Medijski i kulturološki zatrpani smo vestima sa zapada: muzika, filmovi, sportovi, reklame, i zašto ne reći moralom, vaspitanjem, vrednosnim sistemom itd. Nauka i tehnika su samo kolateralna šteta: možeš danima da listaš programe i čekaš da pročitaš da se igde išta dešava u svetu, pa čak i u zemljama koje su evidentne sile kao što su Kina, Rusija, Indija ili Japan, a da ne pominjem ostale zemlje. Ponekad mi se čini da se nigde niko na svetu ne bavi zanimljivim istraživanjima sem Amerikanaca i još pokoga. A nije tako, pa zato često i pišem o drugim zemljama i njihovim projektima i delima. Evo jednog meni zanimljivog:
Moskovski državni univerzitet 'Lomonosov'.
Iako daleko iznad proseka za moju struku, godine i znanje pratim nauku a posebno astronomiju, nikad nigde nisam pročitao ni slovo o jednom projektu koji svakako zaslužuje i više od jednog slova – makar jednu priču u AM. Radi se o globalnom setu teleskopa-robota Moskovskog državnog univerziteta 'Lomonosov'[1]
Mali optički teleskopi sistema MASTER (rus. МАСТЕР, Мобильная Астрономическая Система ТЕлескопов-Роботов) smešteni u različitim delovima Zemlje, ujedinjeni u robotsku mrežu, danas pomažu astronomima iz različitih zemalja da proučavaju procese koji prate sudare neutronskih zvezda i crnih rupa, kao i termonuklearne baklje na belim patuljcima. I sve to Сделано в России (Proizvedeno u Rusiji).
Pre dva veka, dok su noćima bdeli, astronomi su pokušavali da teleskopima uoče i najmanje promene u dobro poznatom obrascu sazvežđa. Tako je francuski astronom Charles Messier iz XVIII veka tražio nove komete – slabe, maglovite mrlje koje se skoro neprimetno kreću nebom. Godine 1774. obavio je katalog sa 110 maglovitih formacija. Kako se mnogo kasnije pokazalo, poznati Messierov katalog uključivao je komete, međuzvezdane magline gasova i prašine (npr. M8 Lagoon), planetarne magline (npr. M27 Dumbbell Nebula), pa čak i druge galaksije, uključujući najbližeg suseda Mlečnog puta – galaksiju M31, poznatu kao Andromedina maglina.
Stoleće kasnije, u astronomiju je na velika vrata ušla fotografija. Fotoosetljivost fotografskih ploča bila je niska, pa su stoga ekspozicije u početku bile ogromne – jedna fotografija je snimana nekoliko sati pa i duže. Neretko se događalo da tokom noći nisu stizali da završe snimanje i pa su sledeće noći morali da nastave ono što su započeli. Prvu fotografiju magline iz Messierovog kataloga (M42, maglina Orion) objavio je Henry Draper 1880. godine.
A kako bi otkrili zvezde klase novih koje su se iznenada pojavljivale na nebu, smislili su stroboskopsku metodu. Dvaput bi fotografisali istu regiju neba, a zatim bi oba negativa ubacili u poseban aparat, sličan modernom aparatu za gledanje slajdova. Negativi bi se nekoliko puta brzo smenjivali. Ako bi se na drugom negativu pojavila zvezdica koje nije bilo na prvom, tada se činilo da ona 'žmirka'. Uočivši zvezdu koja žmirka, astronom bi ushićeno ukapirao: Bljesnula je nova!
Za proučavanje slabijih zvezda bilo je potrebno prikupiti više svetla, pa se stoga povećala veličina ogledala teleskopa. Najveći teleskop u prvoj polovini XX veka bio je Palomarski teleskop sa prečnikom ogledala od 5 metara, a u drugoj polovini najveći je postao onaj na Severnom Kavkazu[2] sa ogledalom od 6 metara. Sada se najveći teleskop nalazi na Kanarskim ostrvima (Gran Telescopio Canarias), sa prečnikom ogledala od 10,4 metra. No, za nekoliko godina u službu će ući evropski ekstremno veliki teleskop (Extremely Large Telescope, ELT) čije će glavno ogledalo imati prečnik od 39,3 metra. Teleskop će biti instaliran u Čileu, na vrhu planine Cerro Armazones, na visini od 3060 metara.
ELT u poređenju sa VLT teleskopom u Čileu i Koloseumom u Rimu.
Divovski teleskopi mogu da promatraju vrlo slabe zvezde i vrlo udaljene galaksije, ali imaju značajan nedostatak: izuzetno malo vidno polje – vidljivo područje neba. Što je ogledalo veće, to je manje zvezda vidljivo kroz okular i manje ih ima na fotografskoj ploči.
Taj problem je rešen sredinom XX stoleća izumom novih sredstava za obradu slike. Prva revolucija u astronomiji dogodila se kada je fotografska ploča zamenila ljudsko oko. Drugi – kada su fotografske ploče zamenjene fotoumnožiteljima elektrona i najboljim sredstvom za prikupljane informacija – CCD matricama(CCD, charge-coupled device). CCD su 1969. izumili Willard Boyle i George Smith iz 'Bell' laboratorija. Četrdeset godina kasnije nagrađeni su Nobelovu nagradu za svoj izum.
