FAST: nový způsob získávání dat o jedněch z nejvzácnějších částic ve vesmíru

Ultra-vysokoenergetické kosmické záření patří k nejvzácnějším jevům v astrofyzice: částice s energiemi nad 100 EeV (10²⁰ eV) dopadají na Zemi přibližně v řádu jedné částice na kilometr čtvereční za 100 let. Jde o fascinující objekty, protože jediná subatomární částice může nést energii, která se vyrovná kinetické energii objektů, které známe – podobnou energii má třeba tenisový míček vypálený z rakety profesionálního tenisty. Aby se zvýšila naše šance tyto vzácné částice polapit, vznikl experiment FAST, který má potenciál snadno provozovatelnými fluorescenčními teleskopy pokrýt velmi velké oblasti a dlouhodobě sbírat data o těchto extrémně energetických částicích. Teleskopy FAST již pracují na obou polokoulích v úzké spolupráci s největšími astročásticovými observatořemi Telescope Array a Pierre Auger. Teleskopy umístěné na jižní polokouli nyní přecházejí k plně autonomnímu provozu.

Druhá generace teleskopů FAST instalovaná na jižní polokouli (Malargüe, Argentina).

Klíčovou překážkou je, že signál kosmické spršky vyvolané primární částicí s vysokou energií v zemské atmosféře je v teleskopech FAST velmi slabý. Tým provozující teleskopy FAST proto vypracoval nové algoritmy pro sbírání dat. Zjednodušeně řečeno: musíme v reálném čase poznat, zda to, co vidíme v detektoru, skutečně odpovídá příchodu kosmické částice, a nikoliv pouze kolísání šumu detektoru. Testy na simulacích i na reálných datech z jižní FAST stanice ukázaly, že nové algoritmy jsou pro FAST výrazně vhodnější než převzaté přístupy inspirované největšími observatořemi. Výsledky shrnuje práce nedávno publikovaná v časopise Results in Engineering [1].

„Nešlo nám jen o to, aby algoritmus něco našel, ale aby fungoval spolehlivě i na slabé signály a byl jednoduše implementovatelný do hardwaru,“ konstatuje hlavní autor článku Jakub Kmec ze Společné laboratoře optiky UP a FZÚ AV ČR. „Ze dvou nově navržených variant algoritmu nakonec jako nejpraktičtější vychází jednodušší přístup, protože má srovnatelný výkon, ale snazší implementaci v elektronice detektoru“, vysvětluje Jakub Kmec a dodává: „V článku navíc ukazujeme i první odhad citlivosti FAST teleskopu na jižní polokouli. FAST teleskop by měl být schopen zachytit částice s energiemi kolem 60 EeV až na vzdálenosti do 20 kilometrů. To je důležitý krok k tomu, aby FAST mohl v budoucnu přispět k řešení otázky původu nejenergetičtějších kosmických spršek.“ Na práci se podílel mezinárodní tým včetně pracovníků z Univerzity Palackého v Olomouci a Fyzikálního ústavu akademie věd ČR spolu s kolegy z Japonska, USA, Itálie a Německa.

Události detekované teleskopem FAST na jižní polokouli jako funkce energie a kolmé vzdálenosti k ose spršky. Černá linie ukazuje předběžný odhad citlivosti teleskopu FAST.

[1] Kmec, J; Bořil, P; Bradfield, F; Černý, K; Chytka, L; Fujii, T; Horváth, P; Hrabovský, M; Jílek, V; Kvita, J; Mastrodicasa, M; Matthews, JN; Michal, S; Niechciol, M; Nožka, L; Palatka, M; Pech, M; Privitera, P; Salamida, F; Sakurai, S; Schovánek, P; Šmída, R; Svozilíková, Z; Tachibana, H; Taketa, A; Thomas, SB; Trávníček, P; Vacula, M; Záhora, J; Mandát, D; Hamal, P: Detection of ultra-high-energy cosmic rays in the southern hemisphere with FAST: Data acquisition and preliminary results,Results Eng. 30 (2026), 110063. DOI 10.1016/j.rineng.2026.110063.