Wysłali w kosmos łowcę eksplozji. Wojsko też na tym skorzysta

Nowy detektor gamma na ISS ma wspierać astronomię wieloaspektową. Będzie szukał elektromagnetycznych śladów zderzeń ekstremalnych obiektów, ale wspomoże także wojsko.

Na Międzynarodową Stację Kosmiczną trafił właśnie instrument, który ma łapać jedne z najbardziej gwałtownych sygnałów we Wszechświecie. Glowbug-2, detektor promieniowania gamma zbudowany przez amerykańskie Naval Research Laboratory, będzie szukał krótkich błysków gamma powstających m.in. przy zderzeniach gwiazd neutronowych i czarnych dziur.

Mały instrument do wielkich katastrof

Glowbug-2 nie fotografuje galaktyk. To łowca błysków gamma – krótkich, trwających ułamki sekund sygnałów, które zdradzają najpotężniejsze eksplozje we Wszechświecie. Wszystko zamknięte w mgnieniu oka, które trzeba złapać, zanim po prostu przepadnie.

Najważniejsze cele instrumentu znajdują się miliony, a czasem miliardy lat świetlnych od Ziemi. Chodzi o kosmiczne katastrofy: zderzenia gwiazd neutronowych oraz układy, w których gwiazda neutronowa może łączyć się z czarną dziurą. Gdy dochodzi do takiego zdarzenia, powstaje nie tylko fala promieniowania, ale też fale grawitacyjne, czyli zmarszczki czasoprzestrzeni wykrywane przez naziemne obserwatoria.

Glowbug-2 to przede wszystkim system wczesnego ostrzegania. Przy błyskach gamma czas jest najważniejszy – im szybciej alert, tym większa szansa, iż inne teleskopy zdążą spojrzeć tam, gdzie trzeba. Każda sekunda zwłoki to utracone dane.

Jeden błysk to za mało. Potrzebne są też fale grawitacyjne

Współczesna astrofizyka coraz częściej nie opiera się na jednym typie sygnału. Najciekawsze zdarzenia bada się wieloma posłańcami naraz: światłem, promieniowaniem gamma, promieniowaniem rentgenowskim, falami grawitacyjnymi, neutrinami i cząstkami kosmicznymi. To właśnie astronomia wieloaspektowa.

Jeśli naziemne detektory fal grawitacyjnych zarejestrują zderzenie gwiazd neutronowych, a w tym samym czasie instrument taki jak Glowbug-2 zobaczy błysk gamma z tego samego obszaru, naukowcy zyskują znacznie pełniejszy obraz zjawiska. Fale grawitacyjne mówią o ruchu masywnych obiektów i samej dynamice zderzenia. Promieniowanie gamma pokazuje, gdzie i jak powstaje dżet energii oraz jak materia zachowuje się w ekstremalnych warunkach.

Glowbug-2 to pomost między falami grawitacyjnymi a światłem. Bez niego wiadomo, iż coś się zderzyło, ale nie wiadomo, co było dalej. Rozbłysk gamma to drugi akt kosmicznego dramatu, a Glowbug ma go złapać na gorąco.

Będzie wysyłał alerty bez czekania na człowieka

Glowbug-2 został zaprojektowany do pracy w trybie w pełni autonomicznym. Instrument samodzielnie identyfikuje potencjalne błyski gamma, przeprowadza wstępną analizę sygnału i generuje alerty przesyłane do społeczności naukowej. W przypadku krótkich GRB, gdzie czas trwania zjawiska mierzony jest w ułamkach sekund, automatyzacja procesu detekcji i raportowania jest wymogiem niezbędnym do osiągnięcia jakiejkolwiek skuteczności obserwacyjnej.

Błysk gamma może pojawić się i zniknąć szybciej, niż człowiek zdąży jakkolwiek zareagować. Później zostaje tylko poświata w innych zakresach promieniowania, ale ona również z czasem słabnie. o ile alert trafi do sieci obserwatoriów szybko, kolejne teleskopy mogą złapać ogon wydarzenia. jeżeli reakcja się spóźni, zostają tylko dane z samego błysku.

Co bardzo ważne, Glowbug-2 będzie funkcjonował w ramach współpracy wieloinstrumentalnej. W momencie detekcji zdarzenia zespół naukowy może zwrócić się do operatorów innych eksperymentów orbitalnych o weryfikację, czy w ich zbiorach danych z tego samego przedziału czasowego również pojawił się sygnał. Tego rodzaju korelacja niezależnych obserwacji pozwoli na zbudowanie bardziej wiarygodnego obrazu krótkotrwałych zjawisk astrofizycznych, które ze swojej natury nie powtarzają się na nasze żądanie.

Promień gamma wpada w kryształ. Tak zaczyna się alarm

Instrument wykorzystuje duże panele detekcyjne wykonane ze specjalnych kryształów scyntylacyjnych. Gdy promień gamma uderza w taki kryształ, materiał emituje króciutki błysk światła. Następnie bardzo czułe fotodetektory rejestrują ten błysk i zamieniają go w dane.

To metoda znana od lat, ale w nowoczesnych instrumentach liczy się nie tylko sam materiał, ale także elektronika, geometria detektorów, oprogramowanie i zdolność lokalizacji zdarzenia. Glowbug-2 korzysta z czterech dużych paneli detekcyjnych. NRL podkreśla, iż są one identyczne z hardware’em rozwijanym dla przyszłej misji NASA StarBurst Multimessenger Pioneer, która również ma działać w obszarze astronomii wieloaspektowej.

Poprzednik, Glowbug-1, działał na ISS przez 21 miesięcy. W tym czasie skatalogował ponad 100 błysków gamma oraz kilkanaście rozbłysków słonecznych. Glowbug-2 nie startuje więc od zera. Jest kolejną wersją technologii, która już pokazała, iż niewielki instrument na stacji orbitalnej może dostarczać wartościowe dane o wysokoenergetycznym Wszechświecie.

Wojskowy instrument z naukowym sercem

Najbardziej wyróżniającą cechą Glowbug-2 jest jego podwójny profil zastosowań. Z jednej strony instrument prowadzi obserwacje odległych zjawisk astrofizycznych – eksplozji, zderzeń zwartych obiektów i rozbłysków gamma. Z drugiej strony realizuje pomiary lokalnego promieniowania jonizującego w otoczeniu Ziemi, co czyni go platformą łączącą cele z zakresu astrofizyki wysokich energii i monitoringu środowiska radiacyjnego orbity okołoziemskiej.

Dla naukowców to dodatkowe dane o środowisku kosmicznym. Dla wojska i szerzej rozumianej społeczności obronnej to wiedza o warunkach radiacyjnych na orbicie. Promieniowanie ma znaczenie dla satelitów, elektroniki, astronautów, łączności i odporności infrastruktury kosmicznej. o ile coraz więcej wojskowych i cywilnych systemów działa w kosmosie, coraz ważniejsze staje się bieżące rozumienie lokalnego środowiska radiacyjnego.

To nie znaczy oczywiście, iż Glowbug-2 jest bronią, bo nią nie jest. To instrument naukowo-technologiczny. Jednak jego dane mogą być użyteczne także dla bezpieczeństwa kosmicznego, monitoringu pogody kosmicznej i lepszego rozumienia zdarzeń radiacyjnych na orbicie.