GLAST chuẩn bị rời bệ phóng

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'glast chuẩn bị rời bệ phóng', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GLAST chuẩn bị rời bệ phóng

GLAST chuN b r i b phóng n Julie McEnery, Steve Ritz, eil Gehrels S p ư c ASA phóng lên trong tháng này, v tinh GLAST s nghiên c u b u tr i tia gamma m t cách chi ti t chưa t ng có và làm sáng t m t s quá trình thiên văn c c nh t trong t nhiên, như Julie McEnery, Steve Ritz, và eil Gehrels gi i thích sau ây. Thiên văn h c tia gamma Vũ tr có v thay i rõ r t khi nhìn bư c sóng khác nhau. S nh y c a m t v i vùng kh ki n c a ph i n t cho phép chúng ta phân bi t hàng nghìn ngôi sao, t ng hành tinh m t chuy n ng t t ngang qua b u tr i, và ngay c l p sáng khu ch tán m nh t phát ra t thiên hà c a chúng ta. H u như toàn b nh ng photon này ư c t o ra b i các v t th nóng, sáng r c, và b ng cách i u ch nh các thi t b sang b c x i n t t n s cao hơn như ánh sáng t ngo i và tia X, chúng ta có th kh o sát các vùng nóng hơn c a vũ tr . Nhưng nh ng t n s i n t cao nh t – tương ng v i tia gamma – vũ tr b t u trông th t kì quái hơn. y là vì tia gamma ư c t o ra không ph i b i nh ng quá trình nhi t mà b i va ch m gi a các h t tích i n tương i tính v i v t ch t hay ánh sáng. Nh ng va ch m như th làm gia t c hay phá v các h t, t ó làm cho chúng phát ra các photon t n s cao mang l i m t cái nhìn thoáng qua nh ng quá trình thiên văn c c nh t t ng ư c bi t t i. 52 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
Hi u bi t c a chúng ta v nh ng quá trình c c này s p ti n m t bư c l n v phía trư c. Trong tháng này, NASA s p s a phóng lên Kính thiên văn Vũ tr Tia gamma Di n tích L n (GLAST), m t ài quan sát n ng b n t n ch a y các máy dò h t t i tân s làm hé m vũ tr tia gamma m t cách chi ti t hơn r t nhi u. Có cơ s trông i nh ng th to tát x y ra. B u tr i tia gamma Thiên văn h c tia gamma có th l n ngư c tr l i m t bài báo cách nay 50 năm c a nhà thiên văn v t lí lí thuy t ngư i Mĩ Phillip Morrison, ngư i bi n lu n r ng a s ánh sáng kh ki n mà thiên văn h c truy n th ng ho t ng d a trên ó th t ra có g c gác t s phát x “th c p”. Ví d , M t tr i ư c c p ngu n b i các ph n ng nhi t h ch sâu trong lõi c a nó, nhưng b c x quang mà chúng ta nhìn th y ư c t o ra không ph i b i chính các ph n ng h t nhân sơ c p mà b i ch t b chúng nung nóng. Vì nh ng quá trình sơ c p này có xu hư ng x y ra nh ng m c năng lư ng trên vài mega electron-volt, nên s phát x tia gamma có th mang l i m t d u hi u tr c ti p hơn c a nh ng quá trình thiên văn v t lí cơ s . Vi c quan sát tia gamma t ra khó hơn tiên li u; nhưng trong hai th p niên v a qua, thiên văn v t lí h c tia gamma ã t o ra m t s k t qu th t b t ng - trong ó có khám phá ra nh ng quasar xa xôi phát ra a s năng lư ng c a chúng trong vùng tia gamma. Tia gamma có xác su t cao tương tác v i v t ch t, cho phép chúng ta ch t o các thi t b có th phát hi n ra chúng, nhưng cũng nh ng thi t b này l i nh y s