ท้องฟ้าวิทยุความถี่ต่ำในเวลาที่รังสีคอสมิคโดน เครดิตรูปภาพ: MPIFR คลิกเพื่อดูภาพขยาย
การใช้การทดลอง LOPES ต้นแบบของกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่มีเทคโนโลยีสูง LOFAR เพื่อตรวจจับอนุภาครังสีคอสมิกพลังงานสูงพิเศษกลุ่มนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์โดยความร่วมมือของ Max-Planck-Gesellschaft และ Helmholtz-Gemeinschaft คลื่นวิทยุที่เคยเห็นบนท้องฟ้า การระเบิดที่มีการตรวจจับได้รายงานในวารสาร Nature ฉบับนี้คือการกะพริบของคลื่นวิทยุที่สว่างกว่าดวงอาทิตย์มากกว่า 1,000 เท่าและเร็วกว่าฟ้าผ่าปกติเกือบหนึ่งล้านเท่า ในช่วงเวลาสั้น ๆ แสงแฟลชเหล่านี้ซึ่งไม่เคยสังเกตมาก่อนส่วนใหญ่กลายเป็นแสงที่สว่างที่สุดบนท้องฟ้าโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางสองเท่าของดวงจันทร์
การทดลองแสดงให้เห็นว่ามีการสร้างแสงแฟลชจากคลื่นวิทยุในชั้นบรรยากาศโลกซึ่งเกิดจากผลกระทบของอนุภาคพลังงานสูงที่สุดที่เกิดขึ้นในจักรวาล อนุภาคเหล่านี้เรียกว่ารังสีคอสมิกพลังงานสูงเป็นพิเศษและต้นกำเนิดของมันเป็นปริศนาต่อเนื่อง นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์หวังว่าการค้นพบของพวกเขาจะทำให้เกิดแสงใหม่บนความลึกลับของอนุภาคเหล่านี้
นักวิทยาศาสตร์ใช้เสาอากาศวิทยุและเครื่องตรวจจับอนุภาคขนาดใหญ่ของการทดลอง KASCADE-Grande ที่ Forschungszentrum Karlsruhe พวกเขาแสดงให้เห็นว่าเมื่อใดก็ตามที่มีอนุภาคจักรวาลแรงมากเข้ามาในชั้นบรรยากาศของโลกจะมีการบันทึกสัญญาณคลื่นวิทยุที่สอดคล้องกันจากทิศทางของอนุภาคที่เข้ามา การใช้เทคนิคการถ่ายภาพจากดาราศาสตร์วิทยุกลุ่มยังผลิตลำดับภาพยนตร์ดิจิตอลของเหตุการณ์เหล่านี้ทำให้ภาพยนตร์เร็วที่สุดเท่าที่เคยผลิตในดาราศาสตร์วิทยุ เครื่องตรวจจับอนุภาคให้ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับรังสีคอสมิคที่เข้ามา
นักวิจัยสามารถแสดงให้เห็นว่าความแรงของสัญญาณวิทยุที่ปล่อยออกมาเป็นตัวชี้วัดโดยตรงของพลังงานรังสีคอสมิก “ เป็นเรื่องที่น่าอัศจรรย์ที่เสาอากาศวิทยุ FM ธรรมดา ๆ เราสามารถวัดพลังงานของอนุภาคที่มาจากจักรวาลได้” ศ. Heino Falcke จากมูลนิธิเพื่อการวิจัยดาราศาสตร์แห่งเนเธอร์แลนด์ (ASTRON) ซึ่งเป็นโฆษกของความร่วมมือ LOPES กล่าว “ ถ้าเรามีดวงตาที่ไวต่อคลื่นวิทยุเราจะเห็นท้องฟ้าเป็นประกายด้วยแสงแฟลชจากวิทยุ” เขากล่าวเสริม
นักวิทยาศาสตร์ใช้เสาอากาศคู่คล้ายกับที่ใช้ในเครื่องรับวิทยุ FM ทั่วไป “ ความแตกต่างที่สำคัญของวิทยุทั่วไปคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลและเครื่องรับคลื่นความถี่กว้างซึ่งทำให้เราสามารถฟังความถี่ได้หลายครั้งพร้อมกัน” Dipl อธิบาย สรวง Andreas Horneffer นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของมหาวิทยาลัยบอนน์และโรงเรียนวิจัยนานาชาติ Max-Planck (IMPRS) ซึ่งติดตั้งเสาอากาศเป็นส่วนหนึ่งของโครงการปริญญาเอกของเขา
