„Spektar-RG“ i tajne tamne energije

Rusko-njemački rendgenski-gama orbitalni teleskop „Spektar-RG“. Ilustracija: Znanstveno-proizvodno udruženje „N. A. Lavočkin“.

Rusko-njemački rendgenski-gama orbitalni teleskop „Spektar-RG“. Ilustracija: Znanstveno-proizvodno udruženje „N. A. Lavočkin“.

Rusko-njemački rendgenski orbitalni teleskop „Spektar-RG“ donijet će nova saznanja o evoluciji galaktičkih klastera u vidljivom svemiru i pružiti osnovni uvid u prirodu tajanstvene tamne energije, koja, prema trenutnim procjenama, čini 71% ukupne mase i energije u svemiru.

Budući poduhvati primjene rendgenskih zraka pomoći će da se okonča Doba otkrića, sudeći po mišljenju sudionika okruglog stola „Budućnost rendgenske astronomije“, koji je organizirala novinska agencija RIA „Novosti“. Za dvije godine serija novih teleskopa, uključujući i jedan rusko-njemački projekt, pridružit će se onima koji su već u orbiti. Međutim, ovakvi svemirski instrumenti imaju moćnu konkurenciju na zemlji, a tko želi biti pobjednik u ovoj utakmici, morat će stalno biti u formi.

 

Galaktički klaster „Abel 1689“. Ljubičasto polje pokazuje distribuciju tamne tvari u tzv. gravitacijskoj leći. Masa u ovoj leći sastoji se djelomično od normalne i djelomično od tamne tvari. Oko ruba gravitacijske leće jasno su vidljive deformirane galaksije. Izgled ovih deformiranih galaksija ovisi o distribuciji tvari unutar leće i o relativnoj geometriji leće i udaljenih galaksija, kao i o učinku tamne energije na geometriju svemira. Izvor: NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale), J-P. Kneib (LAM).

Okrugli stol bio je posvećen 50-toj godišnjici rendgenske astronomije, budući da je prije oko 50 godina prvi detektor rendgenskih zraka (iks-zraka) lansiran u svemir pomoću istraživačke rakete „Aerobi 150“ („Aerobee 150“). Iako je ovaj let trajao kratko, doprinjeo je otkrivanju prvog izvora rendgenskog zračenja izvan Sunčevog sustava, pod imenom „Škorpion X-1“ („Scorpius X-1“). Danas se ovaj objekt smatra neutronskom zvijezdom. Tim koji je otkrio ovaj izvor zračenja predvodio je Riccardo Giacconi, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 2002. (za dostignuća u ovom području fizike do danas su Nobelovu nagradu dobila trojica znanstvenika).

 

„Spektar-RG“ bit će stacioniran u Lagrangeovoj točki L2 (približno na oko 1,5 milijuna kilometara od Zemlje), gdje do sada ruske svemirske stanice nisu bile smještene. To ovaj poduhvat čini vrlo teškim u pogledu balističkih zahtjeva.

Rendgenska astronomija u osnovi predstavlja proučavanje svemirskih objekata na osnovi rendgenskih zračenja koja odašilju, a koje u sebi nosi mnogo više energije od svjetlosti i vrlo veliku količinu informacija o udaljenim objektima svemira. Uslijed prirode x-zraka, ovo zračenje se može istraživati samo iz svemira, budući da Zemljina atmosfera apsorbira jedan njegov dio. Prema tome, jedine „oči“ kojima rentgenski astronomi mogu promatrati svemir jesu orbitalni opservatoriji.

 

U orbiti oko Zemlje trenutno se nalazi 6 ovakvih opservatorija (tijekom prethodnih 50 godina ukupno ih je bilo oko 30), od kojih je najveći broj lansiran krajem 1990-ih i početkom prvog desetljeća 21. stoljeća. Kada se usporede s instrumentima koji su se koristili prije 50 godina, suvremeni imaju milijardu puta višu razinu osjetljivosti i mnogo bolju ugaonu, spektralnu i vremensku rezoluciju.

 

Da li su današnji teleskopi dostigli svoje krajnje granice, tj. da li bi njihov eventualni daljnji tehnološki razvoj donio vrlo malo informacija koje bi mogle proširiti postojeća saznanja? Sudeći po sudionicima spomenutog okruglog stola, to nije slučaj. Međutim, sljedeći veliki korak neće zavisiti o tehnološkom razvoju instrumenata, već o količini podataka koje oni mogu prikupiti.

