Noc fyzika 2400 metrů nad mořem, část 3

Dost keců o oslech a sklípkanech, jde se pozorovat. Šichta začíná už několik hodin před setměním, takže nasedám do Pandí rakety a letím do kopule zkontrolovat stav detektoru. Kvůli omezení šumu je totiž celý vnitřek detektoru chlazen na -193℃, infračervené čipy pak ještě zvlášť na -208℃. To už je ale zase až moc na optické CCD, takže ty jsou ohřívány na -108℃, prostě hodně věcí, co se může podělat. Neřízená změna teplot by nejspíš znamenala destrukci snímačů, takže musím zkontrolovat, že je vše OK.

Uvnitř titanové nádoby detektoru, viditelné v otevřeném stavu na obrázku níže, je navíc hluboké vakuum, takže omrknout, že všechny chladiče i ohřívače fungují správně, případně na chvíli zapnout vakuovou vývěvu, než se bude teleskopem hýbat. V kopuli se také nacházejí počítače ovládající ony optické a infračervené snímače, jejichž elektronika je v boxech přidělaných přímo na teleskop. Dále je tam počítač, na který se ukládají všechna naměřená data a běží na něm pipeline, tedy software na jejich zpracování, což zahrnuje hlavně astrometrii a fotometrii, ke kterým se dostaneme později.

Jinak se všechno ovládá dálkově z řídící místnosti za jídelnou, takže většina astronomů, co přijede pozorovat, se do kopule ani nedostane. Na druhou stranu nebyl problém si v případě zájmu zařídit prohlídku všech teleskopů. Pokud to už neudělal někdo z obsluhy teleskopu (do vedlejšího detektoru se například každý večer doplňoval tekutý dusík), tak zbývalo ještě natočit kopuli na východ a otevřít ji spolu s vraty, aby se udělal průvan a teleskop se zchladil. Sice je tam klimoška, ale jako v každé poušti jsou rozdíly denních a nočních teplot vysoké a teleskop je potřeba zchladit co nejrychleji na noční teplotu, protože je postaven z dlouhých kovových trubek, které se v horkém dni natáhnou a teleskop se rozostří. To je v kopuli zatím všechno, takže do auta a dolů do řídící místnosti.

Tři největší teleskopy na La Silla – 3.6, NTT a 2.2 – mají společnou řídící místnost, ty menší se ovládají buď na dálku nebo přímo z kopule. Řídící místnost je rozdělená stoly na tři části podle teleskopů a je plná monitorů, já jich u 2.2m teleskopu měl na starosti nějakých 17. Pár jich ovládá ostatní dva detektory, ale 11 jsem jich používal já a je potřeba rozumět tomu, co se na nich děje a hlavně jak řešit, když je tam něco špatně, protože řešení průserů je bohužel nemalá část pracovní činnosti. Jeden počítač (respektive monitor, počítaček nim byly o patro níž, takže tam bylo hezky ticho) sloužil jako vzdálený terminál k tomu hlavnímu počítači s daty v kopuli, další zobrazuje meteorologická data. Dále jeden pro plánování pozorovacího rozvrhu, pak jeden pro hlavní ovládání detektoru, jeden pro autoguider, dva pro ovládání senzorů a zobrazování pořízených snímků, jeden pro komunikaci se zbytkem týmu v Evropě, dva pro ovládání teleskopu a konečně jeden pro ovládání kopule.

Nejčastější chybou je to, že spolu některé systémy přestanou komunikovat. Zjednodušeně totiž plánovací počítač pošle parametry pozorování do počítače detektoru a ten spustí pozorování, což znamená, že pošle instrukce počítačům ovládajícím senzory a zároveň řekne teleskopu, kam se nasměrovat, přičemž teleskop řekne kopuli, kam se natočit. Do toho pak kecá ještě autoguider, který hlídá správné zaměření teleskopu. Ač všechno běží na stabilním Linuxu, tak nejlepší prevence chyb je prostě všechno preventivně zrestartovat.