โดยหลักการแล้วกะพริบของวิทยุที่ตรวจพบบางอันมีความแข็งแรงพอที่จะกำจัดสัญญาณวิทยุหรือโทรทัศน์ทั่วไปในเวลาอันสั้น เพื่อแสดงให้เห็นถึงผลกระทบนี้กลุ่มได้เปลี่ยนการรับคลื่นวิทยุจากเหตุการณ์คอสมิคเรย์ไปเป็นซาวด์แทร็ก (ดูด้านล่าง) อย่างไรก็ตามเนื่องจากแสงแฟลชมีอายุการใช้งานเพียง 20-30 นาโนวินาทีและสัญญาณที่สว่างเกิดขึ้นเพียงวันละครั้งเท่านั้นจึงไม่เป็นที่รู้จักในชีวิตประจำวัน
การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าการปล่อยคลื่นวิทยุนั้นมีความแข็งแรงแตกต่างกันเมื่อเทียบกับทิศทางของสนามแม่เหล็กโลก ผลลัพธ์นี้และผลการตรวจสอบอื่น ๆ ยืนยันการคาดการณ์พื้นฐานที่เกิดขึ้นในการคำนวณเชิงทฤษฎีก่อนหน้านี้โดยศาสตราจารย์ Falcke และอดีตนักศึกษาปริญญาเอก Tim Huege ของเขาเช่นเดียวกับการคำนวณโดยศาสตราจารย์ปีเตอร์กอร์แฮมจากมหาวิทยาลัยฮาวาย
อนุภาครังสีคอสมิคส่งผลกระทบต่อโลกอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดการระเบิดของอนุภาคมูลฐานซึ่งก่อให้เกิดลำแสงสสารและอนุภาคต่อต้านสสารที่ไหลผ่านชั้นบรรยากาศ อนุภาคที่มีประจุอิเลคตรอนและโพสิตรอนที่มีประจุเบาที่สุดในลำแสงนี้จะถูกเบี่ยงเบนโดยสนามแม่เหล็กโลกซึ่งทำให้เกิดการเปล่งคลื่นวิทยุ รังสีชนิดนี้เป็นที่รู้จักกันดีจากเครื่องเร่งอนุภาคบนโลกและเรียกว่ารังสีซินโครตรอน ในการเปรียบเทียบนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กล่าวถึงการแผ่รังสี“ geosynchrotron” เนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กโลก
สัญญาณวิทยุกะพริบถูกตรวจพบโดยเสาอากาศ LOPES ที่ติดตั้งในการทดลองอาบน้ำด้วยรังสีคอสมิก KASCADE-Grande ที่ Forschungszentrum Karlsruhe ประเทศเยอรมนี KASCADE-Grande เป็นการทดลองชั้นนำสำหรับการตรวจวัดรังสีคอสมิค “ นี่แสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งของการมีการทดลองทางฟิสิกส์โหราศาสตร์ครั้งสำคัญในพื้นที่ใกล้เคียงของเรา - สิ่งนี้ทำให้เรามีความยืดหยุ่นในการสำรวจความคิดที่ผิดปกติเช่นนี้” ดร. Andreas Haungs โฆษก KASCADE-Grande กล่าว
LOPES กล้องโทรทรรศน์วิทยุ (LOFAR Prototype Experimental Station) ใช้เสาอากาศต้นแบบของกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือ LOFAR ซึ่งถูกสร้างขึ้นหลังจากปี 2549 ในเนเธอร์แลนด์และบางส่วนของประเทศเยอรมนี LOFAR มีการออกแบบใหม่ที่รุนแรงโดยรวมเสาอากาศความถี่ต่ำราคาถูกจำนวนมากซึ่งรวบรวมสัญญาณวิทยุจากทั่วทั้งท้องฟ้าในครั้งเดียว