Center za astrofiziko in kozmologijo

Observatorij Pierre Auger

Na področju astrofizike osnovnih delcev potekajo raziskave v okviru mednarodne kolaboracije Pierre Auger (PAO), v kateri naš center sodeluje že od idejne zasnove leta 1995 naprej. Kolaboracija meri lastnosti kozmičnih žarkov ekstremnih energij (UHECR) – delcev, ki potujejo po vesolju z več deset milijonkrat večjimi energijami od najbolj pospešenih delcev v laboratorijih in ob vpadu na Zemljo v naši atmosferi zaradi trkov povzročijo velike plazove nabitih sekundarnih delcev. Ti delci, katerih izvori, identiteta in lastnosti so še vedno neznani, na zemeljsko površje padejo le redko, vsega skupaj nekaj delcev z ekstremnimi energijami na kvadratni kilometer na tisočletje. Z namenom, da bi ugotovili, kaj so njihovi izvori in kakšni delci ti kozmični žarki sploh so, od samega začetka sodelujemo v mednarodni kolaboraciji Pierre Auger.




Raziskovalna skupina

Skupina slovenskih raziskovalcev, ki sodelujejo v mednarodni kolaboraciji observatorija Pierre Auger dne 14.9.2017. Z leve: Danilo Zavrtanik, Lili Yang, Ahmed Saleh, Marta Trini, Gašper Kukec Mezek, Sergey Vorobyev, Andrej Filipčič, Marko Zavrtanik in Samo Stanič.

Observatorij Pierre Auger
Observatorij Pierre Auger se razteza preko 3.000 kvadratnih kilometrov argentinske pampe in je s tem največji detektor za kozmične žarke na svetu. S kombinacijo teleskopov za meritev fluorescenčne svetlobe in talnih detektorjev, ki zaznavajo delce iz plazu na površju, lahko izmeri vpadne smeri kozmičnih delcev ekstremnih energij z natančnostjo boljšo od ene kotne stopinje.






Detektorji Čerenkove svetlobe, ki so del sklopa 1.660 talnih detektorjev observatorija Pierre Auger so za ilustracijo velikosti observatorija prenešeni na zemljevid Slovenije kot rdeče in sive točke. Reliefni zemljevid in obris Slovenije sta prosto dostopna v okviru Wikimedia Commons.


Observatorij je zasnovan hibridno, kar pomeni, da uporablja več različnih detektorskih sklopov, ki se dopolnjujejo in omogočajo večjo natančnost meritev. Sestavljata ga mreža okoli 1.600 talnih detektorjev, s katero merimo površinsko porazdelitev plazu, ter štirje fluorescenčni detektorji, ki merijo oddano UV svetlobo vzbujenih dušikovih molekul v zraku.


Na podlagi dosedanjih meritev observatorija smo ugotovili, da je zaradi interakcij s kozmičnim mikrovalovnim ozadjem energijski spekter kozmičnih žarkov navzgor omejen, kar pomeni, da morajo biti izvori kozmičnih žarkov ekstremnih energij relativno blizu. Pri najvišjih energijah smo odkrili indikacije za anizotropijo vpadnih smeri kozmičnih žarkov ter določili stroge zgornje meje za vrednosti fluksov fotonov in nevtrinov ekstremnih energij. Dosedanji rezultati podpirajo t.i. “konvencionalne” astrofizikalne scenarije produkcije UHECR, v katerih pospeševanje delcev poteka na mestih, ki so v vesolju porazdeljena podobno kot masa, pojemanje fluksa sledi iz lastnosti procesov energijskih izgub (t.i. GZK efekt), UHECR imajo pretežno hadronsko delčno sestavo in njihove vpadne smeri so anizotropno porazdeljene. Najpomembnejši odprti vprašanji ostajata delčna sestava in izvori UHECR.


Naša raziskovalna skupina, katere člani so D. Zavrtanik, S. Stanič, A. Filipčič, M. Zavrtanik, S. Vorobyev, L. Yang in doktorski študentje A. Saleh, G. Kukec Mezek in M. Trini, je v letu 2014 sodelovala pri analizi meritev, pri računalniškem modeliranju razvoja plazov kozmičnih žarkov v zemeljski atmosferi, pri vzdrževanju sistema za spremljanje atmosferskih parametrov za detektor fluorescence ter pri študiju interakcij med osnovnimi delci pri ekstremnih težiščnih energijah. Pri analizi in fizikalni interpretaciji meritev kozmičnih žarkov ekstremnih energij smo se še posebej osredotočili na študij možnosti nastanka mikroskopskih črnih lukenj pri njihovih trkih z jedri plinov v zgornjih plasteh zemeljskega ozračja ter na študij možnosti meritev izbruhov gama žarkov s talnim detektorjem observatorija v t.i. “scaler” načinu delovanja. Pripravljamo se tudi na načrtovano postopno nadgradnjo observatorija, ki se bo pričela leta 2015.

Video predstavitev observatorija Pierre Auger je dostopna na VIMEO.