Narodowe Centrum Badań Jądrowych
Zagadkowa polaryzacja błysków gamma
Błyski gamma (GRB) są obserwowane jako bardzo krótkotrwałe sygnały rentgenowskie pochodzące ze źródeł, które znajdują się w kosmologicznych odległościach od Ziemi. Te źródła emitują w ciągu kilku sekund więcej energii niż Słońce w czasie całego swojego życia i nie wiadomo, jak to robią. Kierunki błysków nie powtarzają się, więc prawdopodobnie emisji towarzyszy jakaś nieodwracalna katastrofa kosmiczna. Obecnie GRB obserwowane są średnio raz dziennie przez kilka detektorów satelitarnych. Mierzą one kierunki błysków, intensywność i energie fotonów gamma oraz ich zmienność w czasie, a uruchomiony we wrześniu 2016 roku POLAR dokonuje pomiaru polaryzacji tego promieniowania. Detektor ten, umieszczony na pokładzie chińskiego laboratorium kosmicznego Tiangong-2, jest efektem współpracy polsko-szwajcarsko-chińskiego konsorcjum naukowego.
Nad kluczowymi elementami eksperymentu pracowali naukowcy i inżynierowie z łódzkiej Pracowni Fizyki Promieniowania Kosmicznego NCBJ i z Zakładu Elektroniki i Systemów Detekcyjnych NCBJ w Świerku. Zaprojektowali oni, wybudowali i oprogramowali centralny układ dokonujący selekcji przypadków (tryger), z których najciekawsze są zdarzenia rejestrowane przez detektor jako co najmniej podwójne rozproszenie fotonu gamma w bardzo krótkim odstępie czasu. W Łodzi powstał także prototyp zasilacza wysokiego napięcia dla 25 fotopowielaczy, zaś W Świerku prototypowano plastikowe detektory scyntylacyjne, służące do detekcji promieniowania gamma. Matryca 1600 takich scyntylatorów jest sercem POLAR-a. Wszystkie elementy muszą wytrzymać ekstremalne warunki: próżnię, gwałtowne wstrząsy, duże przeciążenia, wysoką i niską temperaturę, a także wysokie dawki promieniowania.
POLAR zmierzył już 55 GRB. Z opublikowanych właśnie pierwszych danych wynika, że wyznaczony stopień polaryzacji fotonów w pięciu zbadanych błyskach jest bardzo mały. W przypadku najjaśniejszego błysku okazało się, że w każdym momencie pomiaru została stwierdzona wysoka polaryzacja, ale kierunek polaryzacji obracał się w czasie. Obserwowana polaryzacja wymaga kierunkowego uporządkowania źródła emisji, a szybka zmienność kierunku sugeruje nową, nieznaną i niezbadaną własność emitera. To tajemnicze zjawisko zostanie zbadane o wiele większym i bardziej wydajnym detektorem POLAR-2, którego uruchomienie planowane jest za 3 lata.
Marek Pawłowski