Nowa era badań Wszechświata. Cztery potężne teleskopy gamma zainaugurowano na La Palmie

Cztery teleskopy o zwierciadłach średnicy 23 metrów pozwolą naukowcom badać supermasywne czarne dziury, gwiazdy neutronowe i najodleglejsze źródła promieniowania gamma. 15 października 2026 r. w Obserwatorium Roque de los Muchachos na hiszpańskiej wyspie La Palma odbyła się inauguracja zespołu teleskopów Large-Sized Telescope (LST), będącego częścią powstającego Obserwatorium CTAO. W realizacji tego międzynarodowego przedsięwzięcia uczestniczą również polscy naukowcy, w tym zespoły z instytutów Polskiej Akademii Nauk.

W uroczystości inauguracji zespołu teleskopów LST w ośrodku CTAO-Północ wzięło udział 250 naukowców i przedstawicieli wiodących instytucji badawczych z całego świata. Zakończenie budowy czterech teleskopów stanowi ważny etap rozwoju astronomii promieniowania gamma i przybliża pełne uruchomienie działalności naukowej Obserwatorium CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory).

Nowe instrumenty umożliwią obserwowanie jednych z najbardziej energetycznych zjawisk zachodzących we Wszechświecie, a także badanie obiektów znajdujących się miliardy lat świetlnych od Ziemi.

Cztery teleskopy do badania ekstremalnego Wszechświata

Każdy z teleskopów LST wyposażony jest w zwierciadło o średnicy 23 metrów oraz nowoczesne, ultraszybkie kamery. Instrumenty zostały zaprojektowane do rejestrowania niezwykle słabych błysków promieniowania Czerenkowa, powstających w atmosferze ziemskiej w wyniku oddziaływania z nią promieniowania gamma o bardzo wysokich energiach.

Teleskopy LST będą najbardziej czułymi na świecie instrumentami do obserwacji promieniowania gamma w zakresie energii od około 20 gigaelektronowoltów (GeV) do kilku teraelektronowoltów (TeV).

Ich wyjątkowa czułość pozwoli wykrywać zarówno bardzo odległe źródła promieniowania gamma, jak i krótkotrwałe zjawiska astronomiczne. Ma to szczególne znaczenie, ponieważ promieniowanie gamma o bardzo wysokich energiach jest stopniowo pochłaniane podczas przemierzania przestrzeni kosmicznej. Dzięki możliwości prowadzenia obserwacji przy stosunkowo niskich energiach teleskopy LST pozwolą naukowcom sięgać dalej w przeszłość Wszechświata oraz dokładniej śledzić gwałtowne zmiany jasności dynamicznie ewoluujących obiektów.

Od pierwszego teleskopu do pełnej sieci LST

Pierwszy teleskop, LST-1, rozpoczął dostarczanie istotnych wyników naukowych już w 2020 r., podczas fazy uruchamiania i testów. Wykorzystywano go między innymi do obserwacji pulsarów, badania aktywnych jąder galaktyk znajdujących się w odległościach kosmologicznych oraz szybkiego śledzenia zjawisk przejściowych, takich jak nowe i rozbłyski gamma.

Do LST-1 dołączyły obecnie trzy kolejne instrumenty: LST-2, LST-3 i LST-4. Razem utworzą pełny zespół czterech teleskopów, które będą mogły jednocześnie obserwować te same pęki cząstek powstające w atmosferze pod wpływem promieniowania gamma.

Obserwowanie tego samego zjawiska z różnych kierunków pozwoli znacznie zwiększyć czułość pomiarów, poprawić rozdzielczość kątową oraz dokładność wyznaczania energii promieniowania. Otworzy to nowe możliwości precyzyjnych badań Wszechświata w zakresie promieniowania gamma.

– Ukończenie zespołu teleskopów LST jest zwieńczeniem ponad piętnastu lat międzynarodowej współpracy i innowacji technologicznych. Teleskopy te pozwolą nam badać jedne z najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie, w tym supermasywne czarne dziury i gwiazdy neutronowe, możliwe źródła promieni kosmicznych oraz naturę ciemnej materii – powiedział prof. Masahiro Teshima, główny badacz współpracy LST i rzecznik konsorcjum CTAO.

Spojrzenie w przeszłość sprzed 12 miliardów lat

Jednym z najważniejszych zadań teleskopów LST będzie badanie odległego Wszechświata. Instrumenty te stanowią podstawowy element ośrodka CTAO-Północ odpowiedzialny za obserwacje promieniowania gamma przy energiach rozpoczynających się od kilkudziesięciu GeV.

