Foto: José Silva jménem týmu GUSTO

Teleskop GUSTO společnosti NASA, visí na hangárovém jeřábu během testů zaměřování dalekohledů „Balónového zařízení s dlouhou dobou trvání„, na Rossově ledovém šelfu poblíž stanice McMurdo v Antarktidě, americké Národní vědecké nadace, dne 6. prosince 2023. Specialisté mise kalibrovali použité hvězdné kamery k určení směru namíření dalekohledu.

Na rozlehlém ledovém příkrovu v Antarktidě připravují vědci a inženýři experiment NASA s názvem GUSTO, který má prozkoumat vesmír na balónu. GUSTO odstartuje z Ross Ice Shelf poblíž výzkumné základny Stanice McMurdo americké National Science Foundation nejdříve 21. prosince.

GUSTO, což je zkratka pro Galactic/Extragalactic ULDB Spectroscopic Terahertz Observatory, bude nahlížet do prostoru mezi hvězdami nazývaného mezihvězdné médium. Balónový dalekohled pomůže vědcům vytvořit 3D mapu velké části Mléčné dráhy v extrémně vysokofrekvenčních rádiových vlnách. Při zkoumání oblasti 100 čtverečních stupňů bude GUSTO zkoumat mnoho fází mezihvězdného média a množství klíčových chemických prvků v galaxii.

Studiem LMC a jejím porovnáním s Mléčnou dráhou, budeme schopni pochopit, jak se galaxie vyvíjejí od raného vesmíru až do současnosti.

Poznámka redakce: Mise GUSTO úspěšně odstartovala na vědeckém balónu z Antarktidy 31. prosince, 19:30 místního času (31. prosince, 1:30 EST). Balón se vznáší 128 000 stop nad zemským povrchem a lze jej sledovat v reálném čase na webových stránkách NASA – Balónové zařízení Columbia Scientific zde.

Konkrétně bude GUSTO skenovat mezihvězdné médium na uhlík, kyslík a dusík, protože jsou kritické pro život na Zemi. Tyto prvky mohou vědcům také pomoci rozmotat složitou síť procesů, které tvoří mezihvězdné médium.  

Zatímco naše galaxie překypuje miliardami hvězd, včetně našeho Slunce, které jsou samy o sobě zajímavé, prostor mezi nimi ukrývá množství vodítek o tom, jak se hvězdy a planety rodí.

Mezihvězdné médium je místo, kde se difúzní, studený plyn a prach hromadí do gigantických kosmických struktur nazývaných molekulární mračna, které se za správných podmínek mohou zhroutit a vytvořit nové hvězdy. Z vířícího disku materiálu kolem mladé hvězdy se mohou tvořit planety.

GUSTO je jedinečné ve své schopnosti prozkoumat první část tohoto procesu, „abychom porozuměli tomu, jak se tyto mraky vůbec tvoří,“ řekl Chris Walker, hlavní výzkumník GUSTO na University of Arizona. GUSTO je spolupráce mezi NASA, University of Arizona, Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) a Nizozemským institutem pro výzkum vesmíru (SRON); stejně jako MIT, JPL, Smithsonian Astrophysical Observatory a další.

Nakonec, když hmotné hvězdy zemřou a explodují jako supernovy, masivní rázové vlny se čeří molekulárními mračny, což může vést k tomu, že se zrodí více hvězd, nebo mraky jednoduše zničí. GUSTO se také může podívat na tuto koncovou fázi molekulárních mraků.

GUSTO funguje jako kosmické rádio, vybavené tak, aby „poslouchalo“ konkrétní vesmírné složky. To proto, že snímá vysokofrekvenční signály, které přenášejí atomy a molekuly. „T“ v GUSTO znamená „terahertz“ – to je asi tisíckrát vyšší frekvence, než jsou frekvence, na kterých fungují mobilní telefony.

„V podstatě máme tento rádiový systém, který jsme postavili, že můžeme otočit knoflíkem a naladit frekvenci těchto linek,“ řekl Walker. „A když něco slyšíme, víme, že jsou to oni.“ Víme, že jsou to ty atomy a molekuly.“

Jak se dalekohled pohybuje po obloze, vědci jej použijí k mapování intenzity a rychlosti signálů z konkrétních atomů a molekul na každé pozici. „Pak se můžeme vrátit a spojit tečky a vytvořit obrázek, který vypadá jako fotografie toho, jak emise vypadá,“ řekl Walker.

