200 hiljada antena raspoređenih na 200 hiljada km², Zemljina atmosfera postaje ogromni ekran

U jednom od najambicioznijih projekata u modernoj astročestičnoj fizici, GRAND kolaboracija radi na transformaciji velikih zemaljskih područja u svojevrsnu planetarnu antenu za gotovo nevidljive čestice koje dolaze iz dubokog svemira. Prema članku predstavljenom na ICRC 2023 i objavljenom u časopisu Proceedings of Science, Giant Radio Array for Neutrino Detection (GRAND) je planirana opservatorija za detekciju neutrina ultravisoke energije, kosmičkih zraka i gama zraka, s konačnom konfiguracijom od 200.000 radio antena raspoređenih na 200.000 km² u podnizovima širom svijeta.

Ideja djeluje kao da je direktno iz naučne fantastike jer se GRAND ne oslanja na tradicionalne teleskope za posmatranje neba. Strategija projekta je snimanje radio emisija generisanih česticama u atmosferi, nastalih kada čestice ekstremne energije interaguju sa zrakom ili Zemljinom korom. Planirani dizajn dijeli sistem na 20 podnizova od približno 10.000 km² svaki, izgrađujući strukturu za posmatranje mnogo veću od bilo kojeg konvencionalnog laboratorijskog detektora.

Izgradnja najvećeg ikad planiranog detektora neutrina

Naziv GRAND je skraćenica od Giant Radio Array for Neutrino Detection (Divovski radio niz za detekciju neutrina). Projekat je nastao međunarodnom saradnjom istraživača koji žele detektovati izuzetno rijetke čestice koristeći potpuno drugačiji pristup od tradicionalnih opservatorija.

Teško je zamisliti obim projekta. Kompletni planovi predviđaju do 200.000 antena raspoređenih na približno 200.000 km², što je područje slično veličini država.

Ova dimenzija je neophodna jer neutrini ultravisoke energije gotovo nikada ne interaguju s materijom. Njihovo otkrivanje zahtijeva posmatranje gigantskih područja tokom dužih perioda.

Neutrini su čestice fantomi koje prolaze kroz čitave planete gotovo bez sudara.

Neutrini se često nazivaju "česticama fantomima". Imaju izuzetno malu masu i vrlo malo interaguju s materijom. Trilioni njih prolaze kroz ljudsko tijelo svake sekunde bez ikakvog primjetnog efekta.

Zbog toga je njihovo otkrivanje izuzetno teško. Većinu vremena prolaze kroz čitave planete praktično bez sudara ni sa čim. GRAND namjerava koristiti planine kao strateški element sistema.

Ideja je da će ultraenergetski neutrini preći Zemlju i na kraju stupiti u interakciju u blizini planinskih padina, generirajući sekundarne čestice.

Ove čestice bi proizvele atmosferske pljuskove sposobne za emitovanje radio signala koje bi antene razasute po terenu mogle detektovati.

Zemljina atmosfera postaje ogromni ekran

Kada čestice ekstremne energije uđu u atmosferu, one pokreću kaskade sekundarnih čestica.

Ove kaskade emituju veoma brze i slabe radio signale. Uloga antena je da uhvate te signale i omoguće naučnicima da rekonstruišu putanju i energiju prvobitnog događaja.

U praksi, projekat transformiše samu atmosferu u gigantsku površinu za posmatranje kosmosa.

Jedan od razloga za naučni interes je apsurdna energija koja je u tome uključena. Neki neutrini i kosmički zraci nose energije milione puta veće od onih proizvedenih u akceleratorima poput CERN-a.

Ovi događaji mogu otkriti ekstremne fenomene povezane sa supermasivnim crnim rupama, nasilnim kosmičkim eksplozijama i još uvijek slabo shvaćenim objektima.

Porijeklo najekstremnijih kosmičkih zraka u svemiru

Jedno od velikih pitanja u modernoj astrofizici tiče se upravo porijekla kosmičkih zraka ultravisoke energije.

Naučnici znaju da stižu do Zemlje, ali još uvijek ne razumiju u potpunosti koji ih objekti mogu ubrzati do tako apsurdnih energija. Crne rupe, aktivna galaktička jezgra i zvjezdane eksplozije su među glavnim kandidatima.

Da bi ispravno funkcionisao, GRAND mora raditi u elektromagnetski izuzetno tihim područjima.

Smetnje koje proizvode gradovi, telekomunikacijske antene i elektronska oprema mogu poremetiti tražene signale. Stoga se izolovana planinska područja čine idealnim kandidatima za postavljanje nekih od antena.

Sistem će biti modularan i građen u manjim fazama

Cijeli projekat je još uvijek u razvoju i očekuje se da će napredovati u fazama. Prije masovne instalacije 200.000 antena, istraživači rade na manjim prototipovima kako bi validirali tehnologiju, algoritme i metode detekcije.

Ovi koraci pomažu u provjeri da li pristup zaista može efikasno identificirati neutrine ultra visoke energije. GRAND je dio rastućeg trenda u modernoj astronomiji: korištenje radio valova za istraživanje ekstremnih fenomena.

Divovski radio-teleskopi već proučavaju crne rupe, udaljene galaksije i misteriozne kosmičke signale. Razlika je u korištenju radija za detekciju gotovo nevidljivih čestica. Ovo enormno proširuje mogućnosti posmatranja dubokog univerzuma.

Nevidljivi dijelovi svemira

Neutrini mogu prolaziti kroz područja koja blokiraju svjetlost, rendgenske zrake i druge oblike zračenja. To znači da nose informacije o ekstremnim kosmičkim okruženjima koja su inače nedostupna konvencionalnim teleskopima.

Njihovo snimanje može pomoći naučnicima da vide skrivene dijelove univerzuma. GRAND okuplja izuzetno složena naučna područja.

Inicijativa kombinuje fiziku čestica, radioastronomiju, računarstvo, analizu signala i inženjerstvo velikih razmjera. Nadalje, očekivana količina podataka zahtijeva naprednu vještačku inteligenciju i distribuirane sisteme obrade.

Opservatorija može pomoći u razumijevanju najnasilnijih događaja ikada zabilježenih u svemiru.

Naučnici očekuju da će sistem pomoći u praćenju fenomena povezanih sa:

- gama-zraci

- ekstremni kosmički sudari

- aktivne crne rupe

- relativistički mlazovi

- nepoznati energetski događaji

Ovi fenomeni su među najnasilnijim ikada uočenim u svemiru. Najimpresivniji aspekt projekta je možda njegova veličina.

Umjesto jednog teleskopa, GRAND funkcioniše kao distribuisana infrastruktura na kontinentalnoj skali. To je primjer kako je moderna nauka počela graditi gigantske sisteme kako bi odgovorila na fundamentalna pitanja o porijeklu, strukturi i ponašanju Univerzuma.

Planine kao mašine za posmatranje nevidljivih čestica

Ako projekat dostigne svoju punu konfiguraciju, planine razasute po planeti mogle bi funkcionisati kao dio gigantskog kosmičkog detektora.

Prijedlog djeluje futuristički jer transformira prirodne elemente Zemlje u aktivne komponente globalne naučne mašine. Krajnji cilj je uhvatiti čestice toliko rijetke i energetske da mogu nositi tragove o najekstremnijim događajima ikada nastalim u kosmosu.

┈➤ Program N1 televizije možete pratiti UŽIVO na ovom linku kao i putem aplikacija za Android /iPhone/iPad