Dzięki wysokiej czułości w tym zakresie naukowcy będą mogli badać obiekty z epoki sprzed około 12 miliardów lat, kiedy Wszechświat miał mniej niż dwa miliardy lat.

Szczególnie istotna będzie możliwość wykrywania jasnych rozbłysków gamma o bardzo wysokich energiach, pochodzących ze źródeł o dużym przesunięciu ku czerwieni. Naukowcy przewidują, że obserwacje mogą objąć obiekty o przesunięciu ku czerwieni sięgającym wartości z ≈ 4. Pozwoliłoby to uzyskać nowe informacje o procesach fizycznych zachodzących we wczesnym Wszechświecie.

W nadchodzących latach cztery teleskopy LST będą stopniowo uruchamiane i włączane do regularnych obserwacji w ramach CTAO. Wspólnie z pozostałymi instrumentami planowanymi w obu lokalizacjach Obserwatorium posłużą do poszukiwania odpowiedzi na fundamentalne pytania astrofizyki, fizyki cząstek elementarnych i kosmologii.

Badacze będą starali się między innymi wyjaśnić naturę ciemnej materii, pochodzenie promieniowania kosmicznego oraz mechanizmy działania najpotężniejszych naturalnych akceleratorów cząstek we Wszechświecie.

Międzynarodowa współpraca przy budowie teleskopów

Za projektowanie, budowę i uruchamianie teleskopów LST odpowiada międzynarodowa współpraca naukowców, inżynierów i instytucji badawczych. W ramach przedsięwzięcia opracowano zaawansowane rozwiązania z zakresu optyki, fotodetekcji, mechaniki i szybkich układów elektronicznych, które pozwalają osiągnąć najniższy dotychczas próg energetyczny w naziemnych obserwatoriach promieniowania gamma.

W projekcie uczestniczą instytucje z 11 państw: Brazylii, Bułgarii, Czech, Chorwacji, Francji, Hiszpanii, Japonii, Niemiec, Polski, Szwajcarii i Włoch.

Jedyną polską instytucją naukową należącą bezpośrednio do współpracy LST jest Uniwersytet Łódzki. Jego naukowcy opracowywali między innymi algorytmy kalibracji i czyszczenia danych wykorzystywane w teleskopie LST-1. Rozwiązania te będą stosowane również w trzech pozostałych instrumentach.

Istotny wkład w funkcjonowanie sieci LST ma także Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN (CAMK PAN). Zespół z tego instytutu odegrał znaczącą rolę w opracowaniu systemu oprogramowania sterującego ACADA, który będzie wykorzystywany przez teleskopy LST.

CTAO – największe obserwatorium promieniowania gamma na świecie

Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) będzie największym i najpotężniejszym na świecie obserwatorium astronomicznym przeznaczonym do badania promieniowania gamma.

Dzięki bezprecedensowej precyzji pomiarów oraz szerokiemu zakresowi obserwowanych energii – od 20 GeV do 300 TeV – naukowcy będą mogli prowadzić badania w trzech głównych obszarach:

• Pochodzenie i rola relatywistycznych cząstek kosmicznych – badanie źródeł, procesów przyspieszania oraz oddziaływań cząstek poruszających się z prędkościami bliskimi prędkości światła.
• Ekstremalne środowiska astrofizyczne – poznawanie procesów zachodzących w otoczeniu czarnych dziur, gwiazd neutronowych i innych obiektów emitujących promieniowanie o bardzo wysokich energiach.
• Nowe granice fizyki – poszukiwanie ciemnej materii oraz ewentualnych odstępstw od przewidywań teorii względności Einsteina.

Aby umożliwić obserwacje w tak szerokim zakresie energii, CTAO wykorzysta trzy rodzaje instrumentów: teleskopy dużych rozmiarów LST (Large-Sized Telescope), średnich rozmiarów MST (Medium-Sized Telescope) oraz małych rozmiarów SST (Small-Sized Telescope).

Docelowo ponad 60 teleskopów zostanie rozmieszczonych w dwóch ośrodkach obserwacyjnych: CTAO-Północ, zlokalizowanym w Obserwatorium Roque de los Muchachos na wyspie La Palma w Hiszpanii, oraz CTAO-Południe, powstającym w Obserwatorium Paranal na pustyni Atakama w Chile.

Setki petabajtów danych i otwarta nauka

CTAO będzie również jednym z największych przedsięwzięć typu Big Data we współczesnej astronomii. Obserwatorium ma generować setki petabajtów danych rocznie, co po kompresji odpowiada około 12 PB.

Projekt będzie realizowany zgodnie z zasadami otwartej nauki. CTAO stanie się pierwszym obserwatorium promieniowania gamma najwyższych energii działającym w otwartym modelu dostępu do infrastruktury badawczej.