CCD-i se danas koriste u digitalnim fotoaparatima i mobilnim telefonima, a u astronomiji se koriste za opažanja o kojima se sredinom prošlog veka nije ni sanjalo. Ako je 'pre revolucije' za promatranje zvezde od 19.-20. magnitude bio potreban teleskop s ogledalom od 5 metara, onda je uz korištenje CCD matrica postao dovoljan teleskop sa ogledalom od samo 40-60 cm, što je vrlo malo po današnjim standardima. Vidno polje takvog teleskopa pokriva nekoliko kvadratnih stepeni, odn. istovremeno možete da promatrate hiljade zvezda do 20. magnitude! Moderna računarska tehnologija omogućuje obradu ovog ogromnog materijala za promatranje u realnom vremenu.
Pokazalo se da mali teleskopi opremljeni CCD-ovima i računarima imaju ogromne mogućnosti. Oni ne samo da mogu da promatraju mnogo slabije objekte nego ranije, već i detektirati objekte koji se kreću i brzo menjaju sjaj, kao što su asteroidi i kratke optičke baklje, čija su opažanja vrlo važna za astrofiziku relativističkih objekata: neutronskih zvezda i crnih rupa.
Pokazalo se da su 40-santimetarski (f/2,5) teleskopi-reflektori sa 16-megapikselnim CCD-matricama odlični za otkrivanje kvazara koji imaju oko 20. zvezdane veličine.
Potrebni teleskopi: više je bolje
Jedan od američkih satelita 'Vela'[3] zabeležio je 2. jula 1967. čudan bljesak gama zračenja iz dubina kosmosa. Kako su godine prolazile, broj kosmičkih gama izvora već se popeo na stotine. Neke baklje su trajale minutima, neke su se ugasile za sekundu, ali je njihova fizička priroda ostajala nepoznata.
Teoretičari su izneli dve glavne hipoteze za poreklo rafala tvrdog zračenja. Prema prvom, javljaju se u blizini crne rupe, koja se nalazi u binarnom zvezdanom sistemu, gde je druga zvezda 'obična'. Zvezda gubi svoju maretiju, a crna rupa je zarobljava. Oko crne rupe se stvara rotirajući disk vrele plazme, gde se s vremena na vreme javljaju kratki rafali zračenja. U ovom slučaju, izvor zračenja se nalazio u našoj Galaksiji, na udaljenosti od nekoliko hiljada svetlosnih godina. Prema drugoj hipotezi, izvor bljeska je supermasivna crna rupa koja se nalazi u središtu druge galaksije na udaljenosti merenoj milionima ili čak milijardama svetlosnih godina, a oslobođena energija bi tokom bljeska trebalo da bude uistinu ogromna.
Za izbor između hipoteza, neophodno je identifikovati prasak gama zraka s objektom vidljivim u drugom dijapazonu: sa kvazarom (aktivnim galaktičkim jezgrom) ili bliskim binarnim sistemom. Tada će postati jasno kojoj od dve hipoteze dati prednost. Ali kako se to može učiniti ako detektori rentgenskih i gama zraka još uvek imaju nisku rezoluciju? Netočnost u određivanju koordinata bljeska je tolika da se hiljade galaksija, zvezda i zezdanih sistema uklapaju u 'područje greške'.
U idealnom slučaju, poželjno je promatrati optički bljesak iz istog izvora istovremeno sa praskom gama zraka, budući da se koordinate objekata u optičkom rasponu određuju s vrlo velikom točnošću. Međutim, prvi put je bilo moguće istovremeno promatrati optički i rendgenski bljesak tek 1997. – trideset godina nakon otkrića prvog bljeska gama zraka!
Zašto je bilo potrebno čekati tako dugo? Postoji mnogo razloga. Npr., satelit je zabeležio prasak gama zraka u delu neba koji optički teleskop u tom trenutku nije mogao da promatra, jer na mestu promatranja nije noć već dan ili je loše vreme. Stoga bi bilo lepo imati ne jedan teleskop, već nekoliko – što više, to bolje – smeštenih u različitim delovima planete na obe hemisfere.
Takav sistem teleskopa mogao bi kontinuirano da patrolira nebeskom sferom u potrazi za 'opasnim asteroidima' i optičkim bljeskovima – novim zvezdama i supernovama. I bilo bi lepo povezati sve teleskope sa zajedničkim sistemom upravljanja i razmene informacija.
Snimak komete C/2014 Q2 (Lovejoy) uz pomoć releskopa-robota MASTER, lociranog u blizini Bajkala.
'Mašina za scenarije' je napravljena. Šta je sledeće?
