Detektor POLAR został uruchomiony we wrześniu 2016 r. na pokładzie chińskiego laboratorium kosmicznego Tiangong-2. Naukowcy opublikowali właśnie pierwsze wyniki naukowe w czasopiśmie Nature Astronomy. POLAR jest efektem współpracy pomiędzy Szwajcarią (Uniwersytet w Genewie i Paul Scherrer Institut), Polską (Narodowe Centrum Badań Jądrowych) i Chinami.

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 ok. raz dziennie przez kilka detektorów satelitarnych. Od lat 60/70 XX w. mierzone są kierunki błysków, intensywności i energie fotonów gamma oraz ich zmienność w czasie. POLAR otworzył nowe „okno”: pomiar polaryzacji tego promieniowania.

Detektor POLAR

POLAR to największy detektor przeznaczony do pomiaru polaryzacji kwantów gamma z GRB, wystarczająco duży i precyzyjny, aby wykonać pomiary wielu błysków i wiarygodnie określić polaryzację. POLAR zmierzył 55 GRB. Do określenia polaryzacji potrzeba tysięcy fotonów z GRB. Z opublikowanych właśnie pierwszych danych na temat polaryzacji pięciu błysków gamma wynika, że wyznaczony stopień polaryzacji fotonów w błyskach we wszystkich przypadkach jest bardzo mały. W przypadku najjaśniejszego błysku było możliwe zmierzenie polaryzacji oddzielnie w kolejnych chwilach czasu. 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 polaryzacji sugeruje jakąś nową, nieznaną i niezbadaną własność emitera. Zjawisko to może być bardzo interesujące. Jeśli chcemy lepiej zrozumieć proces emisji GRB, musimy zbudować o wiele większy detektor niż POLAR. Obecnie naukowcy przygotowują bardziej wydajny detektor POLAR-2 i mają nadzieję uruchomić go w 2022 roku na następnej chińskiej stacji kosmicznej.

Tiangong-2

Współtwórcami kluczowych elementów eksperymentu POLAR byli polscy naukowcy i inżynierowie z Narodowego Centrum Badań Jądrowych*. Bezpośrednio w prace zaangażowanych było ok. 10 osób, w tym z łódzkiej Pracowni Fizyki Promieniowania Kosmicznego NCBJ i z Zakładu Elektroniki i Systemów Detekcyjnych NCBJ w Świerku. Jednym z osiągnięć współpracy było zaprojektowanie i wybudowanie centralnego układu dokonującego selekcji przypadków (trygera) i oprogramowanie go. Z uwagi na ograniczoną możliwość komunikacji urządzenia satelitarnego z Ziemią przesyłane dane muszą podlegać selekcji jeszcze w kosmosie. M.in. odrzucane są zdarzenia wywołane przez jonizujące cząstki promieniowania kosmicznego. Najciekawsze są zdarzenia, podczas których w detektorze nastąpiło co najmniej podwójne rozproszenie fotonu gamma w bardzo krótkim odstępie czasu. Takie przypadki wykorzystuje się od określenia polaryzacji fotonów gamma z rozbłysku.

W pracowni NCBJ w Łodzi powstał prototyp zasilacza wysokiego napięcia dla 25 fotopowielaczy POLARa. Jest to projekt zmarłego w 2016 r. znakomitego elektronika p. Jacka Karczmarczyka. Oprócz prac technicznych Polacy uczestniczyli także we wszystkich fazach testowania detektora podczas badań kwalifikacyjnych oraz funkcjonalnych. Wszystkie elementy detektora muszą wytrzymać ekstremalne warunki: próżnię, gwałtowne wstrząsy, duże przeciążenia, wysoką i niską temperaturę, a także wysokie dawki promieniowania.

W Świerku prototypowano także plastikowe detektory scyntylacyjne, służące do detekcji promieniowania gamma. Matryca 1600 takich scyntylatorów jest sercem detektora POLAR.

 

 

 

Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych, KopalniaWiedzy