PoGOLite och den kosmiska röntgenstrålningens svängningar

En prototyp av PoGOLite som nyligen testades i Japan. Credit: Mark Pearce.

Forskarna bakom det ballongburna instrumentet PoGOLite har i en förberedande studie undersökt vilka resultat de förväntar sig om polarisationen av kosmisk röntgenstrålning.

Hittills har endast ett fåtal mätningar av polarisation gjorts på kosmisk röntgenstrålning. Ett nytt instrument, PoGOLite, håller på att byggas för att råda bot på detta. Redan innan det är färdigbyggt visar en ny studie att det kommer ge oss helt ny information om röntgenpolarisation. I studien deltar forskare från gruppen för högenergiastrofysik vid Stockholms observatorium och gruppen för partikel- och astrofysik vid KTH.

Elektromagnetiska vågor (t.ex. ljus) kan svänga i olika riktningar. Om strålningen svänger huvudsakligen i en riktning, sägs den vara polariserad. PoGOLite är ett instrument som skall mäta polarisationen hos kosmisk röntgenstrålning. Denna strålning kommer från några av universums mest spännande objekt: neutronstjärnor, aktiva galaxkärnor och gas som faller in i svarta hål. I många av dessa fall kommer PoGOLite att ge oss de första polarisationsmätningarna någonsin. Till skillnad från de tidigare observationer som gjorts, kommer PoGOLite dessutom att kunna mäta polarisation i ett brett energiintervall. Det innebär att förutom att mäta den totala polarisationen, kommer vi också kunna se hur den varierar med energin på fotonerna.

Arbetet som nu publiceras i en artikel av Magnus Axelsson et al. undersöker just hur pass noga PoGOLite kan mäta polarisation som ändras med fotonenergin. Eftersom instrumentet ännu inte är färdigbyggt, har man använt sig av simulationer. Från tidigare observationer vet man hur starkt olika objekt strålar i PoGOLites energiområde. Genom att komplettera med antaganden om hur stark polarisationen är vid olika energier, skapar man en realistisk modell för källan. Sedan testar man hur en datormodell av instrumentet reagerar på denna typ av strålning, och får därigenom en god bild av vad det verkliga instrumentet kommer att visa. Resultaten av studierna visar att PoGOLite kommer att kunna detektera ändringar i polarisationen om de inte är alltför små.

- Teoretiska modeller för olika kosmiska röntgenkällor pekar på att polarisationen kan skilja sig relativt mycket mellan olika energier, säger Magnus Axelsson, doktorand vid Stockholms observatorium. Men eftersom inga sådana mätningar gjorts, vet vi inte hur det verkligen ser ut. Resultatet att PoGOLite kan se ifall polarisationen verkligen skiljer sig mellan olika energier är därför väldigt spännande. Mätningarna kommer dock att dröja lite, eftersom den första flygningen med PoGOLite sker tidigast 2009.

Vår atmosfär skyddar oss från kosmisk röntgenstrålning, så för att kunna mäta denna strålning måste instrumentet skickas högt upp i atmosfären eller sättas på en satellit. PoGOLite kommer att skickas upp till 40 kilometers höjd med en ballong. Detta görs bara på ett fåtal platser i världen, bland annat rymdbasen Esrange i Kiruna. Både korta flygningar (mer än 6 timmar) och långflygningar (ungefär 5 dygn) är planerade.

PoGOLite håller nu på att byggas och en prototyp har laboratorietestats. Projektet är ett samarbete mellan forskargrupper i Japan, Sverige, USA och Frankrike.