Za rendgensku astronomiju slijedi uzbudljivo vrijeme – očekuje nas prava znanstvena utakmica, možda i pravi vrhunac Doba otkrića.

 

Na primjer, 10 godina star opservatorij INTEGRAL, koji koristi princip kodne maske kako bi načinio snimke, primjer je ovakve tehnike. Mihail Revnivcev iz Instituta za svemirska istraživanja Ruske akademije znanosti (IKI RAN) istaknuo je da ovi teleskopi, koji rade u dijapazonu tzv. tvrdih rendgenskih zraka (x-zraci s fotonskom energijom većom od 5-10 keV), mogu se poboljšati samo povećavanjem svoje mase, što je naravno ograničeno nosivošću sadašnjih lansirnih raketa. Prema tome, vrlo je mala vjerojatnost da će ovakav teleskop biti lansiran u orbitu u sljedećih nekoliko godina. S druge strane, razvoj novih detektora mogao bi oživjeti ovu tehnologiju, premda se to može dogoditi tek za jedno desetljeće ili kasnije.

 

U sljedeće dvije godine očekuje se da u orbitu budu lansirana četiri nova instrumenta: indijski „Astrosat“ (lansiranje planirano za 2013.), rusko-njemački „Spektar-RG“ („Spektar redgen-gama“,„Spectr-RG“ ili „Spectrum-X-Gamma“), japanski „Astro-H“ i kinesko-britanski „HXMT“ (ova tri posljednja planirana su za 2014.). Govoreći o njihovim karakteristikama, Eugen Čurazov s IKI istaknuo je da je projekt „Spektar-RG“ zamišljen tako da se izvrši promatranje najvećeg dijela svemira do sada, u ograničenom vremenskom periodu. S druge strane, „Astro-H“ neće imati premca u rendgenskoj spektroskopiji, što će omogućiti preciznu analizu karakteristika rendgenskog zračenja.

 

Projekt „Spektar-RG“ koji uključuje upotrebu njemačkog „eRosita“ i ruskog „ART-XC“ teleskopa, trenutno je u fazi razvoja u nekoliko ruskih i njemačkih institucija. Zamisao ovog projekta je da se kombiniraju dovoljno visoka rezolucija i osjetljivost, koje će moći detektirati sve masivne galaktičke skupine (klastere) u vidljivom svemiru (njih nekoliko stotina tisuća). S obzirom da se evolucija galaktičkih skupina odražava na stopu širenja svemira, ovi podaci su od presudne važnosti za otkrivanje utjecaja tajanstvene tamne energije na evoluciju svemira. Tamna energija (za čije otkriće je također dodijeljena Nobelova nagrada 2011.) je slabo proučen oblik energije koji čini 71% od ukupnog udjela mase i energije u svemiru.

 

Izgradnja opservatorija „Spektar-RG“ za rusku industriju predstavlja izazov u tehničkom smislu, budući teleskop „ART-XC“, koji radi na principu rendgenskih ogledala, zahtjeva vrlo visoku preciznost u obradi metala. Poslije neuspjeha misije „Fobos-Grunt“ još više pažnje je posvećeno elektronskim uređajima na novoj svemirskoj letjelici. Povrh svega, „Spektar-RG“ bit će stacioniran u Lagrageovoj točki L2, (približno na oko 1,5 milijuna kilometara od Zemlje), gdje do sada ruske svemirske stanice nisu bile smještene. To ovaj poduhvat čini još težim u pogledu balističkih zahtjeva. Postavljen je cilj da opservatorij „Spectr-RG“ bude u funkciji bar 4 godine kako bi ispunio svoj osnovni znanstveni zadatak.

Premda „Spektar-RG“ neće imati suparnike u svemiru, po pitanju jednog segmenta imat će ih na Zemlji. U ovom trenutku nekoliko zemaljskih opservatorija koji djeluju u vidljivom i infracrvenom spektru počinje tragati za galaktičkim klasterima. Uspoređujući ovo natjecanje sa Dobom otkrića, Eugen Čurazov istaknuo je da sadašnje stanje u ovom znanstvenom području neće vječito trajati. Ako netko oklijeva, znanost može i bez njega napredovati. Za rendgensku astronomiju slijedi uzbudljivo vrijeme – očekuje nas prava znanstvena utakmica.