptonov efekat je rasejanje fotona na naelektrisanu česticu, obično elektrona pri čemu foton gubi deo energije, odnosno menja svoju talasnu dužinu i pravac kretanja (Komptonski foton) dok elektron (na primer) prima energiju (Komptonski elektron). Slikovit opis: "foton i elektron igraju bilijar". Pojavu je prvi objasnio američki fizičar Artur Kompton, Nobelova nagrada za fiziku 1922. godine.
Krab maglina u objektivu ST Habl
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
