Astronomia promieniowania gamma

Astronomia promieniowania gamma jest dziedziną astronomii, która zajmuje się badaniem tego promieniowania gamma, jakie pochodzi od ciał niebieskich.

Historia odkrycia promieniowania gamma

Pierwsze teorie mówiące o istnieniu we Wszechświecie procesów, jakie prowadzą do emisji promieniowania gamma, są datowane na wiele lat, zanim powstała techniczna możliwość ich detekcji. Szczególny wkład miały w tym przypadku prace H. Primakoffa oraz E. Feenberga z 1948 roku, a także G.W. Hutchinsona oraz Y. Hayakawy z 1952 i finalnie P. Morrisona z 1958 roku. Procesy te są przede wszystkim oddziaływaniem promieniowania kosmicznego z gazem międzygwiazdowym, oddziaływanie międzygwiazdowego pola magnetycznego z wysokoenergetycznymi elektronami oraz wybuchami supernowych. Detekcja tych emisji stała się możliwa dopiero w latach 60. ubiegłego wieku.

Promieniowanie gamma jest pochłaniane niemal całkowicie przez atmosferę Ziemi, a jego bezpośrednie obserwacje muszą być wykonywane poza najgęstszymi warstwami atmosfery. Do tego celu teleskopy promieniowania gamma umieszcza się na sztucznych satelitach lub balonach. Pierwsze jego orbitalne obserwatorium zostało wyniesione na orbitę okołoziemską w 1961 roku za pomocą satelity Explorer 11. Zarejestrowało ono zaledwie kilkadziesiąt fotonów tego promieniowania i było ono promieniowaniem tła, które powstało najprawdopodobniej na skutek oddziaływań gazu międzygwiazdowego z promieniami kosmicznymi. Jako pierwsze źródła promieniowania gamma zidentyfikowane rozbłyski w koronie słonecznej. Pierwsze szczegółowe informacje o niebie w zakresie gamma zostały uzyskane za pośrednictwem satelity SAS-2, który został wystrzelony w 1972 roku i zbadał 55% nieba. Kolejne źródła tegoż promieniowania zostały odkryte m.in. przez Teleskop kosmiczny Comptona oraz satelity COS-B. Współcześnie w przestrzeni operuje kilka satelitów, które je mierzą, a pośród nich Teleskop Fermiego, Integral oraz Swift oraz jeden z detektorów umieszczonych na pokładzie satelity BeppoSAX.

Astronomia promieniowania gamma - odkrycia

Astronomia promieniowania gamma ma na kącie kilka odkryć. Najistotniejsze z nich zostało dokonane na przełomie lat 60. i 70. ubiegłego wieku. Było to odkrycie silnych impulsów promieniowania, jakie dochodziły z różnych stron nieba. Przez wiele lat nie było możliwości odnalezienia odpowiadających im obiektów w innych zakresach widma elektromagnetycznego. Pojawiła się ona dopiero na przełomie XX i XXI wieku. Międzynarodowa współpraca pozwoliła na zaobserwowanie optycznych odpowiedników rozbłysków gamma.

Wykrywanie naziemne i źródła promieniowania.

Od połowy lat 80. możliwe jest wykrycie promieniowania gamma z powierzchni Ziemi. W tym celu wykorzystywane są teleskopy optyczne, które to jednak nie rejestrują kwantów gamma bezpośrednio, a poprzez promieniowanie Czerenkowa. Jest ono emitowane na skutek oddziaływania fotonów gamma z atmosferą ziemską. Stanowi ona w tym przypadku elementarną część detektora promieniowania gamma. Główną zaletą naziemnych detektorów jest ich bardzo duża powierzchnia zbierająca. Jest ona nawet pięć rzędów wielkości większa w porównaniu do tych umieszczonych na satelitach. Daje to możliwość rejestrowania fotonów o najwyższych energiach rzędu GeV i TeV, których to strumień na jednostkę powierzchni jest bardzo niewielki. Obecnie działające detektory naziemne to HESS, CANGAROO, MAGIC oraz VERITAS.

Źródła promieniowania

Jeżeli chodzi o źródła promieniowania, pierwszym odkryciem teleskopu czerenkowskiego była dokonana w 1989 roku na terenie Obserwatorium Whipple w USA emisja promieniowania o energii TeV z Mgławicy Krab. Źródło tego promieniowania stanowi wiatr z pulsara, który znajdował się wewnątrz mgławicy. Emitowane relatywistyczne z pulsara pary elektronowo-pozytonow oraz wolneij ekspandujące pozostałości po supernowej tworzą styk wiatru. Powstaje na nim fala uderzeniowa, a przyspieszane w niej cząsteczki emitują promieniowanie gamma. Mgławice wiatrów pulsarowych są najliczniejszą klasą źródeł, jakie zaobserwowało HESS w płaszczyźnie galaktyki. Same pozostałości po supernowych, które zderzają się z gazem ośrodka międzygwiazdowego i są przenikane polem magnetycznym, również mogą stanowić źródło promieniowania wysokoenergetycznego. Nową klasę galaktycznych źródeł promieniowania gamma stanowią ukłądy podwójne gwiazdy z obiektem zwartym. Na ten moment znane są trzy takie źródła – mikrokwazary LS I +61 303 oraz LS 5039, a także układ z pulsarem PSR B-1259-63. W jego przypadku promieniowania gamma powstaje w sposób zbliżony do mgławicy wiatru pulsarowego, lecz dodatkowo ma miejsce jeszcze oddziaływanie z wiatrem gwiazdowym towarzysza. W zakresie mikrokwazarów dżet wyrzucany z okolic biegunowych akreującej czarnej dziury oddziałuje z ośrodkiem międzygwiazdowym i wiatrem towarzysza. Do źródeł promieniowania gamma należą również gromady masywnych gwiazd jak np. Westerlund 2.