Gama záblesk viditelný okem
Družice Swift detekovala ve středu 19. března dosud nejjasnější gama záblesk. Kdyby se v tu chvíli někdo díval na oblohu na místo výbuchu, viděl by ho očima jako slabou hvězdu, která by po pár sekundách pohasla. Záblesk vzdálený 7,5 miliardy světelných let se objevil po rozednění v souhvězdí Pastýře.
Nejvzdálenějším objektem viditelným za běžných podmínek pouhým okem je galaxie v Andromedě (označená M31), která je 2,5 milionu světelných let daleko. Jedná se o galaxii obsahující miliardy hvězd a teprve spojení světla tolika hvězd umožňuje lidskému oku dohlédnout tak daleko. Naproti tomu gama záblesky pravděpodobně vznikají ve velmi malém prostoru srovnatelném s velikostí planety. Přesto dokázal gama záblesk, označený GRB 080319B, dosáhnout takové jasnosti, že by mohl být viděn okem. Energie uvolněná při výbuchu musí být tedy nepředstavitelně veliká, když je vidět i na vzdálenost 7,5 miliardy let, tedy přes půlku viditelného vesmíru.
Polský robotický dalekohled pracující v rámci projektu "Pi of the Sky" se sám v 7 hodin a 12 minut namířil na místo oblohy 2 sekundy před ohlášením záblesku družicí Swift. Dalekohled automaticky pořídil snímky v optickém oboru, tedy v tom, co vidí lidské oko. Výsledek byl velmi překvapivý. Nejen že na místě výbuchu svítila dříve nepozorovaná hvězda, ale byla jasná 5,8 magnitudy, což je nad hranicí, kterou dokáže spatřit lidské oko bez dalekohledu.
Ukazuje se, že gama záblesky jsou jevy pozorovatelné pouhým okem, to je staví do úplně jiné pozice vůči ostatním úkazům. Gama záblesk se tedy k velkému překvapení odborníků stává úkazem, který může vidět běžný pozorovatel noční oblohy. Znamená to, že na noční obloze se objevují nejen objekty naší atmosféry - meteory, naší sluneční soustavy - planety, naší galaxie - novy, ale i objekty vzdáleného vesmíru z doby, kdy tu ještě naše Země vůbec neexistovala - gama záblesky.
Současný objev je příležitostí podívat se i do historie výzkumu tohoto fenoménu. Jejich objev vyvolal pozdvižení a po několik desetiletí byly jednou z největších astrofyzikálních záhad.
Objev studené války
Protože gama záření neproniká zemskou atmosférou, jsme při zkoumání vesmíru v této části spektra odkázáni na umělé družice Země. Od roku 1963 do roku 1965 byly vypouštěny americké špionážní družice Vela, které měly za úkol zjišťovat sovětské jaderné zkoušky na Zemi i v kosmickém prostoru, třeba na Měsíci. Obíhaly ve třech dvojicích ve vzdálenostech 125 000 km s oběžnou dobou 4 dny.
Družice na konci šedesátých let opravdu detekovaly výbuchy o obrovských energiích. Historicky první gama záblesk má označení GRB 670702, tzn. že vybuchl 2. července 1967. Američané vyloučili, že by se mohlo jednat o sovětské jaderné zbraně, a záhy se ukázalo, že jde o kosmické jevy. Armáda předala výsledky v roce 1973 astronomům, kteří neměli do té doby o krátkodobých vzplanutích záření gama ani potuchy. Tyto jevy se začaly označovat zkratkou GRB (Gamma Ray Burst = záblesk záření gama).
Zdroj neznámý
Pozorování gama záblesků z vesmíru čelilo velkým problémům. Určit okamžik záblesku se dařilo velmi přesně, ovšem jeho směr, tedy odkud přilétá, to byl velký oříšek. Žádné dalekohledy, jak je známe pro viditelné světlo, pro gama záření totiž neexistují. Elektromagnetické záření této energie se nedá soustředit čočkami ani odrážet zrcadly na detektor. Směry se určují ze zpoždění příchodu signálu k jednotlivým družicím. K jednoznačnému určení jsou z principu zapotřebí čtyři družice nebo jedna družice se čtyřmi detektory. I tak byly výsledné pozice zjištěné s malou přesností (několik úhlových minut) a na Zem byly předány až za několik dnů.