lư ng l n các h t tích i n, mang thêm n n nhi u th t s . Th c hi n công vi c quan sát còn khó khăn hơn n a, tia gamma có năng lư ng cao như th và vì th bư c sóng ng n nên chúng ta không th thu th p và t p trung chúng theo ki u như kính thiên văn truy n th ng th c hi n v i b c x quang h c. Thay vì v y, chúng ta c n có nh ng thi t b to l n và n ng n ch ng năng lư ng c a tia gamma. Tia gamma v t lí thiên văn l n u tiên ư c phát hi n ra vào cu i th p niên 1960 b i ài quan sát Qu o M t tr i (OSO-3), thi t b quan sát th y m t s phát x m nh t m t ph ng thiên hà ngoài m t tín hi u khu ch tán tràn nh p b u tr i. Vào th p niên 1970, các thi t b v tinh SAS-2 và COS-B, khai thác kĩ thu t dò tìm tương t dùng trong bu ng tia l a i n, phát hi n ra hàng tá ngu n i m c a tia gamma năng lư ng cao. R i trong nh ng năm 1990, thí nghi m EGRET c a NASA, ho t ng t năm 1991 n năm 2000 trên ài quan sát Tia gamma Compton trên không gian (CGRO), ã cách m ng hóa “thiên văn v t lí h c GeV” v i vi c phát hi n ra vài trăm ngu n tia gamma. Ngày nay, chúng ta bi t r ng vũ tr ch a r t nhi u ngu n a d ng phát tia gamma, g m các pulsar, tàn dư sao siêu m i, các v bùng phát tia gamma và các l en siêu tr ng n ng g p 106-1010 l n M t tr i. C M t tr i cũng t o ra tia gamma b i s gia t c các h t tích i n trong tai l a M t tr i và các v phun trào v t ch t vành nh t hoa, trong khi thiên hà c a chúng ta lóe sáng r c r v i tia gamma do tương tác c a các tia vũ tr năng lư ng cao v i ch t khí gi a các sao. M t trong nh ng lí do chính m r ng các quan sát c a chúng ta v tia gamma vũ tr là tìm ki m d u hi u c a nh ng quá trình thiên văn v t lí cơ s t trư c n nay chưa h bi t. 53 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Vì tia gamma không th âm xuyên cho dù là vài kilo mét qua t ng trên khí quy n, nên GLAST ư c t th t lí tư ng hé m thông tin mang b i các tia gamma vũ tr . Tuy nhiên, ngư i ta cũng có th làm vi c v i thiên văn h c tia gamma t dư i m t t. Khi tia gamma năng lư ng cao va ch m v i v t ch t trong khí quy n, chúng chuy n hóa thành các c p electron- positron m t d n năng lư ng b i s phát tia gamma th c p. Quá trình này nhanh chóng t o ra m t “cơn mưa” h t i n t , và, bi t r ng năng lư ng tia gamma vũ tr ban u là l n hơn kho ng 100 GeV, phát ra quá nhi u ánh sáng nên các máy dò t trên m t t – như MAGIC qu n o Canari, HESS Namibia, VERITAS Arizona, CANGRAOO Australia và Milagro New Mexico – có th ghi nh n chúng cũng như d u v t c a các cơn mưa h t. Mô phòng b u tr i tia gamma trông như th nào sau m t năm quan sát v i GLAST, cho th y lóe sáng tia gamma phát ra t thiên hà c a chúng ta (vùng sáng m nh t gi a). Cũng ư c mô ph ng là hàng trăm pulsar, m t ít sao siêu m i và m t s h ôi tia X, t t c chúng n m r i rác trong s vài nghìn thiên hà ho t ng phân b u trên kh p b u tr i. Tuy nhiên, dư i các năng lư ng kho ng 100 GeV, thì các máy dò ph i t bên trên b u khí quy n – và nh ng m c năng lư ng này là h ng thú c bi t i v i các nhà khoa h c GLAST. Vì vũ tr là trong su t v i tia gamma v i năng lư ng dư i kho ng 10 GeV, nên các photon này cho phép chúng ta nghiên c u vũ tr nh ng kho ng cách kh ng l . Năm 1992, các nhà nghiên c u t i Trung tâm Máy gia t c tuy n tính Stanford và i h c Stanford Mĩ ã nh n ra các ti n b trong công ngh ch t r n, cùng v i năng l c công nghi p phát tri n trong s ho t ng c a Siêu máy va ch m Siêu d n, nghĩa là h có th s n su t m t chi c kính thiên văn tia gamma năng lư ng cao n i b t. Sau m t nghiên c u NASA thành công ch ra r ng m t máy dò d i silicon c l n có th ch t o cho các chuy n bay không gian, s m nh ó – ư c s ng h m nh m t phía c ng ng thiên văn v t lí – s m tr thành m t ưu tiên cao. Sau ó, vào năm 2000, GLAST u c x p h ng là s m nh kích c trung bình ưu tiên cao nh t trong m t b n ánh giá 10 năm do Vi n Hàn lâm Khoa h c Mĩ th c hi n – khuy n ngh ưa chi c kính thiên văn lên phía trư c hàng ngũ d án c a NASA. Thi t b cơ b n c a GLAST, Kính thiên văn Di n tích l n (LAT), s bao quát d i năng lư ng t 20 MeV n ít nh t 300 GeV. M t thi t b th hai, Màn hình Bùng phát GLAST (GBM), 54 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
s phát hi n các ngu n nh t th i bùng phát tia gamma như th và tia l a M t tr i xu ng n năng lư ng ch 8 keV. c bi t, GLAST s kh o sát tia gamma trong ngư ng 10 – 100 GeV – vùng ph i n t không ư c thăm dò nhi u l m vì s h n ch nh y c a các ài quan sát tia gamma t trên không gian trư c ây. Hơn n a, m c bao quát năng lư ng c a các kính thiên văn t trên m t t và trên không gian s ch ng l n nhau, như v y cho phép hai lo i ài quan sát này l n u tiên ho t ng tr c ti p v i nhau bao quát toàn b ph tia gamma năng lư ng cao. Phòng thí nghi m cho khoa h c vũ tr GLAST s giúp chúng ta xác nh xem các ngu n thiên văn v t lí c c t o ra bao nhiêu năng lư ng, và do ó cho chúng ta bi t v các cơ ch gia t c làm phát sinh ra các h t năng lư ng cao như th . Ví d , các pulsar, các sao neutron t tính ang quay nhanh phát ra các chùm sóng vô tuy n t hai c c c a chúng, ng th i phát ra r t nhi u tia gamma. GLAST s ti t l s phân b c a năng lư ng tia gamma phát ra t nh ng v t th c c kì m c này, nó s cho chúng ta bi t v hình h c c a t trư ng hi n nay và v v trí c a các i m gia t c. Vì t trư ng l n g n b m t c a pulsar có th làm cho các photon tia gamma chuy n hóa thành các c p electron-positron, cho nên ph pulsar t GLAST s cho chúng ta bi t t trư ng gi ng như cái gì xung quanh các vùng tia gamma ư c phát ra. Tia gamma cũng s cho chúng ta bi t v các cơ ch gia t c h t kì l m nh hơn nhi u so v i b t c cơ ch nào th y trên Trái t. Các quan sát tàn dư sao siêu m i cho th y các h t có th ư c gia t c lên năng lư ng kh ng l b i các ch n ng t o ra khi lu ng gió t ngôi sao ang bùng n lao vào môi trư ng gi a các sao. Trong khi s t n t i c a các ch n ng như th ã ư c bi t rõ, thì cách th c các h t ư c gia t c n nh ng m c năng lư ng tương i tính c c ưc hi u bi t ít hơn nhi u. Hai thi t b c a GLAST cũng s mang l i cho chúng ta ph năng lư ng hoàn toàn cao c a các v bùng phát tia gamma, t vài kilo electron-volt n hàng trăm giga electron-volt. Các lóe sáng r c r nhưng xa xôi này c a tia gamma, x y ra t c kho ng m t l n m i ngày, t a sáng ch c lát như nh ng v t th sáng nh t trong vũ tr - cho n nay, toàn b năng lư ng gi i phóng và b n ch t c a ph năng lư ng cao v n chưa h ư c o lư ng. Các năng lư ng c c tương t ư c t o ra trong nh ng thiên hà ho t ng khi v t ch t ư c gia t c lên nh ng m c năng lư ng tương i tính trong m t tia v t ch t c p ngu n b i m t l en siêu tr ng, phát ra tia gamma v i công su t tương ương v i công su t c a toàn b các sao trong toàn b thiên hà trên t t c bư c sóng. Cho n nay, các máy dò tia gamma v n chưa có kh năng o ư c các phát x hay bi n i cao này m c chi ti t trên nh ng kho ng th i gian dài, nhưng GLAST s cho phép chúng ta nhìn vào nh ng dòng v t ch t này, do ó ti t l thành ph n và ng l c c a chúng. Ngoài vi c nghiên c u nh ng quá trình thiên văn v t lí này, nh ng kho ng cách và năng lư ng c c do GLAST kh o sát s cho phép chúng ta nghiên c u m t vài lĩnh v c trong v t lí h c cơ s . M t cơ h i như th ư c mang l i b i n n vũ tr tia gamma khu ch tán – m t ám m nh t c a tia gamma giga electron-volt mà các nhà lí thuy t hi n nay gán cho các t thác phát ra t các ngu n tia gamma tera electron-volt xa, các tia vũ tr năng lư ng c c cao, và c b c x 55 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Hawking phát ra b i các l en nguyên th y, trong s nh ng ý tư ng có tính suy oán khác (ngoài lí thuy t không hay hơn là chúng phát sinh t s phân b không rõ ràng c a các ngu n tia gamma giga electron-volt). Nh s nh y c a nó v i tia gamma có năng lư ng dư i kho ng 10 GeV, chúng truy n qua vũ tr mà không b c n tr vì chúng không m t năng lư ng do tương tác v i các photon h ng ngo i, quang h c và t ngo i phát ra b i các sao, GLAST s cho phép các nhà lí thuy t ch ng các l i gi i thích v n n tia gamma. Lĩnh v c v t lí cơ b n th hai mà GLAST s ưa chúng ta vào nghiên c u liên quan t i m t trong nh ng nghi v n cơ b n nh t trong vũ tr h c: ngu n g c và s phân b c a v t ch t t i. M t dòng lí thuy t quan tr ng tiên oán s t n t i c a các h t n ng tương tác y u, hay các WIMP. Trong a s mô hình, các h t WIMP có l phân h y theo c p, t ó sinh ra các h t năng lư ng cao, trong ó có tia gamma. GLAST có th có kh năng phát hi n ra b c x phát ra t nh ng s ki n phân h y này trong v ng hào quang thiên hà, mang l i thông tin vô song v v t ch t t i. Nhi u ch đ i và trông ngóng S trông i c a chúng ta i v i GLAST là c c kì cao, d a trên cái chúng ta ã h c ư c t nh ng s m nh không gian trư c ây trong thiên văn h c tia gamma. V ti n b i i v i GLAST – thí nghi m EGRET c a NASA – ã phát hi n 271 ngu n tia gamma, trong ó có hơn 70 thiên hà ho t ng và 6 pulsar, nh ó thúc N to l n s hi u bi t c a chúng ta v b u tr i tia y gamma năng lư ng cao. Nhưng chưa n m t n a s ngu n EGRET liên quan rõ ràng v i các v t th ã bi t, l i nhi u câu kích thích trí tò mò cho GLAST th gi i quy t. GLAST ư c thi t k cho ho t ng trong 5 năm và có l kéo dài ít nh t 10 năm, b sung cho m t th h m i các máy dò t trên m t t ã i vào ho t ng trong vài năm qua. V i th t nhi u thông tin m i v vũ tr ư c ti t l , và v i chính sách NASA, toàn b s li u GLAST s ư c s d ng chung. Các công c phân tích cũng s ưa ra công khai, nh ó t i a hóa s áp tr khoa h c c a s m nh. Chúng ta trông i GLAST có tác ng to l n lên nhi u lĩnh v c thiên văn v t lí h c. M t s trong này ã ư c phác h a ây, nhưng cái h p d n là s b t ng : v i chút may m n, n n khoa h c GLAST không h ư c nghĩ t i t trư c n nay. GLAST, ư c thi t k và ch t o b i s h p tác qu c t c a các nhà v t lí năng lư ng cao và các nhà thiên văn v t lí, g m hai máy dò: Kính thiên văn Di n tích l n (LAT) và Màn hình Bùng phát GLAST (GBM). Trong máy dò th nh t, ó là s c i ti n ch t r n trên công ngh bu ng tia l a i n s d ng b i máy dò EGRET trư c ây trên ài quan sát Tia gamma Compton trên không gian c a NASA, tia gamma s nã vào m t l p ch t m t cao và sinh ra m t c p electron-positron. Hư ng c a tia ó có th xác nh b ng cách l n theo qu o c a electron và positron b ng máy dò d i silicon chính xác cao. M t máy dò c l p khác, m t nhi t lư ng k , m các h t sinh ra trong cơn mưa i n t sau ó, t ó mang l i s o c a năng lư ng tia gamma ban u. Xung quanh máy dò l n v t tích là m t l p b c m bi n h t tích i n, tín hi u phát ra t ó s cho phép tia gamma ư c phân bi t v i “cơn mưa” l n hơn nhi u c a các h t tích i n g p 56 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
trong qu o. Ngoài vi c có kh năng phát hi n ra tia gamma trong ngư ng 20 MeV -300 GeV, LAT còn có m t trư ng nhìn r t r ng: nó b t ư c kho ng 20% b u tr i tia gamma t i m i th i kh c và có th kh o sát toàn b b u tr i trong m i ba gi (hai vòng quay qu o). i u này c bi t quan tr ng trong vi c quan sát vũ tr tia gamma hay bi n i cao . M t máy dò trong không gian Thi t b chính kia c a GLAST, GBM, có trư ng nhìn r ng như th nên nó s có th phát hi n ra các v bùng phát tia gamma t hơn hai ph n ba b u tr i t i m i th i i m, vì th nh n ra các v trí cho quan sát ti p theo b i LAT. GBM g m hai b máy dò: m t tá b c m bi n sodium- iodide và hai b c m bi n bismuth-germanate hình tr . Khi tia gamma tương tác v i các máy dò k t tinh này, chúng sinh ra các lóe ánh sáng kh ki n, và t c m tương i trong các máy dò tách xa nhau có th dùng suy lu n ra v trí c a các t bùng phát tia gamma trên b u tr i. GBM ho t ng trong ngư ng năng lư ng th p hơn LAT – nó có th phát hi n các tia gamma xu ng t i kho ng 8 keV – nghĩa là cùng v i nhau, hai thi t b mang l i m t trong nh ng ngư ng dò tìm năng lư ng r ng rãi nh t c a b t kì v tinh nào t ng ư c ch t o. Ngu n: GLAST goes for blast-off Julie McEnery, Steve Ritz, và eil Gehrels (Trung tâm Bay Không gian Goddard, ASA) (Physics World, tháng 5/2008) hiepkhachquay d ch An Minh, ngày 02/05/2008, 21:00:06 57 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay