Apa­ra­tu­ra opra­co­wa­na i wy­pro­du­ko­wa­na przez na­ukow­ców i in­ży­nie­rów z Na­ro­do­wego Cen­trum Ba­dań Ją­dro­wych (NCBJ) przy­czy­ni się do bliż­sze­go po­zna­nia na­tu­ry jed­nych z naj­po­tęż­niej­szych wy­buchów we Wszech­świe­cie. Urzą­dze­nia, w któ­rych bu­do­wie po­ma­ga­li Po­la­cy, za­mon­to­wa­ne na wy­strze­lo­nej dziś (15.09.2016) chiń­skiej sta­cji ko­smicz­nej „Tian­gong-2” (TG-2), bę­dą ba­dać po­laryzację pro­mie­nio­wa­nia gam­ma roz­bły­sków gam­ma. Wy­sła­nie w ko­smos de­tek­to­ra POLAR jest jed­nym z efek­tów współ­pra­cy pol­sko-szwaj­car­skiej.

Dziś, w czwar­tek 15.09.2016, o go­dzi­nie 22.04 (16:04 cza­su pol­skie­go) z Cen­trum Star­to­we­go Sa­te­li­tów Jiu­qu­an w Chi­nach wy­strze­lo­no ra­kie­tę, któ­ra wy­nie­sie no­wą chiń­ską sta­cję ko­smicz­ną „Tian­gong-2” (TG-2) na or­bi­tę oko­ło­ziem­ską. Wśród kil­ku­na­stu eks­pe­ry­men­tów na po­kła­dzie sta­cji znaj­do­wać się bę­dą urzą­dze­nia pro­jektu POLAR, słu­żą­ce do ba­da­nia po­laryzacji pro­mie­nio­wa­nia gam­ma po­cho­dzą­cego z roz­bły­sków gam­ma (GRB, ang. Gam­ma-Ray Burst), mię­dzy­na­ro­do­we­go pro­jektu re­ali­zo­wa­ne­go przez Chi­ny (In­sti­tute of High Ener­gy Phy­sics), Szwaj­ca­rię (INTEGRAL Scien­ce Da­ta Cen­tre, Dépar­te­ment de Phy­si­que Nuc­léa­ire et Cor­pu­scu­la­ire Uni­wer­sy­te­tu Ge­new­skie­go, Paul Scher­rer In­sti­tut) oraz Pol­skę (Na­ro­do­we Cen­trum Ba­dań Ją­dro­wych). Za­an­ga­żo­wa­nie na­szego kra­ju by­ło moż­li­we dzię­ki za­koń­czo­ne­mu już gran­to­wi PSAP („Tech­no­lo­gie in­for­ma­tycz­ne dla po­trzeb ob­ser­wa­cji astro­fi­zycz­nych w sze­ro­kim za­kre­sie ener­ge­tycz­nym”) o war­to­ści 4,1 mln zł, fi­nan­so­wa­ne­mu ze środ­ków Pol­sko-Szwaj­car­skie­go Pro­gra­mu Ba­daw­cze­go (SWISS Con­tri­bu­tion).

„Wy­strze­lo­na dziś ra­kie­ta wpro­wa­dzi na­sze urzą­dze­nia na or­bi­tę oko­ło­ziem­ską. POLAR bę­dzie pierw­szym w hi­sto­rii urzą­dze­niem, prze­zna­czo­nym głów­nie do ba­da­nia po­laryzacji pro­mie­nio­wa­nia gam­ma, po­cho­dzą­cego z roz­bły­sków. Do­tych­cza­so­wych po­mia­rów jest za­le­d­wie kil­ka i są obar­czo­ne du­żą nie­pew­no­ścią. Tym­cza­sem po­laryzacja mo­że zdra­dzić nam, ja­ki jest me­cha­nizm po­wsta­wa­nia roz­bły­sków. ” – pod­kre­śla prof. Agniesz­ka Pol­lo, kie­row­nik Za­kła­du Astro­fi­zy­ki NCBJ – „Choć wła­ści­wych da­nych na­uko­wych spo­dzie­wa­my się do­pie­ro za kil­ka mie­się­cy, to ma­my na­dzie­ję, że re­ali­zo­wa­ny eks­pe­ry­ment wkrót­ce po­zwo­li nam le­piej zro­zu­mieć na­tu­rę tych po­tęż­nych ko­smicz­nych wy­buchów, a tym sa­mym roz­wią­zać ko­lej­ną za­gad­kę ota­cza­ją­ce­go nas Wszech­świa­ta”.

