Student World

tisková zpráva Astronomického ústavu AV ČR

V souhvězdí Vodnáře vzplanul 30. října ve 22 hodin tzv. gama záblesk. Ve vesmíru ho zaznamenala družice Swift. Astronomové ze Skupiny astrofyziky vysokých energií Stelárního oddělení Astronomického ústavu AV ČR ho začali pozorovat pouhých 41 sekund poté optickými dalekohledy umístěnými na observatoři v Ondřejově a byli tak první na světě. Jde o gigantické energetické záblesky v oboru záření gama, kdy se během několika sekund nebo desítek sekund uvolní energie srovnatelná s tou, kterou vyzáří Slunce za celý svůj život. Vzdálenost objektu ve vesmíru byla spočítána na 9 miliard světelných roků.

Co jsou gama záblesky
Záblesky záření gama jsou pozorovány už od šedesátých let, dnes občas i několikrát denně. Jde o gigantické energetické záblesky v oboru záření gama, kdy se během několika sekund nebo desítek sekund uvolní energie srovnatelná s tou, kterou vyzáří Slunce za celý svůj život. V současné době rozdělují vědci záblesky záření gama na dva různé typy podle délky jejich trvání.

Krátké trvají do 2 sekund a většina vědců soudí, že vznikají při splynutí dvou neutronových hvězd nebo neutronové hvězdy a černé díry. Takový systém může vzniknout jako pohrobek dvojhvězdy, pokud obě složky systému přežijí pohromadě i v závěrečném stádiu svého života. Systém poté ztrácí energii v podobě gravitačních vln, čímž se vzdálenost obou kompaktních složek postupně zkracuje, až dojde k dramatické srážce.

Naproti tomu dlouhé gama záblesky jsou pravděpodobně důsledkem katastrofického zániku obřích, rychle rotujících hvězd. Této explozi, více než tisíckrát silnější, než je výbuch obyčejné supernovy, se říká výbuch hypernovy. Jádro hvězdy se během tohoto procesu zhroutí do černé díry, na kterou padají zbytky obálky původní hvězdy.

V obou případech je část akreující hmoty vyvržena podél osy rotace a zformuje výtrysk o závratné rychlosti, která dosahuje téměř rychlosti světla. Ohromná energie výtrysku se posléze vyzáří v gama oboru – vzniká gama záblesk.

Záblesk a rychlá reakce
Záblesk gama záření označený GRB 131030A zachytila americká družice Swift 30. října 2013 přesně ve 20 hodin 56 minut 19 sekund světového času. Z pozorování se ukázalo, že záblesk patří do skupiny dlouhých gama záblesků. Vlastní gama záření mělo celkovou délku trvání kolem 45 sekund, což záblesk řadí do skupiny dlouhých záblesků. Maximální intenzita gama záření nastala asi 6 sekund po detekci. Družice Swift automaticky ihned zasílá informace o záblescích na pozemský server, takže se o záblesku může dozvědět každé astronomické pracoviště, které o to projeví zájem. Stačí se přihlásit k odběru. Jev, který způsobuje gama záblesk, totiž pokračuje v záření i na delších vlnových délkách včetně optického oboru. Tzv. dosvit jsou pak schopny pozorovat astronomické dalekohledy.

Servery Astronomického ústavu AV ČR informace obdržely 14 sekund po detekci. Oba dalekohledy využívané Skupinou astrofyziky vysokých energií ihned automaticky zareagovaly, přerušily bez prodlení probíhající rutinní pozorování a spustily přejezd na pozici gama záblesku. Jako první přejel na pozici a začal snímat dalekohled BART (Burst Alert Robotic Telescope). Exponovat snímek začal 27 sekund poté, co obdržel informaci, tj. pouhých 41 sekund po detekci záblesku sondou Swift. Snímalo se na oba přístroje, tedy na hlavní dalekohled o průměru 25 cm i na širokoúhlou kameru o průměru 10 cm. Druhý dalekohled D50 o průměru zrcadla 0,5 metru dojel na místo 42 sekund po přijetí informace, tj. 56 sekund po detekci. Oba dalekohledy jsou v současné době zařazeny do mezinárodního projektu GLORIA (http://gloria-project.eu/cs/).

Následná pozorování
Observatoře snažící se zachytit optické dosvity gama záblesků se vzájemně informují o svém úspěšném pozorování v cirkulářích GCN (Gamma-ray burst Coordinates Network). Z nich vyplývá, že ondřejovští astronomové byli první na světě, komu se podařilo dosvit tohoto gama záblesku začít snímat. Byli na místě dokonce dříve, než se samotná družice Swift stihla otočit tak, aby mohla použít další přístroje na palubě, včetně malého optického dalekohledu. Zajímavostí je, že i třetí dalekohled, který jev pozoroval (kolem 170 sekund po detekci), irský dalekohled WATCHER umístěný v Jihoafrické republice, nese stopu českých astronomů, protože na něm pracuje bývalý pracovník Astronomického ústavu AV ČR ve Skupině astrofyziky vysokých energií Dr. Martin Topinka. Dalekohled také používá stejný řídící software jako dva ondřejovské dalekohledy, který původně vznikl právě ve Skupině astrofyziky vysokých energií.

