Воздушный шар пронес по воздуху стопку радиоактивных пленок в форме блинов, сделав самые точные в мире фотографии гамма-луча нейтронной звезды. Эта новаторская работа была выполнена исследователями из Университета Кобе, которые объединили самую раннюю технологию обнаружения радиоактивного излучения с передовой технологией сбора данных и инновационными устройствами регистрации времени.

Лист блина фиксирует место, где вставлена ​​соломинка, но для записи направления соломинки потребуется целая стопка блинов. Аналогичным образом, исследователи из Университета Кобе смогли точно сфотографировать пульсары, излучающие гамма-лучи (маяки в небе), используя стопку радиоактивной пленки на воздушном шаре. Чтобы иметь возможность определять ориентацию подвешенной гондолы относительно звезд, они также добавили камеру звездного неба и устройство для определения времени воздействия гамма-излучения. Источник: Университет Кобе.

Звезды светят нам во всем спектре света: от инфракрасного до гамма-лучей. Для каждого диапазона требуется различное сенсорное оборудование. Самыми сложными из них являются гамма-лучи, которые известны как высокоэнергетический продукт ядерного деления, поскольку их очень короткая длина волны означает, что они не взаимодействуют с веществом, как другие формы света, поэтому их нельзя отклонить линзами и невозможно обнаружить стандартными датчиками. В результате в нашей способности обнаруживать свет от захватывающих звездных объектов, таких как сверхновые и их остатки, существует пробел.

Гондола с телескопом взлетает из Алис-Спрингс, Австралия. Источник изображения: проект сотрудничества GRAINE

Чтобы решить эту проблему, астрофизик из Университета Кобе Сигэки Аоки и его команда обратили внимание на самый ранний материал, используемый для обнаружения радиоактивности, — светочувствительную пленку. «Наша исследовательская группа сосредоточила внимание на замечательной способности эмульсионной пленки отслеживать гамма-лучи с высокой точностью и предположила, что эмульсионная пленка может стать отличным телескопом гамма-излучения, если она представит некоторые современные возможности сбора и анализа данных», — объяснил Аоки.

Основываясь на высокой чувствительности этих пленок и новом автоматизированном высокоскоростном процессе извлечения данных из пленок, идея состоит в том, чтобы объединить несколько пленок, чтобы точно зафиксировать траектории частиц, образующихся при попадании на них гамма-лучей. Точно так же, как блин может фиксировать, куда вы тыкаете соломинку, но для записи направления соломинки потребуется целая стопка блинов.

Срезы проявленной эмульсионной пленки. Следы частиц, образовавшихся в результате воздействия гамма-лучей, можно увидеть по всей плоскости в виде крошечных серых точек. Источник: Партнерство GRAINE

Чтобы уменьшить атмосферные помехи, они затем установили стопку пленок на аэростат научных наблюдений и подняли ее на высоту от 35 до 40 километров. Однако из-за того, что воздушный шар раскачивался и крутился на ветру, направление «телескопа» было нестабильным, поэтому они добавили набор камер, чтобы постоянно фиксировать положение гондолы относительно звездного неба.

Но это создает еще одну проблему, потому что, как знает любой, кто делал фотографии с длинной выдержкой, фотопленка не может зафиксировать течение времени, поэтому не существует прямого способа узнать, когда произошло воздействие гамма-излучения. Чтобы решить эту проблему, они заставили три нижних слоя пленки двигаться вперед и назад с фиксированной, но разной скоростью, как стрелки часов. Основываясь на относительном несовпадении меток на пленке, они смогли рассчитать точное время удара и сопоставить его с кадрами, снятыми камерой.

Теперь они опубликовали первое изображение, полученное с помощью устройства, в The Astrophysical Journal. Это самое точное изображение пульсара Вела, когда-либо полученное. Пульсар Вела — это быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая излучает в небо луч гамма-лучей, как маяк в ночное время. «В общей сложности мы зафиксировали триллионы траекторий с точностью до 1/10 000 миллиметра. Добавляя информацию о времени и объединяя ее с информацией мониторинга ориентации, мы смогли определить «когда» и «где» события с большой точностью, с разрешением, более чем в 40 раз превышающим разрешение обычных гамма-телескопов».

Изображение пульсара Вела. Разрешение изображения более чем в 40 раз выше, чем раньше: кружок в левом нижнем углу представляет разброс изображения пульсара для сравнения с разбросом изображения лучшего предыдущего гамма-изображения (другого звездного объекта), представленного пунктирным кружком. Источник: Группа сотрудничества GRAINE.

Хотя эти результаты уже впечатляют, новые методы дают возможность запечатлеть еще больше деталей в этой полосе света. Исследователи из Университета Кобе объяснили: «Посредством научных экспериментов на воздушном шаре мы можем попытаться внести свой вклад во многие области астрофизики, особенно применяя гамма-телескопы в «многопосланной астрономии», где требуются одновременные измерения одного и того же события, зафиксированного различными методами. Основываясь на успешных данных, полученных в ходе эксперимента на воздушном шаре в 2018 году, мы расширим область и время наблюдений в следующих полетах на воздушном шаре и с нетерпением ждем научных прорывов в области гамма-астрономии».

Источник составления: ScitechDaily.