Tuż po północy w piątek 1 września 2017 r. prototypowy teleskop SST-1M otworzył swe krzemowe „oko”. Instrument, opracowany ze znaczącym polskim udziałem w ramach projektu Cherenkov Telescope Array (CTA), zarejestrował pierwsze błyski promieniowania Czerenkowa podczas testów w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie.

To znaczące w skali międzynarodowej osiągnięcie jest owocem pięcioletniej pracy przy konstrukcji i budowie poszczególnych podzespołów instrumentu, w tym struktury mechanicznej teleskopu oraz jego nowatorskiej kamery. Pierwsze światło w kamerze teleskopu SST-1M to dla CTA ważny krok milowy. Potrzebne było tylko kilka dni, aby kilkunastoosobowy polsko-szwajcarski zespół inżynierów zamontował kamerę na szczycie teleskopu w IFJ PAN (1).

Teleskopy SST-1M (ang. Single-mirror Small-Size Telescope) są proponowane jako jeden ze składników dla sieci “małych” teleskopów dla południowego obserwatorium CTA (2). Będą rejestrować kosmiczne promieniowanie elektomagnetyczne („fotony gamma”) o najwyższych energiach, daleko poza zakresem światła widzialnego, które rejestruje ludzkie oko, bo miliardy (!) razy większe niż stosowana w medycynie aparatura rentgenowska. Umożliwią one zarejestrowanie takich najbardziej energetycznych fotonów gamma od odległych i niezwykle aktywnych źródeł kosmicznych.

W nocy z 31 sierpnia na 1 września naukowcy, bardzo podekscytowani, oczekiwali na pierwsze obserwacje. Najpoważniejszym problemem w trakcie uruchamiania kamery okazały się trudne warunki atmosferyczne w Krakowie (3), bardzo odmienne od tych, które panują na pustyni Atacama w Chile, gdzie powstanie południowe Obserwatorium CTA . Atacama należy do najsuchszych obszarów na świecie, podczas gdy w Krakowie wilgotność zmieniała się w ciągu doby od 30% w ciągu dnia do 95% w nocy. Wymagało to dokładnego monitorowania warunków w kamerze i wpompowywania do niej suchego powietrza, aby zapobiec uszkodzeniu wrażliwej elektroniki.

Po ostatniej kontroli warunków atmosferycznych wydano komendę otwarcia pokrywy kamery. Wielkie niebieskie krzemowe „oko” otwarło się. W tym samym czasie zespół w Genewie zdalnie wprowadził do programu sterującego teleskopem współrzędne pierwszego źródła promieniowania gamma wybranego do inauguracyjnej obserwacji. Był to znajdujący się w gwiazdozbiorze Smoka kwazar 1ES 1959+650 – odległa galaktyka aktywna z masywną czarną dziurą w centrum. Najjaśniejsze źródło promieniowania gamma – Mgławica Kraba – było w tym czasi dla teleskopu niedostępne.

W ciągu kilku sekund od wydania komendy „start” teleskop obrócił się w stronę wybranego kwazara i rozpoczęło się zbieranie danych. Niemal natychmiast na ekranie komputera sterującego pojawiły się zarejestrowane zdarzenia – błyski promieniowania Czerenkowa wytwarzane przez fotony gamma i cząstki promieniowania kosmicznego. W ciągu zaledwie półtorej godziny obserwacji zgromadzono ponad 2 miliony fotonów, zapisując na dysku 342 GB danych. Ponieważ wiele z tych zdarzeń pochodzi od rozproszonego światła z miasta, są one odfiltrowywane w trakcie analizy danych (4). Zdarzenia losowo wybrane przez oprogramowanie do zbierania danych były śledzone na żywo. Jedno takich zdarzeń zarejestrowanych przez teleskopu SST-1M podczas pierwszych obserwacji przedstawia film: http://www.isdc.unige.ch/~lyard/FirstLight/FirstLight_slowHD.mp4

Przed wschodem słońca pokrywa kamery teleskopu SST-1M została zamknięta i zakończono obserwacje kwazara 1ES 1959+650.

Projekt SST-1M jest prowadzony przez konsorcjum 17 instytucji z 5 krajów (Polski, Szwajcarii, Czech, Irlandii i Ukrainy) i koordynowany przez Uniwersytet Genewski. Struktura mechaniczna teleskopu SST-1M wraz z napędem została zaprojektowana i zbudowana w IFJ PAN. Kamera, wykorzystująca nowatorskie w astronomii gamma fotopowielacze krzemowe, powstała we współpracy pomiędzy zespołami z Uniwersytetu Jagiellońskiego, Akademii Górniczo-Hutniczej i IFJ PAN w Krakowie, które opracowały w pełni cyfrową elektronikę do zbierania sygnałów (DigiCam) oraz Uniwersytetem Genewskim, gdzie została zbudowana płaszczyzna fotoczuła kamery oraz jej mechanika wraz z układem chłodzenia. Komputerowy system rejestracji danych, jak również układ pozycjonujący teleskopu zostały opracowane w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie i w Toruniu. Układ pozycjonujący zwierciadła opracowano w Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie. Partnerzy z Czech są odpowiedzialni za układ optyczny, w tym napylanie zwierciadeł odpowiednimi warstwami refleksyjnymi.

Więcej informacji o projekcie Cherenkov Telescope Array (CTA) można znaleźć na stronie: https://www.cta-observatory.org/

Kontakt dla mediów:

dr hab. Jacek Niemiec
kierownik zespołu CTA w IFJ PAN
koordynator prac nad teleskopem SST-1M w Polsce
Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie

prof. dr hab. Michał Ostrowski
koordynator Polskiego Konsorcjum Projektu CTA
Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego

Przypisy:

(1) Podczas montażu kamery zespół przetestował innowacyjną metodę instalacji: sama struktura teleskopu posłużyła jako dźwig, który wydobył kamerę z pudła transportowego i umieścił ją na wózku montażowym. Wszystkie operacje zostały przeprowadzone sprawnie. Podobną metodę będzie można zastosować do rozładunku kamery w docelowym obserwatorium CTA.

(2) Średnica czaszy teleskopu wynosi 4 m. na czaszę składa się 18 zwierciadeł sferycznych. Ogniskowa teleskopu wynosi 5,6 m. Kamera teleskopu o polu widzenia 9,1 stopnia pozwala obserwować bardzo duże obszary nieba. Dokładny układ śledzenia naprowadzany przez system pozycjonujący umożliwia identyfikację źródeł promieniowania gamma i precyzyjne wyznaczanie ich współrzędnych na niebie.

(3) W ostatnich dniach kamera teleskopu SST-1M była wystawiona na działanie silnego deszczu, co pozwoliło eksperymentalnie potwierdzić jej szczelność. Fakt, że kamera działa, to jednak dopiero początek kolejnego etapu ciężkiej pracy dla całego zespołu.

(4) Zespół jest w trakcie doskonalenia oprogramowania serwera teleskopu. Zostanie ono uzupełnione o procedury do analizy danych obserwacyjnych pozwalające na odróżnienie fotonów gamma od tła cząstek promieniowania kosmicznego, których rejestruje się około 100 000 razy więcej niż fotonów gamma.