CTAO ERIC otevírá gama okno do vesmíru

Dne 7. ledna 2025 Evropská komise svým rozhodnutím 2025/7 zřídila CTAO ERIC, konsorcium evropské výzkumné infrastruktury (ERIC) Observatoře soustavy Čerenkovových teleskopů (CTAO), jejímž cílem je vybudování a provoz soustavy více než 60 Čerenkovových teleskopů k pozorování vesmíru v oblasti gama záření.
Zakládajícími členy konsorcia jsou kromě hostitelské Itálie i ČR, Francie, Německo, Polsko, Rakousko, Slovinsko, Španělsko a ESO (Evropská jižní observatoř). Zakládajícím pozorovatelem konsorcia se stane Švýcarsko, strategickým partnerem bude Japonsko a mezi další spolupracující země bude patřit Austrálie či Brazílie. Spolupráce bude probíhat i s jednotlivými výzkumnými organizacemi z USA.
O zřízení CTAO ERIC se usilovalo 7 let, dosud byly aktivity směřující k vybudování observatoře CTA provozovány pod hlavičkou organizace CTAO gGmbH.
Na realizaci projektu se prostřednictvím Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy (MŠMT) a projektu velké výzkumné infrastruktury CTA-CZ podílí i čtyři české instituce: Fyzikální ústav AV ČR, Astronomický ústav AV ČR, Univerzita Palackého v Olomouci a Univerzita Karlova. Klíčovou roli při budování observatoře CTA sehrála Společná laboratoř optiky, společné pracoviště Univerzity Palackého a Fyzikálního ústavu AV ČR.

Lokalizace a současný stav observatoře

Observatoř soustavy Čerenkovových teleskopů (Cherenkov Telescope Array Observatory, CTAO) má být největší a nejvýkonnější observatoří pro astronomii vysokoenergetického záření gama na světě s energetickým rozsahem (20 GeV – 300 TeV). K pokrytí širokého energetického rozsahu byly pro CTAO vyvinuty tři typy dalekohledů specializované na různé části vysokoenergetického spektra – velké dalekohledy (LST), střední dalekohledy (MST) a malé dalekohledy (SST). První prototypy těchto teleskopů už byly testovány, bylo namodelováno jejich optimální rozmístění ve vybraných lokalitách a zahájeno budování infrastruktury a inženýrských sítí. Vlastní observatoř bude sestávat ze 2 částí – severní část na ostrově La Palma (Kanárské ostrovy, Španělsko) s celkem 13 teleskopy a jižní část v oblasti Paranal (poušť Atacama, Chile) s celkem 51 teleskopy. V obou částech již dochází k intenzivnímu budování observatoře – v jižní části se jedná o budování síťové infrastruktury, v severní části se již konstruují první teleskopy. Součástí výzkumné infrastruktury je i Centrum pro správu vědeckých dat (SDMC) pod správou Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY v Zeuthenu (Německo) a ústředí sídlící v Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) v Boloni (Itálie). V nadcházejících měsících se observatoř CTAO bude připravovat na integraci a provoz pokročilého softwaru určeného k ovládání dalekohledů a jejich podpůrných zařízení přímo na místě, jakož i ke zpracování dat.

Princip a význam CTAO

Dalekohledy CTAO detekují Čerenkovovo světlo, vedlejší produkt interakce gama záření s atmosférou. Gama záření vytváří po vstupu do atmosféry tzv. spršky, kaskády částic, které se pohybují rychleji než světlo ve vzduchu a generují modré záblesky trvající jen miliardtiny sekundy. Zrcadla dalekohledů CTAO odráží světlo do kamer, které snímají události rychlostí miliardy snímků za vteřinu. Časové informace o detekovaném světle se předávají do centrálních výpočetních zařízení k dalšímu zpracování a k archivaci. Observatoř vygeneruje stovky petabajtů (PB) dat za rok (~3 PB po kompresi) a na základě svého závazku bude první gama observatoří, která bude poskytovat veřejný přístup ke svým vědeckým datům i softwarovým produktům. Jelikož atmosférické spršky pocházející od primárního gama záření jsou dosti vzácným jevem, buduje CTAO soustavu teleskopů umístěných v co největší vzdálenosti od sebe, tj. jak na severní polokouli (ostrov La Palma), tak i na polokouli jižní (observatoř Paranal).