Da biste ispravno sprovodili osmatranja, morate da na pravi način postavite zadatak. Kada se ukazala prilika za izgradnju sistema malih širokougaonih teleskopa, pravi zadatak je već bio postavljen. Osamdesetih godina prošlog veka dvoje mladih naučnika Šternbergovog Državnog astronomskog instituta (rus. Государственный астрономический институт имени П. К. Штернберга, ГАИШ МГУ) Viktor Kornilov i Vladimir Lipunov radili su na stvaranju računarskog programa s kojim bi bilo moguće simulirati mnoge varijante evolucije bliskih binarnih zvezdanih sistema.
Za proračun su odabrani ne samo 'uobičajeni' početni parametri, kojih je većina, već i oni najegzotičniji. Takođe su izračunali koliko se sudara dve neutronske zvezde nastalih tokom evolucije bliskih binarnih sistema može dogoditi u Galaksiji svake godine. Dobivši procenu učestalosti takvih događaja, došli su do još zanimljivijeg problema: Šta se događa ako se dve neutronske zvezde doista sudare? Jedan od zaključaka je bio očit: najverovatnije bi trebalo da nastane crna rupa.
Da, ali koji će se fizički efekti pojaviti kada se sudare neutronske zvezde? Može li se takav proces promatrati? Uostalom, u teoriji, kada se neutronske zvezde spoje, oslobodiće se ogromna energija, a sam proces bi trebalo da traje vrlo kratko. Dakle, biće sjajan bljesak koji bi trajao par sekundi ili možda minuta. I tada bi mogli da promatramo brzo raspršivanje izbačene materije zagrejane do ogromnih temperatura. Ova bi materija emitovala nenormalno zračenje – barem u prvim danima ili nedeljama. Pokazalo se da je scenario sudara dve neutronske zvezde vrlo sličan već poznatim bljeskovima gama zraka koje je bilo tako teško povezati s optičkim objektima.
'Mašina za scenarije' – kako su Kornilov i Lipunov nazvali program koji su stvorili – predvidio je da se u Galaksiji neutronske zvezde sudaraju, najverovatnije, jednom u deset hiljada godina. Blago rečeno, ne baš često. Ali bljesak je vrlo svetao i, prema proračunima, može da se primeti čak iako se sudar neutronskih zvezda dogodi milionima svetlosnih godina daleko van Galaksije. Ako ispitamo zapreminu prostora u kojem se nalazi deset hiljada takvih galaksija, ispada da će jednom godišnje, barem negde, doći do sudara! No, da bi takav bljesak bio sigurno detektovan, potrebno je kontinuirano posmatrati čitavo nebo do udaljenosti od 60 miliona svetlosnih godina. Unutar sfere ovog poluprečnika, prema proračunima, nalazi se 10-ak hiljada galaksija.
Tako su se spojili interesi teorijskih astrofizičara i najnovijih praktičnih dostignuća promatračke astronomije. Zamislite sistem malih širokougaonih teleskopa sa CCD-ovima koji se nalaze na različitim delovima planete i imaju zajedničku kontrolu (moderna računarska komunikacija to dopušta). Oni po komandi mogu da zajednički započnu promatranje željenog područja neba. Šta više, čitav sistem može da se automatizuje. Za operatera koji se nalazi, naprimer, u Moskvi, dovoljno je da postavi nebeske koordinate, a teleskop, koji se nalazi u željenom delu Zemlje, gde je trenutno vidljivo ovo područje neba, 'sam' će se okrenuti ka cilju, sprovesti seriju promatranja i napraviti slike i spektre. Računar će obraditi te podatke i dobiti rezultate koje će astrofizičari moći da razumeju i protumače. Možda će imati sreće i doći do otkrića.
Upravo gradnju takvog sistema teleskopa predložio je Vladimir Mihajlovič Lipunov, ruski astrofizičar, profesor Moskovskog državnog univerziteta, doktor fizikalnih i matematičkih nauka. Isti onaj Lipunov, koji je 80-ih stvorio 'Mašinu za scenarije' sa Kornilovim i izračunao učestalost sudara neutronskih zvezda u Galaksiji. Teoretičar je postao praktičar.
Vladimir Mihajlovič Lipunov (1952), astrofizičar, profesor univerziteta, doktor nauka i pisac SF. Ruska globalna robotska mreža teleskopa MASTER, čiji je on idejni otac, otkrila je novi, prema ruskim novinskim agencijama, potencijalno opasan asteroid za Zemljane, veći od već svetski poznatog NEA asteroida (99942) Apophisa. Novi asteroid je nazvan 2014 UR116.
Sistem teleskopa...
Međutim, zamišljeni sistem je zahtevao znatna sredstva, koja u početku nisu bila dostupna. Entuzijasti su morali da potraže privatnog sponzora, a to je bio general-pukovnik Saša Krilov, koji je izgradio privatnu opservatoriju u blizini Moskve. Tamo je 2002. godine postavljen prvi teleskop budućeg sistema pod nazivom MASTER (pokretni automatski sistem robotizovanih teleskopa). Već u prvim pregledima neba astrofizičari su zabeležili optičko zračenje snažnog praska gama zraka GRB 021219 (prvo zabeleženo u riltajmu), a otkrili su i aktivnu supernovu SN2005bv, prvu koju je otkrila Rusija...