Foto: José Silva jménem týmu GUSTO

Taková pozorování nelze provádět pro uhlík, dusík a kyslík ze pozemských dalekohledů, protože vodní pára v naší atmosféře absorbuje světlo z dotyčných atomů a molekul a ruší měření. Na balónu asi 120 000 stop nad zemí poletí GUSTO nad většinou této vodní páry. „Pro typ vědy, kterou děláme, je to stejně dobré jako být ve vesmíru,“ řekl Walker.

Dalekohled GUSTO také odhalí 3D strukturu Velkého Magellanova mračna neboli LMC, trpasličí galaxie poblíž naší Mléčné dráhy. LMC připomíná některé z galaxií raného vesmíru, které zkoumá vesmírný teleskop Jamese Webba z NASA. Ale protože LMC je mnohem blíže než vzdálené rané galaxie, vědci ji mohou prozkoumat podrobněji pomocí GUSTO.

„Studiem LMC a jejím porovnáním s Mléčnou dráhou budeme schopni porozumět tomu, jak se galaxie vyvíjejí od raného vesmíru až do současnosti,“ vysvětlil Walker.

Očekává se, že GUSTO bude létat nejméně 55 dní na balónu s nulovým tlakem o objemu 39 milionů kubických stop, což je typ balónu, který může létat vysoko po dlouhou dobu v Australském létě nad Antarktidou a má průměr fotbalového hřiště jako to plave.

Antarktida poskytuje pro GUSTO ideální místo pro start. Během léta na jižní polokouli se na kontinent dostává stálé sluneční světlo, takže vědecký balón tam může být mimořádně stabilní. Atmosférická zóna kolem jižního pólu navíc generuje studený rotující vzduch, vytváří jev zvaný anticyklóna, který umožňuje balónům létat v kruzích bez rušení.

„Mise budou létat v kruzích kolem jižního pólu celé dny nebo týdny v kuse, což je pro vědeckou komunitu opravdu cenné,“ řekl Andrew Hamilton, šéf NASA Balloon Program Office na Wallops Flight Facility ve Virginii. „Čím déle mají na pozorování, tím více vědy mohou získat. 

GUSTO je první experiment na balónu v programu NASA Explorer. Má stejný vědecký dosah jako vesmírné družice programu, jako je TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) a IXPE (Imaging X-Ray Polarimetry Explorer).

„S GUSTO se opravdu snažíme být průkopníkem,“ řekl Kieran Hegarty, programový manažer pro GUSTO ve společnosti APL. „Chceme ukázat, že vyšetřování balónů přináší přesvědčivou vědu.“

Celkem dvanáct členů týmu mise z University v Arizoně a APL je na místě v Antarktidě a provádějí poslední kontroly před startem teleskopu GUSTO. S tuleni a tučňáky poblíž, Walker a jeho kolegové tvrdě pracují na přípravě tohoto experimentu na jeho konečné dobrodružství na obloze. Pro Walkera představuje GUSTO asi 30 let úsilí, vyústění mnoha experimentů z pozemských dalekohledů a dalších balónových snah.

„Všichni se cítíme velmi šťastní a privilegovaní, že můžeme dělat misi jako je tato – mít příležitost dát dohromady nejpokročilejší terahertzový přístroj na světě, jaký byl kdy vytvořen, a poté jej přetáhnout přes půl světa a poté spustit,“ řekl. „Je to výzva, ale cítíme se poctěni a pokořeni, že jsme schopni to udělat.“

Foto: José Silva jménem týmu GUSTO/NASA

Foto: NASA/Scott Battaion

Foto: José Silva jménem týmu GUSTO/NASA

O misi

V březnu 2017 si Divize astrofyziky NASA vybrala Explorer Mission of Opportunity GUSTO (Galactic/Extragalactic ULDB Spectroscopic Terahertz Observatory), aby změřila emise z mezihvězdného média a pomohla vědcům určit životní cyklus mezihvězdného plynu průzkumem velké oblasti naší galaxie Mléčná dráha. a Velký Magellanův oblak. Misi GUSTO vede hlavní řešitel Christopher Walker z University of Arizona v Tucsonu. Součástí týmu je také laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse v Laurel, Maryland, která poskytla balónovou platformu pro montáž přístrojového vybavení, známého jako gondola, a projektový management GUSTO. Univerzita v Arizoně poskytla teleskop GUSTO a nástroj ohniskové roviny, který zahrnuje technologie detektorů z laboratoře NASA Jet Propulsion Laboratory v Pasadeně v Kalifornii, Massachusetts Institute of Technology v Cambridge, Arizona State University v Tempe a  SRON Netherlands  Institute for Space Research.