Oznacza to, że czas obserwacyjny będzie przyznawany na podstawie zgłaszanych propozycji badawczych, a wysokopoziomowe dane naukowe oraz oprogramowanie będą udostępniane publicznie. Takie rozwiązanie umożliwi korzystanie z wyników obserwacji szerokiej międzynarodowej społeczności naukowej.

Międzynarodowa struktura Obserwatorium

Za budowę, eksploatację i zarządzanie obiema lokalizacjami odpowiada centralna organizacja CTAO, działająca formalnie jako Europejskie Konsorcjum na rzecz Infrastruktury Badawczej CTAO (CTAO-ERIC).

Jego członkami są Austria, Chorwacja, Czechy, Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), Francja, Hiszpania, Niemcy, Polska, Słowenia, Szwajcaria i Włochy. Status obserwatora ma również Holandia.

Australia, Brazylia, Japonia, Republika Południowej Afryki i Stany Zjednoczone uczestniczą w procesie nawiązywania współpracy z CTAO-ERIC jako partnerzy strategiczni lub strony trzecie.

Organizacja współpracuje ponadto z instytucjami z całego świata, w tym z partnerami odpowiedzialnymi za opracowanie i dostarczenie niezbędnego sprzętu oraz oprogramowania, a także z Konsorcjum CTAO, zrzeszającym naukowców zaangażowanych w naukowe wykorzystanie Obserwatorium.

Polski wkład w budowę CTAO

W realizacji projektu CTAO uczestniczy 13 polskich instytucji naukowych zrzeszonych w Polskim Konsorcjum projektu Cherenkov Telescope Array. Ich zaangażowanie obejmuje zarówno budowę aparatury badawczej, jak i rozwój specjalistycznego oprogramowania.

Polska odpowiada za dostarczenie ważnych elementów infrastruktury Obserwatorium, w tym:

• wkładu rzeczowego Uniwersytetu Łódzkiego w budowę teleskopów LST;
• głównych elementów konstrukcji mechanicznej i układów napędowych teleskopów MST;
• połowy zwierciadeł przeznaczonych dla teleskopów MST w południowej lokalizacji CTAO, za których dostarczenie odpowiada Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN;
• oprogramowania w ramach pakietu ACADA, rozwijanego z udziałem Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN;
• oprogramowania w ramach pakietu SUSS, za który odpowiada Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet AGH.

Instytut Fizyki Jądrowej PAN: od prototypów po zwierciadła teleskopów

Naukowcy i inżynierowie z Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN (IFJ PAN) uczestniczą w pracach badawczo-rozwojowych związanych z CTAO od początku realizacji projektu.

Jednym z ważnych osiągnięć zespołu było zaprojektowanie i zbudowanie dwóch prototypów małych teleskopów Czerenkowa SST-1M. Konstrukcje te proponowano jako jedno z rozwiązań dla sieci małych teleskopów SST, przeznaczonych do obserwacji promieniowania gamma o najwyższych energiach.

Pracownicy IFJ PAN uczestniczyli również w opracowywaniu konstrukcji mechanicznej i układu optycznego teleskopów średnich rozmiarów MST.

Szczególnie istotnym osiągnięciem było opracowanie w Instytucie innowacyjnej technologii produkcji zwierciadeł kompozytowych przeznaczonych dla tych instrumentów. Polska, poprzez IFJ PAN, odpowiada za dostarczenie połowy zwierciadeł dla teleskopów MST budowanych w południowej lokalizacji Obserwatorium.

Wkład naukowców z IFJ PAN nie ogranicza się jednak do rozwoju aparatury. Badacze uczestniczyli również w przygotowywaniu naukowych podstaw całego projektu CTAO, współtworząc założenia przyszłych obserwacji i badań.

Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN: oprogramowanie sterujące obserwatorium

Ważnym obszarem polskiego zaangażowania jest także rozwój oprogramowania niezbędnego do funkcjonowania Obserwatorium.

Zespół z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN wniósł znaczący wkład w opracowanie pakietu ACADA, odpowiedzialnego za sterowanie teleskopami oraz obsługę procesów związanych z ich pracą.

Oprogramowanie to będzie wykorzystywane również przez cztery teleskopy LST na La Palmie, wspierając ich współdziałanie podczas obserwacji astronomicznych.

Zaangażowanie polskich instytucji w budowę aparatury, rozwój technologii optycznych i oprogramowania stanowi istotną część międzynarodowego przedsięwzięcia, które w nadchodzących latach ma otworzyć nowe możliwości badania najbardziej energetycznych zjawisk we Wszechświecie.

Więcej informacji: www.ctao.org