Oživit po restartech všechno do původního stavu je něco jako předletová kontrola, v ruce tlustá bichle s instrukcemi a bod po bodu zadávat příkazy, mačkat tlačítka a kontrolovat hodnoty. Nakonec minutové testovací pozorování, které ověří funkčnost elektroniky senzorů. Následuje kalibrace detektoru, tedy nabrání bias, dark a flat field snímků. Bias zachytí základní elektronický šum při vyčítání pixelů, takže stačí velmi krátká expozice při zavřené závěrce. Při dlouhých expozicích, které jsou typické pro noční pozorování, se objevuje další šum, kterého se zbavíme pomocí dark snímků. To jsou vlastně dlouhé snímky “tmy”, tedy opět s uzavřenou závěrkou, se stejnou délkou expozice, jakou pak budeme používat pro noční pozorování. Pomocí dark snímků se také kalibruje senzor tak, aby všechny pixely daly ve tmě stejnou hodnotu, ideálně nulu.

Poslední jsou flat field snímky, pomocí kterých se srovná citlivost jednotlivých pixelů na uniformní světlo. Flat snímky jdou buď nabrat uměle, kdy se velké plátno na vnitřní stěně kopule nasvěcuje lampami o různých vlnových délkách/barvách. Nebo se pozoruje obloha během stmívání a rozednívání, najde se kousek nebe bez jasných hvězd a ten slouží jako “bílý papír”, podle kterého se srovná citlivost pixelů na světlo. Všechny tři korekce se pak aplikují na každý snímek, který se během noci pořídí, čímž se potlačí nežádoucí šum.

Tohle vše byla otázka takových dvou hodin, flat field už těsně předchází vlastnímu pozorování a trvá přes půl hodiny, takže během něj skočím ještě do jídelny nabrat zásoby zobání na noc a může se začít. To pro astronomy obvykle znamená sestavit si detailní časový plán pozorování na celou noc podle viditelnosti jednotlivých objektů, ale my fungovali o dost jinak. Náš detektor totiž lovil úplně nové objekty, takzvané gama záblesky. Stručně se jedná o největší řachy ve vesmíru od velkého třesku, kompaktní, krátké a nesmírně energetické záblesky elektromagnetického záření v oblasti gama, doprovázené dlouhými dosvity v celém zbytku spektra od rentgenu, přes optiku, infračervenou oblast až po rádio.

Jelikož jsou to nejzářivější objekty ve vesmíru, tak můžeme pozorovat ty nejvzdálenější (což v astronomii znamená i nejstarší) události z doby těsně po zrození vesmíru. A nejen, že se tak dozvíme něco a gama záblescích samotných, ale také o vlastnostech raného vesmíru a prostředí mezi námi a zábleskem, jelikož letící světlo je ovlivňováno okolním prostředím během své cesty. Jedná se o relativně novou oblast astrofyziky, gama záblesky byly poprvé detekovány v 60. letech pomocí satelitů, které dohlížely na zákaz testování jaderných bomb, ale americká vláda tento objev odtajnila až v 70. letech. Teprve v 90. letech je dokázaly hrubě lokalizovat i vědecké satelity a z jejich izotropního rozložení na obloze bylo zřejmé, že mají původ mimo naší Galaxii.

Zatím není úplně jasné, jak gama záblesky vznikají, ale teoretici se momentálně kloní ke dvěma scénářům. Jedním je zhroucení masivní hvězdy na konci jejího života a vznik černé díry, tedy velmi silný výbuch supernovy, který je ale soustředěný do dvou úzkých protichůdných výtrysků. Za některými gama záblesky pak údajně stojí srážka dvou neutronových hvězd, neutronové hvězdy a černé díry nebo dokonce dvou černých děr, výsledkem je opět mocná šleha a černá díra. Naštěstí se odehrávají daleko, protože případný gama záblesk v naší Galaxii by nerozdýchal ani želvák Bert z imperialistické komediální příručky Duck and Cover.