เชื่อมต่อด้วยอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงซุปเปอร์คอมพิวเตอร์จึงมีความสามารถในการตรวจจับสัญญาณที่ผิดปกติและสร้างภาพของพื้นที่ที่น่าสนใจบนท้องฟ้าโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนกลไกใด ๆ “ LOPES บรรลุผลทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรกที่สำคัญของโครงการ LOFAR ที่อยู่ในขั้นตอนการพัฒนา สิ่งนี้ทำให้เรามั่นใจว่า LOFAR จะเป็นนักปฏิวัติอย่างที่เราหวังไว้ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ฮาร์วีย์บูชเชอร์ผู้อำนวยการมูลนิธิวิจัยเพื่อดาราศาสตร์แห่งประเทศเนเธอร์แลนด์ (ASTRON) ในเมืองดวิงเกลูประเทศเนเธอร์แลนด์ซึ่งกำลังพัฒนา LOFAR อยู่
“ นี่เป็นการรวมกันที่ผิดปกติซึ่งนักฟิสิกส์นิวเคลียร์และนักดาราศาสตร์วิทยุทำงานร่วมกันเพื่อสร้างการทดลองทางฟิสิกส์โหราศาสตร์ที่เป็นเอกลักษณ์และมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว” ดร. อันโตนิโอซีมานผู้อำนวยการ Max-Planck-Institut f? r Radioastronomie (MPIfR) กรุงบอนน์ “ มันปูทางไปสู่กลไกการตรวจจับใหม่ในฟิสิกส์ของอนุภาครวมทั้งแสดงให้เห็นถึงความสามารถอันน่าทึ่งของกล้องโทรทรรศน์รุ่นต่อไปเช่น LOFAR และต่อมาคือ Square Kilometer Array (SKA) ทันใดนั้นการทดลองระดับนานาชาติครั้งสำคัญในสาขาการวิจัยต่างๆมารวมกัน”
ในขั้นตอนต่อไปนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ต้องการใช้อาร์เรย์ LOFAR ที่กำลังจะมาถึงในเนเธอร์แลนด์และเยอรมนีเพื่อการวิจัยทางดาราศาสตร์ทางวิทยุและรังสีคอสมิก การทดสอบกำลังอยู่ระหว่างการรวมเสาอากาศวิทยุเข้ากับหอดูดาวปิแอร์ Auger สำหรับรังสีคอสมิคในอาร์เจนตินาและอาจจะมาในภายหลังในหอดูดาว Auger ที่สองในซีกโลกเหนือ “ นี่อาจเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการตรวจจับ เราหวังว่าจะใช้เทคนิคใหม่นี้ในการตรวจจับและทำความเข้าใจธรรมชาติของรังสีคอสมิกพลังงานสูงสุดและเพื่อตรวจจับนิวตริโนพลังงานสูงพิเศษจากเอกภพ” ศาสตราจารย์กล่าวโดย Johannes Bl? mer ผู้อำนวยการโครงการ Astroparticle Physics ของสมาคม Helmholtz กล่าว ที่ Forschungszentrum Karlsruhe
การตรวจจับได้รับการยืนยันบางส่วนโดยกลุ่มชาวฝรั่งเศสโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ของหอดูดาวปารีสที่Nanéy ในอดีตการทำงานเกี่ยวกับการปล่อยคลื่นวิทยุจากรังสีคอสมิกนั้นเกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในช่วงปลายทศวรรษที่ 1960 โดยมีการตรวจพบครั้งแรก อย่างไรก็ตามไม่สามารถดึงข้อมูลที่เป็นประโยชน์กับเทคโนโลยีของวันนี้และหยุดงานได้อย่างรวดเร็ว ข้อบกพร่องหลักคือการขาดความสามารถในการถ่ายภาพ (ตอนนี้ใช้งานโดยซอฟต์แวร์) ความละเอียดเวลาต่ำและการขาดชุดตรวจจับอนุภาคที่ปรับเทียบอย่างดี ทั้งหมดนี้ได้ผ่านการทดสอบ LOPES ไปแล้ว
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว MPI
