"Povijest astronomije je povijest širenja horizonata", rekao je svojedobno Edwin Hubble. Pomoću novih instrumenata opažamo sve udaljenije kozmičke objekte pa nam je opazivi horizont doslovno sve širi. I u prenesenom smislu širimo horizonte, odnosno granice svojih znanja.

Nova generacija Čerenkovljevih teleskopa, CTA (Cherenkov Telescope Array, Niz Čerenkovljevih teleskopa), čiji se sjeverni postav gradi na kanarskom otoku La Palmi, a južni u pustinji Atacama u Čileu, službeno je započela svoj rad još krajem 2018. godine, puštanjem u probni rad teleskopa LST-1. Krajem 2019. radio sam na tom teleskopu kao voditelj smjene, u pripremnnoj fazi kad se još nije opažalo nego se samo testirala mehanika i elektronika. S obzirom na veličinu i složenost instrumenta, ta se pripremna faza oduljila sve do 2023. kad je teleskop konačno dosegao sve očekivane performanse.

Nakon niza tehničkih članaka, u ožujku ove godine objavljen je prvi znanstveni rad s opažanjima teleskopa LST-1, a sada, na samom kraju 2023. i prvo znanstveno otkriće: detekcija kvazara OP 313 u visokoenergijskom gama-području.

Detekcija kvazara OP 313 teleskopom LST-1

Kozmički objekt OP 313, poznat i kao B2 1308+32, ima pomak prema crvenom skoro 1 (preciznije 0,997). To znači da se od nas udaljava gotovo brzinom svjetlosti ili, ako baš hoćete precizno, s 99,7% brzine svjetlosti. U uvodu sam spomenuo da je objekt udaljen 8 milijardi svjetlosnih godina, no pojam udaljenosti nije tako jednostavan u slučaju velikih pomaka prema crvenom. Tih 8 milijardi svjetlosnih godina je zapravo udaljenost koju je svjetlost prošla otkad je emitirana, stručno je to look-back distance. No, svemir se cijelo to vrijeme širio pa je objekt više nije udaljen samo 8 nego otprilike 22 milijarde svjetlosnih godina, stručno je to luminosity distance. Izbjegavam reći sada je udaljen 22 milijarde svjetlosnih godina, jer u svemiru ne postoji jedinstveno sada. Ali, tih 22 milijarde svjetlosnih godina bi bilo najbliže onome što intuitivno poimamo pod sada (Gdje je OP 313 sada?). Napominjem da je svemir star samo 13,8 milijardi godina, no da tu nema kontradikcije. To je za kozmološke udaljenosti najnormalnija stvar.

Novinska izvješća pate od navođenja rekorda pa se i ovo otkriće, čija je izjava za medije objavljena na sam Božić 2023. godine, navodi kao „otkriće najudaljenije aktivne galaktičke jezgre na visokim energijama”. Ali, rekord nije bitan sam po sebi. Astrofizičkoj zajednici koja se bavi tim područjem bitno je znati koje su mogućnosti i dosezi novog instrumenta. Također, nije toliko važan sam kvazar OP 313 koliko je važna interakcija gama-zračenja (s donjeg ruba visokoenergijskog područja) s izvangalaktičkom pozadinskom svjetlošću, što nam otkriva važne detalje iz evolucije zvijezda i galaksija.

Teleskop LST-1 i kolaboracija LST

Segmentirano zrcalo teleskopa promjera je 23 metra što daje reflektirajuću površinu od približno 400 m². Zrcalo reflektira Čerenkovljevu svjetlost u kameru teleskopa sastavljenu od 1855 fotosenzora. Inače, kamera je ogromna, mase skoro dvije tone i obujma gotovo devet m³ (3 m x 3 metra x 1 m). Sam teleskop je div visok 45 metara i mase oko 100 tona. Svejedno, dovoljno je okretan da iz jednog krajnjeg položaja u drugi može doći za manje od 20 sekundi. Energijsko područje kozmičkog gama-zračenja u kojem opaža je 20 GeV do 100 TeV (giga je milijarda, a tera bilijun, dok je elektronvolt otprilike energija jednog fotona vidljive svjetlosti).

Čerenkovljev teleskop gama-zračenje opaža neizravno, pomoću Čerenkovljeve svjetlosti koju u atmosferi stvaraju sekundarne nabijene čestice u pljusku koji pak izaziva primarni gama-foton. Te sekundarne nabijene čestice, većinom elektroni i pozitroni, gibaju se kroz Zemljinu atmosferu brže od svjetlosti u zraku (ali ne brže od svjetlosti u vakuumu) pa izazivaju nešto slično zvučnom udaru koji nastaje kad se avion giba kroz zrak brže od zvuka u zraku. Medij, u ovom slučaju zrak, emitira Čerenkovljevu svjetlost koja je dijelom vidljiva svjetlost u plavom i ljubičastom području, a dijelom ultraljubičasta svjetlost. I ta svjetlost dolazi do reflektora pa onda i do kamere Čerenkovljevog teleskopa. Iz njezine raspodjele po pikselima može se izračunati smjer i energija primarne gama-zrake.

Kolaboracija LST je tek dio veće kolaboracije CTA, a sastoji se od skoro 200 znanstvenika iz: Brazila, Hrvatske, Francuske, Njemačke, Indije, Italije, Japana, Poljske, Španjolske i Švicarske. Hrvatske institucije u LST-kolaboraciji su tri: Sveučilište u Osijeku, Sveučilište u Rijeci i Sveučilište u Splitu. Cijela CTA-kolaboracija ima gotovo 2000 znanstvenika od čega njih 20 iz Hrvatske.

Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodnih kolaboracija MAGIC i CTA. Autor je niza srednjoškolskih udžbenika iz fizike i tri znanstveno-popularizacijske knjige: "Protiv nadnaravnoga", "Ažurirani svemir" i "Razumljivi svijet".