Hvis du ser opp på himmelen en klar natt, kan du se lyset fra noen få tusen stjerner. Alle er i vårt kosmiske nabolag. Vil du se mer enn dette, må du ha et teleskop. Men for å se alt som er i verdensrommet, trengs mer enn bare et teleskop. Øyet kan nemlig ikke se mye av lyset som kommer til jorden.

Det vi vanligvis snakker om som lys, er elektromagnetiske bølger med en bølgelengde som øyet kan oppfatte. Synlig lys har bølgelengde på omkring en tusendel av tykkelsen til et hårstrå. Men det finnes elektromagnetiske bølger med et mye større spekter av bølgelengder, fra radiobølger med mange meters bølgelengde til gammastråler med bølgelengde mindre enn en atomkjerne. De ulike formene for lys forteller sin egen historie om hva som skjer i universet, så jo flere bølgelengder vi kan se, jo mer er det mulig for oss å forstå.

Trenger noen triks

Astronomi med gammastråling er et av de nyeste tilskuddene. Det er den mest energirike formen for lys, og sendes ut fra de mest ekstreme prosessene i universet. Dette kan for eksempel være kollisjon mellom to svarte hull, eller fra stjerner som eksploderer som en supernova.

De svært energirike gammastrålene blir effektivt stoppet av atmosfæren slik at de ikke når oss nede på bakken. Derfor er det ikke nok med et kamera som kan se gammastråling, vi trenger noen andre triks.

Det mest opplagte er å plassere kameraet ovenfor atmosfæren, det vil si på en satellitt. Det har for eksempel Nasa hatt stor suksess med gjennom Fermi-satellitten.

For tunge kameraer

Men denne løsningen har sine begrensninger fordi det er grenser for hvor store og ikke minst tunge ting man kan sende opp i verdensrommet. Konsekvensen er at den mest energirike gammastrålingen ikke kan måles ved hjelp av slike teleskoper. Men nettopp disse strålene kan være nøkkelen til å forstå et av de store astrofysiske spørsmålene: Hvor og hvordan akselereres den mest energirike kosmiske strålingen som treffer jorden.

SLIK VIRKER DET: Når gammastrålene treffer atmosfæren, vil den store energien sette i gang en skur av partikler som beveger seg raskt nedover i atmosfæren. Men i stedet for at det oppstår et smell, sendes det ut et svakt, blålig lys - tsjerenkovlys - som er mulig å se med teleskoper på bakken. Partiklene selv blir stoppet lenge før de når bakken, men lyset de lager kommer ned. Cherenkov Telescope Array
Cherenkov Telescope Array

Dermed er det klart for teknikk nummer to: Tsjerenkovteleskopet. I stedet for å la seg hindre av at atmosfæren stopper gammastrålingen, snur vi det til å bli en fordel. Når gammastrålingen treffer atmosfæren, skjer det nemlig ikke helt uten spor. Den store energien setter i gang en skur av partikler som beveger seg raskt nedover i atmosfæren — faktisk raskere enn lyset.

Ikke smell, men blålig lys

Dette høres umulig ut, siden det har vært kjent i over hundre år at lyshastigheten er den største mulige hastigheten. Men den hastigheten ingenting kan overskride, er lyshastigheten i vakuum. I luft er lyshastigheten mindre enn i vakuum, og partiklene kan derfor bevege seg raskere gjennom atmosfæren enn lyset gjør.

Da oppstår et fenomen som ligner på det som skjer når et fly passerer lydmuren. Men i stedet for at det oppstår et smell, sendes det ut et svakt, blålig lys - tsjerenkovlys - som er mulig å se med sensitive detektorer. Partiklene selv blir stoppet lenge før de når bakken, men lyset de lager kommer ned.

Om man kan observere tsjerenkovlyset, er det mulig å regne seg tilbake til hvor stor energi gammastrålene som traff jorden hadde, og hvilken retning den kom fra. Den første observasjonen med denne teknikken skjedde i 1989, og så langt er det oppdaget i overkant av 100 kilder til slik stråling. Vi har bare sett toppen av isfjellet, så for å kunne lete mer effektivt etter flere kilder, trenger vi et bedre observatorium.

Internasjonalt samarbeid

Cherenkov Telescope Array (CTA) er et internasjonalt samarbeid som bygger det neste store observatoriet for å studere kosmiske gammastråler ved hjelp av tsjerenkovlys. For å se det svake lyset, trengs det et stort teleskop. Og for å øke sannsynligheten for å kunne se de sjeldne, høyenergetiske gammastrålene, vil det bli bygget et stort antall teleskoper som skal jobbe sammen. Flere teleskoper sammen gir også muligheten for å bestemme helt presist hvilken retning gammastrålingen kom fra.

Planene for CTA inneholder ikke bare ett, men to observatorier. Skal man kunne se ut i verdensrommet i alle retninger, er man nemlig avhengig av å kunne se både fra den nordlige og den sørlige halvkule. Planleggingen av det sørlige observatoriet er kommet lengst, og det forhandles nå med Argentina, Chile og Namibia om landområder til å plassere det. Det nordlige observatoriet vil antagelig bli bygget i Mexico, USA eller Kanariøyene.

Tidobler det vi kan se

Når CTA kommer i drift, kan vi forvente at antallet kjente kilder til høyenergetisk gammastråling blir tidoblet, og i tillegg vil målingene bli mye bedre enn det som har vært mulig hittil. Det bør være tilstrekkelig til å endelig kunne avgjøre hvordan den kosmiske strålingen får energien sin. Forhåpentlig kan vi også lære mye mer også når de nye observasjonene kommer.

Forskningsgruppen ved Universitetet i Bergen er spesielt interessert i å studere mørk materie. Hva den mørke materien består av, er et av de store, ubesvarte spørsmålene innen astronomien. Det som virker klart, er at den består av en type partikler som er helt forskjellig fra partiklene som stjerner og planeter er bygget opp av. Så langt kjenner vi ikke til noen partikkeltyper som er gode kandidater til å være den mørke materien. Men det er mange teorier som sier at når to slike partikler kolliderer, kan de omgjøres til andre partikkeltyper — eller til gammastråling. Nettopp det ønsker vi å utnytte for å se den mørke materien ved hjelp av CTA.

Bygger i 2016

Nøkkelen ligger i å lete etter overskudd av gammastråling ved spesielle energier fra områder der vi allerede vet at det er mye mørk materie. Den beste kandidaten er derfor sentrum av vår egen galakse. Senteret av andre galakser kunne også fungert, men de er mye mindre egnet siden de er så mye lenger borte.Hvis vi finner overskudd av gammastråler, kan energien fortelle oss om massen til partiklene som utgjør den mørke materien .

CTA nærmer seg slutten av forberedelsesfasen, og designarbeidet er allerede godt i gang. En prototyp for et av de aktuelle teleskopdesignene er allerede i drift på Sicilia. Byggingen av selve observatoriene er planlagt fra 2016. Siden CTA vil bestå av en rekke selvstendige teleskoper som samarbeider, vil man kunne begynne å bruke observatoriet lenge før utbyggingen er ferdig. Trolig vil vi se interessante resultater allerede ett år etter at byggingen starter.