Čeští astronomové a fyzikové se stanou důležitou součástí projektu Evropské vesmírné agentury (ESA), který má být jedním z pilířů moderní astronomie. Zkonstruují řídicí jednotku hlavního vědeckého přístroje na doposud největším evropském zařízení, které kdy bylo pro výzkum kosmu navrženo.
Tím přístrojem má být hlavní rentgenový detektor (X-IFU) a velkou "vesmírnou laboratoří" pak vesmírný dalekohled Athena, s plánovaným rozpočtem přesahujícím miliardu eur, jak pro vědecký přístroj X-IFU, tak i pro samotnou družici Athenu.
"Jedná se o stovky kilogramů těžké zařízení, na kosmické poměry obrovský přístroj, zřejmě nejsložitější, jaký kdy ESA vyvíjela," popisuje detektor X-IFU jeden z vedoucích členů českého týmu Jan Souček z Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd. "K tomuto systému budeme vyvíjet něco, co by se dalo přirovnat k řídicí jednotce v automobilu."
Modul nazvaný Remote Terminal Unit má za úkol monitorovat správnou funkci a provozní parametry některých částí detektoru. "Bude regulovat chladicí systém či ovládat a nastavovat parametry elektroniky, zodpovědné za vyčítání obrazu z detektoru. K jeho funkcím patří i další servisní úkony, například po startu družice otevře dveře detektoru," popisuje Jan Souček.
Na projektu spolupracuje Astronomický ústav AV ČR a Ústav fyziky atmosféry AV ČR. Český tým se stane součástí vědeckého konsorcia mise a bude mít exkluzivní přístup k získaným datům.
Češi ví, jak vypadá záření z okolí černých děr
Přizvání Čechů k prestižnímu projektu se podařilo hlavně díky dobrému renomé astronomického ústavu v oblasti modelování záření v silném gravitačním poli a při vysokých rychlostech.
"Máme zázemí v oblasti teorie, popisující, jak záření z okolí černých děr vypadá. Vytváříme teoretické modely, které pak uplatňujeme při zpracování rentgenových pozorování," vysvětluje Jiří Svoboda, vedoucí výzkumného týmu z astronomického ústavu.
K plnohodnotné účasti v konsorciu bylo třeba zajistit hardwarový příspěvek k vybudování detektoru a za tímto účelem spojil astronomický ústav síly s ústavem fyziky atmosféry, který má bohaté zkušenosti s vývojem elektroniky pro umělé družice a kosmické sondy a také má vlastní vědecký zájem na této misi, zaměřený na pozorování Jupiteru, Marsu a dalších objektů sluneční soustavy v rentgenové části spektra.
Země, která přispěje svým hardwarem a stane se tak členem konsorcia, pak bude moci například spolurozhodovat o tom, co přesně by měl detektor pozorovat. Na projektu se podílí celkem třináct evropských zemí a jejich práci koordinuje francouzský vědecký tým z laboratoře IRAP v Toulouse s podporou francouzské kosmické agentury CNES.
Startovat se má v roce 2031
Start mise Athena se plánuje na rok 2031 a vědci se netají vysokými ambicemi včetně zmiňovaného výzkumu černých děr, které jsou po nedávném pořízení prvního snímku tohoto tajemného objektu celosvětovým vesmírným hitem.
"Athena by nám mohla pomoci odhalit, jak černé díry vznikají. Její citlivý rentgenový detektor dokáže zachytit i mnohem slabší zdroje rentgenového záření, a tudíž pozorovat i mnohem vzdálenější objekty. Pomůže nám také odhalit, jak vznikaly velké struktury hmoty, které ve vesmíru pozorujeme - tedy jak se formují galaxie do galaktických kup, které pak vytvářejí kosmické pavučiny," vysvětluje Jiří Svoboda. Podle něj by díky nové družici mohli vědci přijít na to, jakou roli při vzniku těchto struktur hrála temná hmota, a možná i poodhalí její původ.
Nová družice by totiž měla dokázat mnohem přesněji určit energii každého fotonu, který zachytí, a to až s padesátkrát vyšší přesností, než umožňují současné rentgenové detektory. Pomocí těchto parametrů lze určit například složení horkého plynu v mezigalaktickém prostoru či v centrech galaxií a pomůže odhalit samotné záření z těsné blízkosti černých děr, které je klíčem k jejich lepšímu poznání.
Český výzkum černých děr má už tradici
Zkoumání černých děr má již nyní tradici na astronomickém ústavu, který se jimi zabývá v oblasti teoretického bádání i prostřednictvím současné rentgenové družice Evropské vesmírné agentury XMM-Newton. "Hmota je urychlená na vysoké rychlosti a zahřátá na vysoké teploty. Dochází tedy k velkému uvolňování energií, a proto je záření tak energetické, že jej pozorujeme zejména v rentgenovém oboru," vysvětluje pozorované dění v blízkosti černých děr Jiří Svoboda.
Projekt Athena je zatím na samotném počátku. V následujících třech letech budou čeští vědci v rámci mezinárodního konsorcia specifikovat funkce a technické vlastnosti řídicí jednotky a její interakci s ostatními součástmi přístroje, vyvíjenými v dalších dvanácti zemích. Do roku 2021 také musí přijít s prototypem, na kterém se poprvé ověří správnost navrženého technického řešení. Na konci této fáze projde návrh celé družice kontrolním procesem, kdy se ukáže, jak bude vše dohromady fungovat a zda technický návrh splňuje všechny požadavky.
"Až tehdy bude definitivně potvrzeno, že Athena opravdu poletí a že do projektu Evropská vesmírná agentura vloží onu miliardu eur," říká Jan Souček. "Zatím se ještě nestalo, že by byl takto velký projekt v tomto bodě zastaven, ale ESA může požadovat podstatné změny a případně zpozdit start," dodává.