Teleskop se nosio sa zadacima, ali je bio sam, pa su stoga mogućnosti promatranja ostale ograničene. Za izgradnju novih teleskopa bila su potrebna dodatna sredstva. Do 2008. godine pokrovitelj projekta bio je S.M. Bodrov, generalni direktor OAO 'Moskovskog udruženja 'Optika'', a zatim se pridružila i država. Teleskopi koje je razvio tim MASTER počeli su da se proizvode u kompaniji 'Optika', a robotski sistem je dopunjen s pet novih instrumenata. Osim moskovske regije, teleskopi su postavljeni u blizini Blagovješćenska, Irkutska, Kislovodska, na Krimu i u Kourovskoj opservatoriji Uralskog državnog univerziteta.
Kislovodska MASTER opservatorija je zapravo filijala Pulkovske opservatorije Akademije nauka. Nalazi se u Čerkeziji na visini od preko 2000 metara i imapreko 1300 noćnih vedrih časova godišnje. Pored MASTER opreme, poseduju solarne optičke instrumente, radioteleskope i kamere.
Sistem je dosegao kvalitativno nov nivo: šest potpuno automatizovanih robotskih teleskopa sposobnih da se vrlo brzo (za samo 50 sekundi) koncentrišu na zadato područje neba i započne sinhrono snimanje s različitim svetlosnim filterima i različitim uglovima polarizacije. Sistem je mogao da radi potpuno automatski, ali je ljudski promatrač u svakom trenutku imao priliku da preuzme kontrolu i menja parametre promatranja putem interneta.
Međutim, V.M. Lipunov je s pravom smatrao da su teleskopi smešteni, iako udaljeni jedan od drugog, ali ipak samo na severnoj hemisferi, te da nisu dovoljni za sprovođenje planiranog istraživanja. Bili su mu potrebni i teleskopi na južnoj hemisferi. Uskoro su napravljeni i takvi teleskopi. Do 2015. robotski sistem je nadopunjen sa još tri teleskopa: 2012. je instalirana ultraširokougaona kamera u Argentini, 2014. je počeo da radi teleskop u Južnoj Africi, a godinu dana kasnije na Kanarskim ostrvima. Danas je MASTER najsloženiji automatski sistem širokougaonih i ultraširokih teleskopa, opremljen najsavremenijom opremom, sposoban da obradi do nekoliko terabajta informacija svaki dan.
MASTER: Pogled unutra
Ogledalsko-sočivni teleskopi sistem MASTER čine ogledala prečnika 40 cm i žižine daljine 1 metar. Svaki teleskop je zapravo dvostruki. Dvije identične cevi nalaze se na instalaciji paralelno jedna s drugom, ali se po komandi mogu da 'razilaze' za nekoliko stepeni. Vidno polje svake cijevi je 4 kvadratna stepena, ali ako se smer cevi malo promeni tako da pokrivaju različita područja neba, tada se ukupno vidno polje udvostručuje i doseže 8 kvadratnih stepeni.
Teleskopi su opremljeni ne samo konvencionalnim širokougaonim kamerama sa vidnim poljem od 4 kvadratna stepena, već i ultraširokougaonim kamerama MASTER VWF (Very Wide Field). Uz pomoć takvih kamera nećemo videti blede zvezde, ali je vidno polje toliko veliko (400 kvadratnih stepeni!) da možemo da uočimo mnogo sjajnih baklji, a zatim kameru sa užim vidnim poljem usmeriti ka željenom području neba i provesti pouzdano promatranje objekta mereći njegov sjaj do 20. magnitude.
Teleskopi automatski prate sve što se događa u svemiru – sve što se kreće, treperi, gasi, menja sjaj. Samo jedan do dva minuta nakon što svetlosni zrak udari u CCD, operater dobija potpunu informaciju o svakom od hiljada promatranih objekata, uključujući podatke o prethodnim promatranjima tih objekata na svim teleskopima uključenim u sistem. Šta više, operater dobija linkove na sve naučne radove o svakom od promatranih objekata, ikada objavljene u katalozima i recenzijama međunarodnih data centara!
Nakon toga, nastupa vreme je za objašnjenja i rasprave, hipoteze i teorije. Štafeta prelazi sa posmatrača na teoretičare koji stvaraju fizički utemeljene modele pojava, a još jedan kamen znanja uredno je postavljen u veliku sliku kosmosa.
Trenutno, robotski sistem MASTER ima devet teleskopa (u stvari, dvostruko više, budući da su teleskopi upareni), a izgradnja se nastavlja. Sastav je povezan sa internetom i stoga, čim se negde u drugim opservatorijama ili kosmičkim letilicama otkrije jak bljesak u bilo kojem rasponu spektra od radija do gama, informacije o njemu se odmah šalju u njegovu bazu podataka. Glavna stvar su koordinate bljeska, merene sa najvećom mogućom preciznošću. Onaj teleskop, koji odmah može da započne promatranje, započinje posao i prikuplja maksimalne informacije o sjaju, raspodeli energije u različitim područjima spektra i drugim karakteristikama. Ti se podaci odmah putem interneta prenose u sve opservatorije u svetu, a teleskopi, uključujući i najveći, usmeravaju objektive u željeno područje neba.