Vznikající nejvýkonnější observatoř pro astronomii záření gama pomůže vědcům řešit nejsložitější otázky astrofyziky. Získají například více informací o černých dírách, budou pátrat po temné hmotě nebo po odchylkách od Einsteinovy teorie relativity či se budou snažit pochopit původ a úlohu kosmických částic.

Účast České republiky a Společné laboratoře optiky

„Česká republika se podílí účastí na výstavbě a provozu teleskopů Large Size Telescope o průměru 24 metrů na observatoři na Kanárských ostrovech a současně čeští vědci vyvíjí a instalují zařízení zjišťující okamžité vlastnosti atmosféry. Zprovoznili tři robotické dalekohledy FRAM (Fotometrický Robotický Atmosférický Monitor), celooblohové kamery, ceilometry nebo měsíční a sluneční fotometry. Česká účast na budování a provozu CTAO je financována z prostředků velkých výzkumných infrastruktur MŠMT,” vysvětluje Michael Prouza, ředitel Fyzikálního ústavu AV ČR a současný vedoucí české účasti v CTAO.

Hlavním příspěvkem ČR k budování observatoře je jednak podíl na přípravě a testování optických ploch pro teleskopy MST a zejména SST (ČR je součástí konsorcia, které vyvinulo teleskop SST-1M, jenž se ale bohužel i přes své nesporné výhody nestal vybraným typem SST pro jižní část observatoře CTAO). ČR pro observatoř dodává i dalekohledy FRAM pro monitorování aerosolů v ovzduší. Tyto dalekohledy již posloužily při výběru lokalit pro umístění observatoře CTAO, kdy monitorovaly oblačnost ve vybraných místech. Dvojice teleskopů SST-1M byla instalována v areálu Ondřejovské hvězdárny, kde dochází k jejich testování v reálných podmínkách, včetně astronomických pozorování. Zároveň si je zde mohou návštěvníci areálu hvězdárny prohlédnout, neboť jsou umístěny na volném prostranství mimo budovy, jak je pro tento typ teleskopů typické. Ačkoliv se jedná o "malé teleskopy" (small-size telescope), jsou s průměrem zrcadla 4 metry největšími dalekohledy v ČR.

„Hlavní přínosy českých partnerů tohoto projektu spočívají ve vývoji technologií, odborném know-how a výrobě klíčových komponent. Čeští vědci a technici se podíleli na návrhu a stavbě komponent velkých teleskopů LST, které pokrývají nižší energetický rozsah gama záření. Náš příspěvek zahrnoval vývoj systémů zaměřených na optiku, mechaniku a ovládání teleskopů, přičemž ČR měla a bude mít významný podíl zejména na optických částech," uvedl Miroslav Pech ze Společné laboratoře optiky.

Čeští odborníci se také zapojili do vývoje a testování malých teleskopů SST-1M, které jsou určeny pro pozorování nejvyšších energií gama záření. Český tým se soustředil na optickou kalibraci a inovace v konstrukci a montáži těchto teleskopů. Česká republika přispěla výrobou precizních optických prvků, jako jsou zrcadla a další optické systémy splňující nejvyšší požadavky na kvalitu povrchu a odrazivost. Vědci se v tuzemských laboratořích zaměřili také na vývoj tenkých optických vrstev, přípravu povrchů zrcadel, metodiku charakterizace a měřicí mechanismy optických prvků. Navíc poskytli odborné kapacity pro testování a certifikaci komponent v oblasti optiky, mechaniky a elektroniky. Významný podíl mají rovněž v oblasti atmosférického monitoringu, který je klíčový pro správnou interpretaci měření gama záření, a při výběru kandidátských míst pro budování observatoře.

„Díky zapojení českých institucí, jako je Univerzita Palackého, se ČR etablovala jako důležitý partner v mezinárodním konsorciu CTA. Výroba zrcadel, mechanických součástí a další klíčové technologie vyvinuté v ČR odpovídají přísným požadavkům na stabilitu a přesnost v extrémních podmínkách. Český přínos k vývoji optických systémů a technologií pro teleskopy SST-1M a LST byl zásadní pro realizaci projektu CTA na světové úrovni,“ podotkl Miroslav Pech.

Použité zdroje:

https://www.fzu.cz
https://www.vyzkumne-infrastruktury.cz
https://www.zurnal.upol.cz