Momentálně objevujeme zhruba jeden nový gama záblesk denně a těch opravdu vzdálených, starých a tím pádem zajímavých je jen velmi málo, takže nemá smysl plácat čas obřích teleskopů na pozorování, které nám toho až zas tolik neřekne. Velký teleskop také potřebuje přesnou pozici, kam se dívat, což mu gama ani rentgenové satelity nedají. Navíc ji potřebuje rychle, protože gama záblesk velmi rychle pohasíná, v gama oblasti trvá řádově jen zlomek sekundy až max několik desítek sekund. Naštěstí pak delší dobu dosvítá s klesající vlnovou délkou, takže optický dosvit může trvat hodiny až týdny. Je tak většinou na menších pozemních teleskopech, aby co nejrychleji našly přesnou polohu gama záblesku a určily, jestli má smysl se mu věnovat víc, tedy zejména nabrat spektrum nějakým obřím teleskopem třeba na Paranalu.

Tím se dostáváme zpět na La Silla a ke způsobu, jakým jsem fungoval. Náš detektor prakticky nic jiného, než gama záblesky nepozoroval, takže vždy tam zároveň byl nějaký chudák, co přiletěl na dvě noci z druhého konce světa, připravil si rozvrh na celou noc na minuty přesně a pak se do ticha kontrolní místnosti rozeřval náš alarm a jeho hodinovou expozici mu utnul těsně před koncem. Měli jsme totiž právo přerušit a vyhodit od teleskopu kohokoliv, což poměrně často vedlo k dosti vypjatým situacím. Flákanec jsem nedostal, ale hádky nebo volání šéfům do Německa uprostřed noci jsem zažil několikrát. Měli jsme totiž nárok na určitou část celkového pozorovacího času a počítalo se to za celý týden nebo měsíc, to už si přesně nepamatuju.

Takže někomu jsem nevzal ani minutu a pak jindy přišly tři záblesky za noc a chudák si ani neškrtnul. Navíc když nebyl nový záblesk, tak se vždy pozorovaly ty staré z minulých dnů, dokud ještě byly viditelné. Na tom jsem se snažil domluvit dopředu, že třeba od jedné do tří budu pozorovat já, tak ať si to rozvrhnou podle toho. Většinou to chápali, protože tahle pravidla byla známá dopředu, ale s některými se prostě dohodnout nedalo. Byly pak i stížnosti, že si vybíráme ty “hezčí” noci s perfektními pozorovacími podmínkami, což tedy byla pravda, protože jsme se snažili udržet pohasínající záblesk do poslední chvíle.

V paměti mi utkvěl jeden Ital, se kterým jsem se tam setkal několikrát a který se prostě choval mimořádně dementně. Odmítal mi i uvolnit místo u stolu a neustále pak kontroloval, jestli nepodvádím, zapisoval si souřadnice a civěl na monitory, jestli tam opravdu něco vidím, což bylo mimo mísu, jelikož se výsledné snímky skládají z kratších expozic, které se objevují na monitoru. Naštěstí náš systém fungoval tak, že měl prioritu a dal se spustit i na dálku, takže když to nešlo po dobrém, dalo se to odpálit klidně z noťasu od vedlejšího stolu přes stejný systém, přes který chodí nové záblesky. Většina kolegů byla ale normálních, takže jsem jim u večeře ukázal plán, co mi přes den poslal šéf, dohodli jsme jak to nejlíp zkombinovat a domluvili jsme se i na využití soumraku. To je doba, kdy je Slunce nějakých 12 až 18 stupňů pod obzorem a už je solidní tma na pozorování, ale oficiálně to ještě astronomická noc není, takže je “zdarma” a bylo na nás, jak se domluvíme.

Moje noc tedy probíhala tak, že jsem měl dopředu načrtnutý nějaký plán pozorování starších záblesků, popřípadě těch, které se staly přes den. Během těch pozorování jsem pak musel rovnou data zpracovávat, abych se rozhodnul, jestli v pozorování pokračovat nebo ne. A do toho mohl kdykoliv přilítnout nový záblesk a nastal závod s časem, protože cílem bylo jako první ze všech podobných skupin ohlásit pozici a jasnost a případně se pokusit zajistit si pozorování na Paranalu. Takže příště popíšu, jak to pozorování a zpracování dat probíhalo.

Minule jsem vytvořil album, kde jsem dal pár foto navíc.

21.02.2021 Redguy

Související články: