Odnaleźć brakującą materię – rozmowa z dr hab. Agatą Różańską

Trwają prace nad budową teleskopu Athena, w której biorą również udział polscy inżynierowie kosmiczni. Teleskop Athena, którego zadaniem jest obserwowanie promieniowania rentgenowskiego w kosmosie ma się przyczynić do określenia ilości materii we Wszechświecie.

Promieniowanie X wykorzystujemy w wielu dziedzinach życia i nauki już od dawna. Jakie zastosowania ma w obserwacjach astronomicznych?

dr hab. Agata Różańska: Na Ziemi nie mamy naturalnych źródeł promieniowania rentgenowskiego. Aby takie promieniowanie wytworzyć potrzebujemy na przykład użyć lampy rentgenowskiej. Roentgen pokazał, jak możemy używać tego promieniowania do badania budowy struktury materii – zarówno naszego ciała, jak i struktury atomu. Natomiast w kosmosie mamy do czynienia z naturalnymi źródłami rentgenowskimi. Znajdują się tam olbrzymie połacie rozgrzanego gazu, które świecą promieniami X. My to promieniowanie rejestrujemy i zastanawiamy się, jakie procesy prowadzą do powstania tych źródeł.

I jakie są wnioski?

Jest to przede wszystkim bardzo rozgrzany gaz o temperaturze rzędu milionów Kelwinów – to wielokrotnie więcej niż temperatura powierzchni gwiazd.

Czy promieniowanie X z kosmosu dociera do nas?

Mamy to szczęście, że atmosfera całkowicie wycina promieniowanie rentgenowskie i nie dociera ono do powierzchni Ziemi. Jak wiemy już promieniowanie ultrafioletowe, które jest mniej energetyczne niż rentgenowskie, jest dla nas promieniowaniem jonizującym i bardzo niebezpiecznym. Co dopiero promieniowanie rentgenowskie – jeszcze bardziej niebezpieczne, jeszcze bardziej energetyczne. Jednocześnie mamy przeszkodę w badaniu Wszechświata – naszą atmosferę, która chroni nas przed promieniowaniem, ale i nie pozwala nam obserwować kosmosu z Ziemi. Musimy zatem budować urządzenia, które wysyłamy na orbitę i dopiero wtedy widzimy kosmos w promieniach X.

Od jak dawna prowadzone są takie obserwacje?

Dziedzina astronomii rentgenowskiej miała szansę rozwinąć się dopiero po wojnie, gdy nauczyliśmy się wysyłać w przestrzeń kosmiczną odpowiednie urządzenia pomiarowe.

A co można określić mianem największego odkrycia?

Największym odkryciem, zwieńczeniem którego była Nagroda Nobla, było odkrycie pierwszego źródła rentgenowskiego Scorpius X-1. To najjaśniejsze źródło promieniowania X poza Układem Słonecznym. Za determinację w budowie detektora, wysłaniu go w przestrzeń kosmiczną i zaobserwowanie tego źródła Nagrodę Nobla przyznano dopiero w 2002 roku, a odkrycie miało miejsce 40 lat wcześniej.

Odnalezienie pokładów gorącego gazu w centrach galaktyk oraz centrach gromad galaktyk, których jest bardzo dużo było przełomem. Okazuje się, że prawie połowa materii we Wszechświecie uwięziona jest w formie takiego gorącego gazu.

Do obserwacji promieniowania X posłuży ATHENA. Co to takiego?

ATHENA będzie dużym teleskopem kosmicznym nowej generacji do badania promieniowania wysokoenergetycznego. Promieniowanie rentgenowskie jest właśnie promieniowaniem fotonów o bardzo wysokich energiach. Prawie każdy element, który zarejestruje promieniowanie X na pokładzie tego teleskopu będzie zbudowany przy użyciu najnowocześniejszych technologii.

Jaki problem pomoże rozwiązać teleskop ATHENA?

Z jednej strony przewidujemy obraz i kształt naszego Wszechświata. Teoretycy próbują prześledzić, jak ewoluował Wszechświat i jak się rozwijał do stanu obecnego. Przewidujemy jakąś zawartość materii we Wszechświecie, określając to jako gęstość materii, którą obserwujemy. Z drugiej strony prowadzimy kampanie obserwacyjne zliczające tę materię. Okazuje się, że to zliczanie nie pasuje do przewidywań teoretycznych – ciągle policzyliśmy za mało tej materii. Nadal nie widzimy wszystkiego, co przewidują modele matematyczne. I właśnie ATHENA poprzez obserwacje niewidzialnego gołym okiem promieniowania rentgenowskiego ma tę brakująca materię dodać do bilansu znanej materii. ATHENA ma wyjaśnić problem brakującej materii w kosmosie, czyli tak zwany problem brakujących barionów.

Jaki udział będą mieli Polacy?

Udział Polaków jest bardzo znaczący. Gdy usłyszałam, że Europejska Agencja Kosmiczna zaakceptowała projekt teleskopu, skontaktowałam się z grupą naukowców i zaproponowałam, że Polacy też mogą zbudować elementy satelitarne do teleskopu ATHENA. W tej chwili budujemy cztery takie elementy do dwóch instrumentów: zasilacze do obydwu instrumentów, system zmiany filtrów oraz pokrywę do jednego z detektorów. To co ja robię aktualnie to na przykład symulacje komputerowe, w których pokazuję, jaką jakość obserwacji można będzie osiągnąć przy pewnych z góry założonych źródłach rentgenowskich.

Kiedy teleskop rozpocznie swoje obserwacje?

W tym roku powstanie dokument z projektami wszystkich elementów teleskopu, budowa rozpocznie się w 2019-2020 roku, a w 2028 ma odbyć się wyniesienie satelity na orbitę. W pracach bierze udział około 1000 naukowców z ponad 10 krajów.

Życzę powodzenia!
 

Rozmawiał Dominik Roszkowski
data publikacji: 9 stycznia 2018