Pierw­szą kon­cep­cję nie­wiel­kich roz­mia­rów de­tek­to­ra do ba­da­nia po­laryzacji pro­mie­nio­wa­nia gam­ma po­cho­dzą­cego z roz­bły­sków opra­co­wa­li w 2005 ro­ku Ni­co­las Pro­du­it oraz Woj­tek Haj­das. W odróż­nie­niu od in­nych de­tek­to­rów ba­da­ją­cych bły­ski gam­ma (np. umiesz­czo­nych na po­kła­dzie sa­te­li­ty SWIFT), POLAR prze­zna­czo­ny jest do po­mia­ru sa­me­go zja­wi­ska po­laryzacji, a nie lo­ka­li­za­cji źró­deł bły­sków. Urzą­dze­nie skła­da się z 1600 po­dłuż­nych scyn­ty­la­to­rów (6x6x176 mm) uło­żo­nych na kwa­dra­to­wej po­wierzch­ni (40×40 scyn­ty­la­to­rów), dzię­ki cze­mu moż­li­we jest uzy­ska­nie bli­sko 400 cm2 efek­tyw­ne­go po­la re­je­stra­cji oraz po­mia­ru asy­me­trii. Scyn­ty­la­to­ry są zop­ty­ma­li­zo­wa­ne do po­mia­ru roz­pra­sza­nia comp­to­now­skie­go w za­kre­sie ener­gii od 50 keV do 500 keV, a emi­to­wa­ne w nich świa­tło jest mie­rzo­ne w 25 wie­lo­ana­do­wych po­wie­la­czach. Do­dat­ko­wo de­tek­tor wy­po­sa­żo­ny jest w pa­syw­ną osło­nę, któ­rej za­da­niem jest od­ci­na­nie ni­sko­ener­ge­tycz­ne­go pro­mie­nio­wa­nia ko­smicz­ne­go. De­tek­tor POLAR jed­no­cze­śnie bę­dzie „ob­ser­wo­wał” bar­dzo du­żą część nie­ba.

Pol­scy na­ukow­cy i in­ży­nie­ro­wie są twór­ca­mi klu­czo­wych ele­men­tów eks­pe­ry­men­tu POLAR. Oko­ło dzie­się­ciu osób z NCBJ w cią­gu ostat­nich dzie­się­ciu lat za­an­ga­żo­wa­nych by­ło bez­po­śred­nio w pro­wa­dzo­ne pra­ce. Głów­nym ich osią­gnię­ciem by­ło zapro­jektowanie i wy­bu­do­wa­nie ukła­du cen­tral­ne­go try­ge­ra wraz z ni­sko­po­zio­mo­wym opro­gra­mo­wa­niem, a tak­że zapro­jektowanie spe­cja­li­stycz­ne­go za­si­la­cza wy­so­kiego na­pię­cia.

„Try­ger to sys­tem zbie­ra­ją­cy i ana­li­zu­ją­cy wstęp­nie da­ne ze wszyst­kich czuj­ni­ków urzą­dze­nia, któ­ry za­pew­nia spraw­ną ko­mu­ni­ka­cję z 25 mo­du­ła­mi elek­tro­ni­ki ty­pu Front-End i sa­te­li­tą, a tak­że od­po­wia­da za ste­ro­wa­nie za­si­la­czami wy­so­kiego i ni­skie­go na­pię­cia. ” – tłu­ma­czy mgr inż. Do­mi­nik Ryb­ka, pro­jektant cen­tral­ne­go try­ge­ra z Za­kła­du Elek­tro­ni­ki i Sy­ste­mów De­tek­cyj­nych NCBJ i Paul Scher­rer In­sti­tut.

W NCBJ po­wsta­ły rów­nież mo­de­le in­ży­nie­ryj­ne­go pro­to­ty­pu za­si­la­cza wy­so­kiego na­pię­cia dla 25 fo­to­po­wie­la­czy. Po­la­cy uczest­ni­czy­li tak­że we wszyst­kich fa­zach te­sto­wa­nia de­tek­to­ra, pod­czas ba­dań kwa­li­fi­ka­cyj­nych, ak­cep­ta­cyj­nych oraz funk­cjo­nal­nych prze­pro­wa­dzo­nych m.in. w Eu­ro­pe­an Syn­ch­ro­tron Ra­dia­tion Fa­ci­li­ty (Fran­cja), Eu­ro­pe­an Spa­ce Re­se­arch and Tech­no­lo­gy Cen­ter (Ho­lan­dia), CERN (Szwaj­ca­ria) i w Ter­ni (Wło­chy). Po­nad­to tr­wa­ją pra­ce przy­go­to­waw­cze do zbie­ra­nia i ana­li­zy da­nych pły­ną­cych z eks­pe­ry­men­tu POLAR. Nie­wy­klu­czo­ne, że pra­ce ana­li­tycz­ne bę­dą pro­wa­dzo­ne w Cen­trum In­for­ma­tycz­nym Świerk, na pol­skim su­per­kom­pu­te­rze dys­po­nu­ją­cym jed­ną z naj­więk­szych mo­cy obli­cze­nio­wych w Pol­sce.

„W pro­jek­cie POLAR wy­ko­rzy­sta­li­śmy na­sze kil­ku­dzie­się­cio­let­nie do­świad­cze­nie w fi­zy­ce ją­dro­wej i bu­do­wie de­tek­to­rów. Dzię­ki te­mu, że ma­my wy­so­kie kom­pe­ten­cje w tych ob­sza­rach, moż­li­we by­ło zapro­jektowanie, wy­bu­do­wa­nie, prze­ba­da­nie i za­mon­to­wa­nie ser­ca urzą­dze­nia – mo­du­łu cen­tral­ne­go try­ge­ra, a więc klu­czo­we­go ele­men­tu po­kła­do­we­go sys­te­mu zbie­ra­nia da­nych” – mó­wi prof. Krzysz­tof Ku­rek, dy­rek­tor NCBJ – „dziś mo­że­my po­wie­dzieć, że dys­po­nu­je­my uni­ka­to­wym know-how w za­kre­sie bu­do­wy apa­ra­tu­ry ko­smicz­nej, jak rów­nież ma­my moż­li­wość bez­po­śred­nie­go od­czy­ty­wa­nia i in­ter­pre­to­wa­nia ze­bra­nych przez sa­te­li­tę da­nych, do któ­rych nikt na świe­cie nie miał do­stę­pu wcze­śniej”.

Nau­kow­cy ze Świer­ka zdo­by­te do­świad­cze­nia za­mie­rza­ją wy­ko­rzy­stać tak­że w in­nych dzie­dzi­nach. Obec­nie tr­wa­ją roz­mo­wy do­ty­czą­ce moż­li­wo­ści zbu­do­wa­nia in­no­wa­cyj­nych de­tek­to­rów Cze­ren­ko­wa czy wpro­wa­dze­nia ulep­szo­nych roz­wią­zań w to­mo­gra­fii kom­pu­te­ro­wej, któ­ra znaj­du­je co­raz szer­sze za­sto­so­wa­nia w me­dy­cy­nie ją­dro­wej, szcze­gól­nie w dia­gno­sty­ce i te­ra­pii cho­rób on­ko­lo­gicz­nych.

Bły­ski pro­mie­nio­wa­nia gam­ma, choć od­kry­te na prze­ło­mie lat 60-tych i 70-tych XX wie­ku, wciąż sta­no­wią du­żą za­gad­kę dla na­ukow­ców. Pierw­szych ob­ser­wa­cji do­ko­na­ły ame­ry­kań­skie sa­te­li­ty szpie­gow­skie w okre­sie zim­nej woj­ny. Szu­ka­jąc do­wo­dów na pro­wa­dze­nie prób ją­dro­wych (pro­mie­nio­wa­nie gam­ma po­wsta­je m.in. pod­czas wy­buchu bom­by ato­mo­wej) za­ob­ser­wo­wa­ły ta­kie sy­gna­ły po­cho­dzą­ce spo­za Zie­mi. W to­ku in­ten­syw­nych ba­dań do­wie­dzio­no, że roz­bły­ski od­po­wia­da­ją naj­sil­niej­szym wy­buchom we Wszech­świe­cie, pod­czas któ­rych w bar­dzo krót­kim cza­sie i ma­łym ob­sza­rze emi­to­wa­nej jest ty­le ener­gii, że wy­buch naj­więk­szej bom­by ato­mo­wej jest przy nich drob­nost­ką. Zgod­nie z prze­wi­dy­wa­nia­mi prof. Bog­da­na Pa­czyń­skie­go oka­za­ło się, że ich źró­dła znaj­du­ją się w in­nych ga­lak­ty­kach, od­le­głych czę­sto o mi­liar­dy lat świetl­nych. Do dziś nie uda­ło się po­znać w peł­ni ich na­tu­ry. Obec­nie wią­że się je z wy­bu­cha­mi tzw. hi­per­no­wych oraz ze zde­rze­nia­mi ukła­dów obiek­tów zwar­tych, np. dwóch gwiazd neu­tro­no­wych czy gwiaz­dy neu­tro­no­wej z czar­ną dziu­rą. Jed­nak aby po­twier­dzić te sce­na­riu­sze i zro­zu­mieć ich szcze­gó­ło­wy me­cha­nizm, po­trze­ba wie­lu do­dat­ko­wych ob­ser­wa­cji.

NCBJ ma wie­lo­let­nie do­świad­cze­nie w dzie­dzi­nie sa­te­li­tar­nych eks­pe­ry­men­tów astro­fi­zycz­nych: pol­scy na­ukow­cy ak­tyw­nie uczest­ni­czy­li w ana­li­zie da­nych ja­poń­skie­go pro­jektu AKARI, za­an­ga­żo­wa­ni są obec­nie pro­jekty JEM-EUSO i ATHENA. Od­po­wied­ni­ków roz­bły­sków gam­ma w dzie­dzi­nie optycz­nej po­szu­ku­je zaś pro­jekt „Pi of the Sky”.