GLAST ska spana på extremaste objekten

Om ett drygt år skjuts gammateleskopet GLAST upp, om allt går som planerat. GLAST står för Gamma-ray Large Area Space Telescope. Projektet är ett internationellt samarbete, med grupper från USA, Japan, Frankrike, Tyskland, Italien, och från Sverige Stockholms observatorium och högskolan i Kalmar.

En milstolpe passerades nyligen när huvudinstrumentet anlände till den amerikanska flottans laboratorium i Washington. Satelliten kommer att ha två instrument, Large Area Telescope (LAT) och Gamma-ray Burst Monitor (GBM), och det är det första av dessa två som precis har monterats ihop i USA. Där ska instrumentet gå igenom en lång serie tester innan det kan förklaras färdigt för rymden.

– Bland annat vill man undersöka hur det färdigmonterade instrumentet klarar av vibrationer, eftersom det kommer att utsättas för en hel del påfrestningar i samband med uppskjutningen, säger Magnus Axelsson, en av de inblandade astronomerna i Stockholm.

Satelliten kommer att studera gamma-området av det elektromagnetiska spektrumet, där ljuspartiklarna – fotonerna – har energier som är cirka 10 miljoner till 300 miljarder gånger större än de för synligt ljus.

Kolliderande supersymmetriska partiklar

GLAST ska dels spana efter esoteriska astrofysikaliska händelser som gammablixtar, aktiva galaxkärnor, röntgenbinärer, pulsarer samt svarta hål och andra rester efter supernovor.

– Med hjälp av de nya data vi får från GLAST hoppas vi kunna lösa ett antal gåtor och frågetecken som finns kring dessa objekt, hoppas Magnus Axelsson. Vår grupp är särskilt intresserade av gammablixtar och röntgenbinärer.

Men GLAST ska också spana efter ett annat om möjligt ännu mer esoteriskt fenomen: kollisionen mellan partiklar som tillhör den mörka materian.

Denna mörka materia är något som astronomerna slutit sig till måste finnas eftersom universums utveckling och nuvarande beteende blir svåra att förklara annars. Bland annat roterar galaxer så fort att de skulle slitas sönder av centrifugaleffekterna om det inte fanns något osynligt som höll ihop dem.

Det finns olika teorier om vad denna mörka materia består av. Bland de kandidater som står högst i kurs finns så kallade supersymmetriska partiklar. Ett sätt att upptäcka just denna typ av mörk materia är genom den gammastrålning de sänder ut när två dylika partiklar kolliderar. Detta är precis vad GLAST hoppas göra.

Röntgenstrålning från extrema dubbelstjärnor

Röntgenbinärer är ett annat av de fenomen som GLAST ska studera. Det är dubbelstjärnesystem där den ena stjärnan är en supertät stjärnrest i form av en neutronstjärna eller ett svart hål. Gas från den andra, "normala", stjärnan kan då fångas in och samlas i en skiva runt det kompakta objektet. När gasen samlas ihop och komprimeras så hettas den upp till flera miljoner grader och strålar då i röntgenområdet eller med ännu högre energier.

– I vår grupp studerar vi energin hos den strålning som dessa system avger är fördelad, säger Magnus Axelsson. Vi studerar även hur strålningen varierar i tiden. Genom att kombinera informationen från dessa två områden kan man dra slutsatser om de strålningsprocesser som verkar.

Tidigare satelliter har berättat en hel del om energiområden som ligger strax under GLAST:s. Det finns därför teoretiska modeller som beskriver dessa fenomen, och gör förutsägelser för hur strålningen bör se ut vid högre energier.

– Med GLAST kommer vi för första gången kunna observera dessa energiområden, och resultaten kan alltså hjälpa till att urskilja mellan de olika modeller som nu finns.

Datasimuleringar förbereder observationerna

För astronomerna innebär GLAST en stor förbättring jämfört med tidigare projekt som studerat detta höga energiområde. Instrumenten kommer att vara upp till 50 gånger känsligare och ha dubbelt så bra upplösning som tidigare projekt.

– De observationer som gjorts hittills med till exempel satelliten Swift har inte kunnat avgöra mellan de olika teoretiska modeller som finns för hur strålningen i gammablixtar uppkommer. För att göra det krävs information från ett bredare energiområde. Därför kommer GLAST att ge mycket ny information som kan hjälpa till att bestämma vilken modell som kan fungera, eftersom den kan observera ett väldigt brett energiintervall.

Milan Battelino, en av forskarna i den grupp på Stockholms observatorium som sysslar med GLAST, var nyligen i Washington D.C. för att prata om simuleringar som stockholmsforskarna håller på med.

– Vi deltar i förberedande studier där vi simulerar observationer som GLAST kommer att göra. Med hjälp av simuleringarna kan vi förbereda dataanalysen redan nu. Resultaten visar att GLAST kommer att ge oss viktig information om gammablixtar, säger Magnus Axelsson.

Kristaller från Kalmar

Även högskolan i Kalmar är inblandad i GLAST. Deras insats består i att utveckla så kallade scintillerande kristaller som ska användas som element i gammadetektorn. Det rör sig om två tusen kristaller, 33 centimeter långa och två gånger tre centimeter i genomskärning. Storleken måste vara exakt inom en tiondels millimeter.

Gammastrålar är notoriskt svåra att fånga. Kristalldetektorerna fungerar därför genom att få gammafotonerna att bilda ett partikel-antipartikel-par, i detta fall en elektron och en positron. Fenomenet kallas för parbildning, och är en illustration av Einsteins berömda tes att massa och energi egentligen är samma sak, E=mc2.

Elektron-positron-paret går sedan att detektera och man kan genom dem få information om gammastrålningens riktning och energi.