Naravno, MASTER nije jedini sistem robotskih teleskopa na svetu. Slični robotski sistemi malih teleskopa izgrađeni su u SAD, Turskoj, Australiji, Južnoj Africi i među njima postoji međunarodna saradnja. Kao rezultat toga, logično je da se povećavaju mogućnosti svakog sistema.
Šta MASTER vidi?
Od samog početka, glavni zadatak robotskog teleskopskog sistema bio je detektovanje bilo kakvog optičkog bljeska. Obične zvezde takođe mogu da planu – npr. nestabilni patuljci koji se nazivaju kataklizmičkim variablama. Prenos materije u binarnom sistemu sa obične zvezde na belog patuljka dovodi do vrlo intenzivnog bljeska koja traje nedeljama ili čak mesecima. Tada se na nebu pojavljuje nova zvezda koja postupno bledi do svog pređašnjeg sjaja. MASTER je takođe promatrao eksplozije supernovih u drugim galaksijama i promene u sjaju promenjivih zvezda, komete koje se kreću nebom i asteroide koji još nisu katalogizovani, uključujući one koji proleću na relativno maloj udaljenosti od Zemlje.
Takvi se asteroidi smatraju opasnima, pa se njihove orbite moraju brzo i tačno izračunati – uostalom, nije isključeno da se neki od tih asteroida jednog dana zabije u Zemlju i uzrokovuje katastrofu. Dobro je ako se opasan asteroid otkrije na što većoj udaljenosti – ima vremena za izračunavanje orbite. Ali događa se da asteroid male mase postane vidljiv kada do njegovog proletanja pored Zemlje (na sreću samo pored!) preostane svega nekoliko sati. Do sada su se potencijalno opasni asteroidi približavali našoj planeti na udaljenosti od nekoliko desetaka hiljada kilometara. Ali opasnost od pada postoji, pa stoga sve širokougaone astronomske kamere pažljivo pretražuju prostranstvo u potrazi za nebeskim kamenjem koje bi moglo da uništi život na planeti ...
Tokom godina, MASTER je otkrio mnoge optičke baklje povezane sa bujicom gama zraka, a njihov broj je premašio hiljadu. Algoritam rada je proveren na primeru snažnog praska gama zraka koji se dogodio 25. juna 2016. u 22 sata 40 minuta 16 sekundi po univerzalnom vremenu[4].
Baklju je zabeležila američka kosmička opservatorija 'Fermi'. Uskoro je informaciju o bljesku primio teleskop MASTER na Tenerifima, nakon još 26 sekunde kasnije, teleskop je već ciljao na područje neba gde je uočen prasak gama zraka. Ovo područje je veliko, jer opservatorije gama zraka ne mogu s velikom preciznošću da odrede koordinate objekata. I zato je teleskop upotrebio kamere ultraširokog vidnog polja.
Prošlo je još 105 sekundi, a 'Fermi' je otkrio još jedan, mnogo snažniji prasak gama zraka u istoj regiji neba. Pokazalo se da je prethodni bio samo nagoveštaj glavnog praska gama zraka, a ovoga puta 'Fermi' je mnogo preciznije odredio koordinate. U to vreme (napomena – radilo se o sekundama!) promatranjima se pridružio i teleskop MASTER-Tavrida na Krimu. Upravo je ovaj teleskop u 22 sata 44 minute 30 sekundi UT primio prve slike optičkog bljeska.
Sistemom MASTER otkriveno je preko hiljadu ipo optičkih baklji.
Od prvog bljeska (predznaka) prošlo je samo 4 minuta i 16 sekundi! Nikada ranije u istoriji astronomije nije bilo moguće tako brzo i pouzdano povezati prasak gama zraka s optičkim objektom.
Ali to je, naravno, bio tek početak pravog istraživanja. Da, objekt je identifikovan, ali je sada bilo potrebno pratiti kako će se menjati optički sjaj tokom vremena. Još teži zadatak: izmeriti polarizaciju optičkog zračenja. Prema stepenu polarizacije mogao se doneti zaključak o fizičkoj prirodi objekta. Prvi put u istoriji je teleskop na Krimu odredio takođe i ovu vrednost.
Nakon toga, kada je baklja zamrla i podaci o njoj bili u potpunosti obrađeni, pokazalo se da se bljesakgama zraka, nazvan GRB 160625B, dogodio tokom snažne eksplozije u području crne rupe u sazvežđu Delphinus na udaljenosti od oko devet milijardi svetlosnih godina od Zemlja. Eksplozija se dogodila kada se crna rupa tek obrazovala. Rotirala je vrlo brzo, energija rotacije je prelazila u energiju elektromagnetnog polja, koje je, zauzvrat, ubrzavalo elementarne čestice do brzina vrlo bliskih brzini svetlosti. Takve se čestice nazivaju ultrarelativističkim[5]. One stvaraju dva usko usmerena mlaza ('džeta') u dva suprotna smera. Upravo u džetovima dolazi do izbijanja gama zraka. Koliko su snažne te eksplozije može se prosuditi po tome što se promatraju s udaljenosti od više milijardi svetlosnih godina!