Oba ondřejovské dalekohledy (respektive všechny tři detekční přístroje, tedy včetně širokoúhlé kamery na dalekohledu BART) jev spolehlivě detekovaly, a to už na prvních pořízených snímcích. Jev se dokonce podařilo zachytit ještě v počáteční, zjasňující fázi, takže pozorování obsahují i jeho průběh v maximu jasnosti. Současné snímání třemi detektory navíc umožnilo získat pozoruhodné časové rozlišení.

Největší jasnost objektu činila 13,8 magnitud, což objekt řadí ke vzácným, poměrně velmi jasným případům gama záblesků. Kdyby chtěl člověk pozorovat optický dosvit očima, potřeboval by k tomu středně velký dalekohled (o průměru alespoň 25 cm). Jev poté, jak je obvyklé, poměrně rychle slábnul. Gama záblesk se přesto ondřejovským astronomům povedlo detekovat ještě i následující noc, využitím techniky skládání snímků, a to dokonce opět na obou dalekohledech. Jeho jasnost mezitím pohasla více než 250x. Odtud pochází i přiložený snímek z dalekohledu D50.

Astronomům ze Španělska se podařilo pomocí největšího dalekohledu světa Gran Telescopio Canarias o průměru zrcadla 10,4 metru, umístěného na Kanárských ostrovech, změřit spektrum celého jevu a určit tak hodnotu rudého posuvu z = 1,3. Z něj odvodili vskutku kosmologickou vzdálenost záblesku, odpovídající téměř 9 miliardám světelných roků.

Detailní analýzu měření a získanou světelnou křivku zveřejní vědci ze Skupiny astrofyziky vysokých energií v připravovaném vědeckém článku, který bude pravděpodobně vypracován v široké mezinárodní spolupráci.

Co vše se ondřejovským astronomům povedlo
* Poprvé se podařilo nasnímat dosvit gama záblesku oběma robotickými dalekohledy současně, dokonce za použití všech tří dostupných detektorů včetně širokoúhlé kamery.
* Začali pozorovat (oběma dalekohledy plus malou kamerou, tedy třemi přístroji) podle dostupných informací jako první na světě.
* Zachytili maximum jevu v optické oblasti, ke kterému dochází krátce po začátku a jehož zachycení není zcela běžné. V případě tohoto gama záblesku byli pravděpodobně jediní, komu se to podařilo.
* Dalekohled BART začal snímat už v okamžiku, kdy ještě trval vlastní primární gama záblesk (počáteční záření v oboru gama).
* Oba přístroje byly schopné dosvit detekovat ještě i následující noc, což je, obzvlášť pro dalekohled BART (průměr pouhých 25cm) unikátní záležitost.
* Jedná se o pozoruhodný gama záblesk, který byl velmi jasný a ke kterému bylo (následně) pořízeno mnoho dat v různých spektrálních oborech, včetně družic a největších dalekohledů světa. Ondřejovské dalekohledy přitom zajistily pořízení klíčových informací a staly se tak podstatnou a neopomenutelnou částí celé mozaiky, která umožní vytěžení cenných vědeckých informací z celého tohoto mimořádného jevu.

Skupina astrofyziky vysokých energií
Patří pod Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR. Skupina se zabývá výzkumem galaktických a extragalaktických kosmických zdrojů záření vysokých energií ve viditelném světle a v oboru rentgenového a gama záření. Předmětem výzkumu jsou různé typy binárních rentgenových zdrojů, záblesky záření gama a jejich optické dosvity, aktivní galaktická jádra AGN (zejména blazary). V současnosti se podílí na kosmických projektech Evropské kosmické agentury (ESA) INTEGRAL, Gaia, ATHENA+ a LOFT a s americkou NASA spolupracuje na studiích v rámci analogických amerických projektů. K získání optických dat z kosmických zdrojů skupina vyvinula a provozuje robotické teleskopy rychle reagující na data z družic, zejména na detekce kosmických záblesků záření gama (experimenty BART, D50, BOOTES). Další data získává z astronomických deskových archivů – jde o časová období pokrývající až 100 let, poskytující cennou informaci o dlouhodobém chování zdrojů v optickém oboru. Vedoucím skupiny je Doc. RNDr. René Hudec, CSc. a na výzkumu gama záblesků se významně podílí Mgr. Martin Jelínek, v současné době působící na Andaluském astronomickém ústavu IAA-CSIC Granada ve Španělsku.

autor