Tumpukan Film Pancake di Atas Balon Menghasilkan Gambar Sinar Gamma Paling Akurat di Dunia

Tumpukan film sensitif radioaktivitas yang dibawa melintasi langit dengan balon mampu mengambil gambar planet paling akurat di dunia. bintang neutronemisi sinar gamma. Prestasi ini dicapai oleh para peneliti dari Universitas Kobe, yang menggabungkan teknik deteksi radiasi radioaktif paling awal dengan teknologi pengambilan data canggih dan perangkat perekam waktu yang inovatif.

Bintang-bintang menyinari kita dalam spektrum cahaya penuh, mulai dari sinar infra merah hingga sinar gamma. Untuk masing-masing band ini, diperlukan peralatan penginderaan yang berbeda. Yang paling menantang adalah sinar gamma, yang terkenal sebagai produk fisi nuklir berenergi tinggi, karena panjang gelombangnya yang sangat pendek berarti sinar tersebut tidak berinteraksi dengan materi seperti bentuk cahaya lainnya sehingga tidak dapat dibelokkan. dengan lensa atau terdeteksi oleh sensor standar. Oleh karena itu, terdapat kesenjangan dalam kemampuan kita mendeteksi cahaya yang berasal dari objek bintang menarik seperti supernova dan sisa-sisanya.

Pendekatan Inovatif Menggunakan Film Fotografi

Untuk mengatasi masalah tersebut, astrofisikawan Kobe University Aoki Shigeki dan timnya beralih ke material pertama yang digunakan untuk mendeteksi radioaktivitas, yaitu film fotografi. “Kelompok kami berfokus pada kemampuan luar biasa film emulsi untuk melacak sinar gamma dengan presisi tinggi dan mengusulkan agar film ini dapat menjadi teleskop sinar gamma yang sangat baik dengan memperkenalkan beberapa fitur pengambilan dan analisis data modern,” jelas Aoki.

Berdasarkan sensitivitas tinggi dari film-film ini dan proses ekstraksi data baru yang otomatis dan berkecepatan tinggi, ide para fisikawan adalah untuk merakit beberapa film ini agar secara akurat menangkap lintasan partikel yang dihasilkan sinar gamma. dampaknya, seperti satu pancake yang mungkin tersangkut di tempat Anda memasukkan sedotan ke dalamnya, namun dibutuhkan seluruh tumpukan untuk mencatat arah sedotan.

Bagian dari film emulsi setelah pengembangan. Jejak partikel yang dihasilkan oleh dampak sinar gamma dapat dilihat sebagai titik-titik kecil berwarna keabu-abuan di seluruh bidang. Kredit: kolaborasi GRAINE

Untuk mengurangi gangguan atmosfer, mereka kemudian memasang tumpukan film tersebut ke dalam balon observasi ilmiah untuk diangkat ke ketinggian antara 35 dan 40 kilometer. Namun, karena balon bergoyang dan berputar tertiup angin, arah “teleskop” menjadi tidak stabil, sehingga mereka menambahkan satu set kamera untuk merekam orientasi gondola relatif terhadap bintang setiap saat.

Namun hal ini menimbulkan masalah lain, seperti yang diketahui oleh siapa pun yang pernah mengambil foto eksposur lama, film fotografi tidak mencatat perjalanan waktu sehingga tidak mungkin mengetahui secara langsung kapan dampak sinar gamma terjadi. Untuk mengatasi masalah ini, mereka membuat tiga lapisan terbawah film bergerak maju mundur dengan kecepatan yang teratur namun berbeda, seperti jarum jam. Dari jejak dislokasi relatif pada lempeng bawah, mereka kemudian dapat menghitung waktu pasti terjadinya tumbukan dan kemudian menghubungkannya dengan rekaman kamera.

Pencitraan Terobosan Vela Pulsar

Mereka kini telah mempublikasikan gambar pertama dari hasil pengaturan ini dalam sebuah jurnal Itu Jurnal Astrofisika. Ini adalah gambar Vela paling akurat yang pernah dibuat pulsar, bintang neutron yang berputar cepat yang memproyeksikan sinar gamma ke langit seperti mercusuar di malam hari. “Kami merekam total beberapa triliun lagu dengan ketepatan 1/10.000 milimeter. Dengan menambahkan informasi waktu dan menggabungkannya dengan informasi pemantauan sikap, kita dapat menentukan 'kapan' dan 'di mana' peristiwa tersebut berasal dengan presisi sedemikian rupa sehingga resolusi yang dihasilkan 40 kali lebih tinggi dibandingkan teleskop sinar gamma konvensional.” Aoki merangkum pencapaian kelompoknya.

Gambar pulsar Vela. Gambar tersebut memiliki resolusi 40 kali lebih baik dibandingkan yang dapat dicapai sebelumnya: Lingkaran di kiri bawah menunjukkan sebaran gambar pulsar untuk dibandingkan dengan sebaran gambar sinar gamma terbaik sebelumnya (dari objek bintang berbeda), yang ditunjukkan oleh lingkaran putus-putus. Kredit: kolaborasi GRAINE

Meskipun hasil ini sudah mengesankan, teknik baru ini membuka kemungkinan untuk menangkap lebih banyak detail dalam pita frekuensi cahaya ini dibandingkan sebelumnya. Peneliti Universitas Kobe menjelaskan, “Melalui eksperimen ilmiah yang dilakukan dengan balon, kita dapat mencoba berkontribusi pada banyak bidang astrofisika, dan khususnya teleskop sinar gamma terbuka untuk 'astronomi multi-messenger' di mana pengukuran energi yang sama dapat dilakukan secara simultan. peristiwa yang ditangkap melalui teknik yang berbeda diperlukan. Berdasarkan keberhasilan eksperimen balon tahun 2018 yang datanya dihasilkan, kami akan memperluas area pengamatan dan waktu penerbangan balon di masa depan dan menantikan terobosan ilmiah di bidang astronomi sinar gamma.”

Referensi: “Pencitraan Teleskop sinar-γ Emulsi Pertama dari Vela Pulsar melalui Eksperimen Balon GRAINE 2018” oleh Satoru Takahashi, Shigeki Aoki, Atsushi Iyono, Ayaka Karasuno, Kohichi Kodama, Ryosuke Komatani, Masahiro Komatsu, Masahiro Komiyama, Kenji Kuretsubo, Toshitsugu Marushima, Syota Matsuda, Kunihiro Morishima, Misaki Morishita, Naotaka Naganawa, Mitsuhiro Nakamura, Motoya Nakamura, Takafumi Nakamura, Yuya Nakamura, Noboru Nakano, Toshiyuki Nakano, Kazuma Nakazawa, Akira Nishio, Miyuki Oda, Hiroki Rokujo, Osamu Sato, Kou Sugimura, Atsumu Suzuki , Mayu Torii, Saya Yamamoto dan Masahiro Yoshimoto, 21 Desember 2023, Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad0973

Pekerjaan ini didukung oleh hibah JSPS KAKENHI 17H06132, 18H01228, dan 18K13562. Hal ini dilakukan bekerja sama dengan peneliti dari Okayama University of Science, Aichi University of Education, Universitas Nagoyadan Universitas Gifu.