Došlo je do sudara!
U leto 2017. MASTER je došao do otkrića koje su mladi moskovski astrofizičari predvideli pre gotovo trideset godina dok su razvijali 'Mašinu za scenarije'. Govorimo o sudaru dve neutronske zvezde.
Godine 1987. u Moskvu je došao Kip S. Thorne (1940), nobelovac i jedan od najpoznatijih stručnjaka za crne rupe. Prisustvovao je seminaru u Šternbergovom Državnom astronomskom institutu, gde se upoznao sa izračunavanjem učestalosti spajanja neutronskih zvezda.'Ali ovo je učestalost talasa gravitacionog zračenja!' – uzviknuo je Thorne – i bio je u pravu.
Evo u čemu je stvar. Kada se neutronske zvezde sudare, ne samo da dolazi do mlazeva gama zračenja, već se stvara i gravitacioni talas – snažno izobličenje prostorne strukture koje se širi brzinom svetlosti. To je zbog ogromnog gravitacionog polja neutronskih zvezda. U sudaru ono se menja vrlo brzo i vrlo snažno. Prema opštoj teoriji relativiteta, upravo bi u takvim procesima trebali da nastaju gravitacioni talasi, koje su fizičari bezuspešno pokušavali da zabeleže još od šezdesetih godina prošlog stoleća (Vladimir Borisovič Braginski[6]na Moskovskom državnom univerzitetu i Joseph Weber na univerzitetu Maryland u SAD). Instalacije sposobne da detektuju gravitacione talase nisu postojale kasnih osamdesetih, no Thorneu se ideja činila toliko obećavajućom da se 'zapalio' i uložio sve napore da projektuje i izgradi takvu opremu. U SAD je u leto 2002. puštena u rad 4 kilometara dugačka gravitaciono-talasna instalacija LIGO[7] (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Ubrzo je slična opservatorija 'VIRGO' izgrađena i u Italiji. Međutim, tek 2015. godine konačno su otkriveni gravitacioni talasi predviđeni opštom relativnošću sto godina ranije.
Opservatorija za gravitavione talase 'LIGO' je zapravo ogromni laserski interferometar. Četiri km međusobno udaljena ogledala su u stanju da detektuju promene manje od 10-hiljaditog dela prečnika protona! Talasi koje mere imaju talasne dužine od 43 km (7,0 KHz) do 10.000 km (30 Hz).
U 9 sati i 51 minutu UT 14. septembra 2015, dve LIGO instalacije – Livingstonu i Hanfordu – registrovale su talas gravitacionog zračenja. Izmerivši njegove parametre, fizičari su došli do zaključka da je gravitacioni talas nastao u sudaru dve crne rupe sa masama od 29 i 36 solarnih masa nekih 1,3 mld. svetlosnih godina od Zemlje. Za ovo otkriće Kip Thorne je 2017. dobio Nobelovu nagradu za fiziku. Teorija omogućuje procenu koliko će se energije u takvom događaju osloboditi u obliku gravitacionog zračenja, koliko će odneti neutrina a koliko elektromagnetnog zračenja u svim rasponima: od gama do optike i dalje.
Kad se binarne neutronske zvezde sudare, u optičkom rasponu bi trebalo da se oslobodi hiljadu puta više energije nego pri pojavi obične nove, ali mnogo manje nego u eksploziji supernove. Ovaj srednji, hipotetički, još neotkriveni fenomen, nazvan je 'kilonova' (kilo - 'hiljadu').
V.M. Lipunov i njegovi kolege su bili uvereni da nije daleko dan kada će instalacije LIGO i VIRGO detektovati gravitacioni talas od sudara neutronskih zvezda. A onda se neće može bez širokougaonih teleskopa-robota koji mogu da fiksiraju optički bljesak.
Optička baklja tokom sudara dve neutronske zvezde, snimljenog MASTER teleskopom u Argentini 17. avgusta 2017. godine.
Zvezdani trenutak ruskih robotskih teleskopa došao je 17. avgusta 2017. godine. U 12 sati 41 minutu 4 sekunde UT, obe gravitaciono-talasne instalacije zabeležile su nalet gravitacionog zračenja[8] označen kao GRB 170817A. Gravitacioni talas je po svojim karakteristikama odgovarao sudaru dveju neutronskih zvezda. Prošle su samo dve sekunde nakon udara gravitacionih talasa, kada su kosmičke opservatorije – američki 'Fermi' i evropski 'Integral' – 'uočile' prasak gama zračenja iz istog područja neba odakle su došli gravitacioni talasi. Robotski teleskopi su odmah počeli da traže optički objekt, a deset sati kasnije bilo je moguće najpre identificikovati prasak gama zraka sa galaksijom NGC 4993[9], a nešto kasnije u ovoj galaksiji pronaći optički objekt magnitude 17,5, koji ranije nije ni bio na zvezdanim kartama. Ovu zvezdu je 'ugledao' teleskop MASTER u Argentini. Ubrzo su i drugi teleskopi ovog sistema, kao i nekoliko američkih teleskopa, potvrdili otkriće.
