Koristeći tehnologiju sličnu onoj koja se nalazi u kamerama pametnih telefona, NASA-ini naučnici razvijaju nadograđene senzore kako bi otkrili više detalja o izbijanju crnih rupa i zvezdama koje eksplodiraju – a sve to uz manje energije i lakšu za masovnu proizvodnju od detektora koji se danas koriste.
„Kada razmišljate o crnim rupama koje aktivno uništavaju zvezde, ili neutronskim zvezdama koje eksplodiraju i stvaraju zaista visokoenergetske naletove svetlosti, gledate na najekstremnije događaje u univerzumu“, rekla je astrofizičarka istraživanja dr Regina Kaputo. „Da biste posmatrali ove događaje, morate da pogledate oblik svetlosti najviše energije: gama zrake.“
Caputo vodi razvoj instrumenta pod nazivom AstroPik u NASA-inom centru za svemirske letove Godard u Grinbeltu, Merilend. Senzori silikonskih piksela u AstroPik-u — koji su još u razvoju i testiranju — podsećaju na poluprovodničke senzore koji omogućavaju da kamere pametnih telefona budu tako male.
„Gama zrake je poznato da je teško meriti zbog načina na koji dolazeća čestica stupa u interakciju sa vašim detektorom“, rekla je dr Amanda Štajnhebel, saradnik NASA postdoktorskog programa koji radi sa Kaputom.
Gama zraci su talasne dužine svetlosti koje su energičnije od ultraljubičastih i rendgenskih zraka, a njihovi fotoni deluju više kao čestice nego talasi. „Umesto da ih samo apsorbuje senzor poput vidljive svetlosti“, rekao je Štajnhebel, „gama zraci se odbijaju svuda unaokolo“.
NASA-in Fermi gama-svemirski teleskop, koji proučava nebo gama zraka od 2008. godine, rešio je problem „odbijanja“ u svom glavnom instrumentu korišćenjem stubova senzora u obliku trake. Ova kocka veličine stola, Fermijev teleskop velike površine, sama je bila revolucionarna tehnologija kada je misija pokrenuta.
Svaka traka mapira gama-zrake u jednoj dimenziji, dok slojevi traka orijentisanih okomito jedna na drugu beleže drugu dimenziju. Gama zraci stvaraju kaskadu energetskih udara kroz više slojeva, obezbeđujući mapu koja pokazuje nazad ka izvoru.
Otprilike veličine torbe za golf, instrument svemirskog teleskopa koji koristi AstroPik senzore zahtevao bi upola manje slojeva od tehnologije detektora trake Fermi, rekao je Kaputo. Rafali gama zraka su najsjajnije eksplozije u kosmosu. Astronomi misle da se većina dešava kada jezgro masivne zvezde ostane bez nuklearnog goriva, kolabira pod sopstvenom težinom i formira crnu rupu, kao što je ilustrovano u ovoj animaciji. Crna rupa zatim pokreće mlazove čestica koje buše skroz kroz zvezdu u kolapsu skoro brzinom svetlosti. Ovi mlaznjaci probijaju zvezdu, emitujući rendgenske i gama zrake (magenta) dok strujaju u svemir. Zatim se zabijaju u materijal koji okružuje osuđenu zvezdu i stvaraju poslesjaj više talasnih dužina koji postepeno nestaje. Što bliže gledamo jedan od ovih mlaznjaka, to se čini svetlije.
„Lakše je tačno reći gde čestice interaguju“, rekao je Štajnhebel, „jer samo identifikujete tačku u mreži sa kojom je stupila u interakciju. Zatim koristite više slojeva da bukvalno pratite putanje kojima su čestice prolazile kroz nju.“
AstroPik bi mogao da snimi gama zrake niže energije od trenutne tehnologije, objasnio je Steinhebel, jer ovi fotoni imaju tendenciju da se izgube filtrirajući kroz više slojeva detektora trake. Njihovo snimanje bi pružilo više informacija o tome šta se dešava tokom kratkotrajnih, energičnih događaja. „Ovi niskoenergetski gama zraci su najčešći tokom vrhunske svetlosti rafala“, objasnila je ona.
Detektori piksela takođe troše manje električne energije za rad, rekao je Caputo, što je velika prednost za buduće misije koje planiraju svoju potrošnju energije.
Pikselirani silicijumski detektori su dokazani u eksperimentima sa akceleratorima čestica, rekla je, a njihova uobičajena upotreba i masovna proizvodnja za mobilne telefone i digitalne kamere čine ih lakšim i jeftinijim za nabavku.
Razvijanje različitih prototipova tokom više godina i gledanje kako AstroPik stvara precizne dijagrame gama-zraka bilo je uzbudljivo i izuzetno zadovoljavajuće, rekao je Steinhebel.
Dok tim nastavlja da radi na razvoju i poboljšanju svoje tehnologije, Kaputo je rekao da će sledeći korak biti lansiranje tehnologije na kratkom sondažnom raketnom letu za dalje testiranje iznad Zemljine atmosfere.
Nadaju se da će imati koristi od buduće misije gama zraka namenjene daljem proučavanju događaja u svemiru visoke energije.
„Sa ovim možemo da uradimo tako kul nauku“, rekao je Kaputo. „Samo želim da vidim da se to dešava.“