Prvi put u istoriji astronomije, naučnici su promatrali sudar neutronskih zvezda, te zabeležili ne samo gravitaciono zračenje predviđeno opštom teorijom relativiteta, već i bljesak u nekoliko raspona elektromagnetnog spektra: gama, rendgenskom, ultraljubičastom, optičkom i infracrvenom. Pišući ovo, bilo mi je zanimljivo da se nigde – sem na ruskim sajtovima – ne pominje uloga ni ruskih naučnika ni teleskopi MASTER.
Galaksija NGC 4993 i kratak gama bljedsak GRB 170817A nastao sudarom dve neutronske zvezde. Snimak je napravio 'Habl'.
Prošao je samo jedan dan, a 18. avgusta astrofizičari (do tada su se mnogi teleskopi diljem sveta priključili promatranju usijane zvezde) uspeli su da izmere brzinu širenja ovojnice – oko sto hiljada kilometara u sekundi! Nestale su poslednje sumnje da je uočena kilonova. Činjenica je da se ovojnice običnih supernovih šire brzinom od 'svega' oko hiljadu kilometara u sekundi. Brzinom tri puta manjom od brzine svetlosti može da se širi jedino ovojnica koju je tokom sudara izbacila neutronska zvezda. Šta više, kada su dobijeni prvi spektri kilonove, oni su sadržavali ogroman broj emisionih linija širokog spektra, uključujući superteške, hemijske elemente. Takvi elementi nastaju upravo tokom sudara neutronskih zvezda i nigde drugde. Niko nikada nije zabeležio toliku raznolikost superteških elemenata ni u ovojnicama novih ni u ovojnicama supernovih. Sjaj kilonove se smanjivao kako se ovojnica širila, a nakon tri dana zvezdica je nestala, postajući slabija od 19. magnitude.
Ali otkriće se dogodilo. Robotski teleskopski sistem MASTER dokazao je svoju veštinu.
Globalna mreža MASTER omogućava najbrže posmatranje neba do 20. zvezdane veličine na svetu
Pored pomenutih, MASTER rešava i druge zadatke savremene astronomije – u potpuno automatskom režimu otkriva potencijalno opasne asteroide i komete (C/2015 K1 MASTER, C/2015 G2 MASTER, C/2016 N4 MASTER).
Sistem MASTER je u poslednjih nekoliko godina otkrio više od hiljadu eksplodirajućih objekata i nekatalogizovanih objekata, smeštenih na rastojanjima od nekoliko stotina kilometara do više milijardi svetlosnih godina: optičke dvojnike gama-bljeskova (nastanak crnih rupa), supernove (kolaps i/ili nuklearno sagorevanje umirućih zvezda), nove (sudare zvezda ili/i nuklearne sagorevanje u omotačima oko belih patuljaka), patuljaste nove (nestacionarno padanje materije na bele patuljke u tesnim dvojnim sistemima), baklje jedara aktivnih galaksija (blazari, kvazari – najmasivnije crne rupe), ugašene zvezde (dvojne zvezde nepoznatog porekla), eruptivne promenljive zvezde tipa UV Ceti (rasipanje magnetnog polja na crvenim patuljcima – analog solarnih baklji), potencijalno opasne asteroide (Sunčev sistem), satelitske krhotine (kosmos oko Zemlje).
Od 2008. godine projekt je dobio podršku Vlade, a lično verujem i od vojnog vrha. Kao rezultat toga, do 2020. instalirani su robotski teleskopi MASTER II, koje je razvio tim MASTER a proizvodi pomenuta moskovska kompanija 'Optika':
- U blizini grada Blagovješćenska(na teritoriji Državnog pedagoškog univerziteta); visina – 260 m;
- U blizini grada Irkutska(u Tunkinskom astrofozočkom centru Irkutskog univerziteta); visina – 680 m;
- Na Uralu(u Kourovskoj opservatoriji Uralskog saveznog univerziteta); visina – 260 m;
- Na Kislovodskojplaninskoj astronomskoj stanici (baza Moskovskog državnog univerziteta Lomonosov); visina – 2067 m;
- Na Krimu(na Krimskoj astronomskoj stanici Moskovskog državnog univerziteta Lomonosov);
- Od 2012. godine u Argentini u opservatoriiji Nacionalnog univerziteta San Juan počele su s radom MASTER ultraširokopojne kamere; visina – 2430;
- Od 2014. u Južnoj Africi na Južnoafričkoj opservatoriji SAAO; visina – 1760 m;
- Od 2015. na Kanarskim ostrvima u Španiji na opservatoriji astrofizičkog instituta IAC; visina – 2390 m.
Mreža nastavlja da se razvija i da se grade se nove opservatorije.
[1] Imperatorski moskovski univerzitet je osnovan još 1755. U njegov sastav ulazi 15 naučno-istraživačkih instituta, 43 fakulteta i preko 300 katedri (jedna je i u Sloveniji!), smeštenih u preko 600 zdanja. Samo u Moskvi, univerzitet zauzima teritoriju veličine preko 200 hektara. Prema slavnom šangajskom akademskom rejtingu, 'Lomonosov' je 2013. zauzimao 79. mesto, mada u matematičkim naukama čak 36. Nezasluženo nizak rejting je izazvan slabom citiranošću naučnih textova na ruskom jeziku i birokratiji. Danas su među 50 najjačih, a u fizici i astronomiji na 26. mestu
[2] БТА ('большой телескоп азимутальный') i danas je najveći s monolitnim ogledalom u Evroaziji. Najveći u svetu je bio sve do 1993. dok nije pušten u rad havajski 10-metarski Kekov teleskop sa segmentnim ogledalom.
[3] Zapravo radilo se o seriji vojnih satelita koji su zapravo trebali da prate nadzemne probe sovjetskog nuklearnog oružja. Svaki satelit je imao po 18 gama i neutronskih detektora i po 12 rendgenskih detektora
[4] U tom trenutku, NASA/ESA kosmička opservatorija 'Fermi' registrovala je gama bljesak, što se kasnije pokazalo samo kao najava gigantske baklje. Nakon 31 sec, ruski robot-teleskop globalne mreže MASTER, koji se nalazio na Kanarima, primio je poruku sa 'Fermija' i nakon još 26 sekunde započeo snimanje optičkim kamerama.
Uprkos velikim greškama u primarnim koordinatama bljeska gama zraka, čitav kvadrat je padao u kamere ultraširokog polja MASTER-ŠOK – zemaljski analog ŠOK kamera instaliranih na kosmičkoj opservatoriji 'Lomonosov' (o kojoj sam pisao ovde). Stoga je MASTER već 'gledao' na pravo mesto kada je 131. sekundu nakon prve poruke Nasina kosmička opservatorija s velikom koordinatnom tačnošću registrovala samu katastrofu. Odmah potom se kanarskom MASTER-u pridružio krimski MASTER-Tavrida MGU, novi čvor globalne mreže, koji je tada radio u probnom režimu. 12 sekundi nakon prijema ažuriranih koordinata u 22:44:30 sekundi MASTER-Tavrida je primio prve kadrove.
Glavni zadatak je bio detektovanje polarizaciju sopstvenog optičkog zračenja gama bljeska. Sopstveno optičko zračenje je optičko zračenje koje se javlja sinhrono s gama zračenjem i ono predstavlja jedan od najtežih zadataka savremene eksperimentalne astrofizike, jer zahteva potpunu robotizaciju procesa promatranja i originalan dizajn samog teleskopa.
Kao rezultat toga, MASTER ne samo da je snimio čitav film o eksploziji s najboljom vremenskom rezolucijom, već je prvi put u istorijizabeležio linearnu polarizaciju optičkog zračenja iz praska gama zraka dok je baklja još trajala.
Prasak gama zraka GRB 160625B pokazao se jednom od najsnažnijih kosmičkih eksplozija, koja se dogodila u uskom mlazu relativističkih čestica ubrzanih elektromagnetskim poljem brzo rotirajuće crne rupe koja je nastala pred našim očima u drugom delukosmosa.
[5] Relativističke čestice su one koje se kreće relativističkom brzinom, odn. brzinom usporedivom s brzinom svetlosti. Kretanje takvih čestica, koje se smatraju klasičnim (nekvantnim) materijalnim tačkama, opisano je specijalnom teorijom relativiteta. Čestice bez mase (fotoni, gravitoni, gluoni itd.) uvek su relativističke, jer mogu da postoje samo krećući se brzinom svetlosti.
Masivne čestice nazivaju se relativističkim kada je njihova kinetička energija usporediva ili premašuje energiju mc² koja odgovara njihovoj masi mirovanja (ovaj uslov znači da se njihova brzina približava brzini svetlosti). Ako je energija čestice mnogo veća od energije mirovanja, takva se čestica naziva ultrarelativističkom.
[6] Faca, umro pre koju godinu. Bio je stručnjak za kvantne promene, detektovanje gravitacionih talasa, fundamentalnih termodinamičkih fluktuacija i sistema male disipacije, šta god to bilo. Bio je član ruske, evropske i američke akademije nauka.
[7] Bila je to u to vreme najveći i najambiciozniji projekat američke naučne fondacije (NSF). 2017. Thorne je sa dvojicom kolega podelio Nobelovu nagradu za fiziku. Do danas su otkrili nekoliko desetaka talasa, a detektori se stalno unapređuju.
[8] Nekoliko meseci ranije, objavljeno je da su se sudarile dve crne rupe mase 31,2 odn. 19,4 solarne mase.
[9] Ova galaksija ima u središti supermasivnu crnu rupu mase 80-100 miliona našeg Sunca.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