Vědět rychle a přesně, kde se zablesklo, bylo naprosto klíčové, aby vědci mohli začít záblesky seriózně zkoumat. Ukázalo se, že záblesk není vidět jen v oboru gama, ale také v rentgenovém, ultrafialovém, viditelném, infračerveném i radiovém oboru. Zkrátka ve všech. Jenomže v gama oboru trvají záblesky vždy jen několik desítek sekund. Takže než se pozemní observatoře dozvěděly, kde mají záblesk hledat, už dávno pohasl. Bez optické či rádiové identifikace bylo především zcela nemožné odhadnout vzdálenost objektu způsobujícího gama záblesk. Dokud vědci neznali vzdálenost, nemohli odvodit základní fyzikální charakteristiky objektů a vytvořit jejich model. Zprvu nebylo zřejmé, jestli záblesky vznikají ve sluneční soustavě nebo vzdáleném vesmíru. Proto se v devadesátých letech soustředila pozornost astronomů na ztotožňování gama záblesků s nějakými známými objekty.
Pokrokem bylo vypuštění družice Compton v dubnu 1991, na jejíž palubě se nalézala aparatura BATSE schopná zjistit polohu gama záblesku sice s chybou 7° (tedy 14 měsíčních úplňků), ale zato ihned. Družice detekovala do roku 2000 více jak 2700 vzplanutí. Výsledkem bylo zajímavé zjištění, že se gama záblesky vyskytují rovnoměrně po celé obloze bez sebemenší koncentrace. Z toho vědci usoudili, že nevznikají ani ve sluneční soustavě, ani v naší galaxii, ale na periférii známého vesmíru. Statistika ukázala, že nedochází k rekurenci vzplanutí, což znamená, že objekt vzplane jen jednou. To podpořilo teorii, že výbuchem se objekt zničí a podruhé už pochopitelně vybuchnout nemůže.
Nová generace družic
Převrat znamenalo vypuštění italsko-holandské družice BeppoSAX v dubnu 1996. Tato družice byla schopná do dvou hodin zjistit polohu gama záblesku s přesností 5 úhlových minut. Byla tedy o dva řády přesnější než družice Compton. Právě na základě takového měření se podařilo poprvé pozemským dalekohledem - 28. února 1997 - nalézt optický protějšek 21 hodin po explozi. Jeho hvězdná velikost byla 21 mag a rychle klesala - šlo tedy o extrémně slabý objekt viditelný jen ve velkých dalekohledech.
Jen málokdo čekal, že v optickém oboru by mohl být gama záblesk jasnější, ale 23. leden 1999 přinesl překvapení. Družice BeppoSAX objevila GRB 990123 a už 22 sekund poté se na místo výbuchu natočil pozemní robotický dalekohled ROTSE a spatřil optický dosvit gama záblesku o jasnosti 9 mag. To už je hodnota jasnosti, kterou lze bez problémů spatřit i běžným loveckým triedrem.
Nová generace družic HETE-2 (start 2000), INTEGRAL (2002) a Swift (2004) provedla v pozorování gama záblesků doslova revoluci. Například Swift dokáže během 15 sekund zjistit polohu gama záblesku s přesností až 1 úhlová minuta a do půl minuty se na místo zaměřit ostatními přístroji. Na Zem pak pošle okamžitě zprávu, kterou přes internet obdrží síť robotických dalekohledů. Pokud mají noc a jasno, sami se na místo natočí a začnou snímkovat. Podařilo se tak najít už mnoho desítek dosvitů.
Český výzkum
Na tomto výzkumu se podílí také čeští vědci. Skupina doc. Reného Hudce z Astronomického ústavu v Ondřejově se přímo podílí na družici INTEGRAL. Řadu let má v provozu malý robotický dalekohled BART a jen pár desítek metrů od něj začíná pozorovat i nově budovaný 50cm robotický dalekohled.
Český dalekohled FRAM pracující pro observatoř Pierra Augera v Argentině pak objevil 17. ledna 2006 do té doby vůbec nejjasnější optický protějšek gama záblesku v historii. Kdyby se tehdy podařilo udělat pozemská optická pozorování o několik desítek sekund dříve, je dost pravděpodobné, že už tento záblesk by byl prvním, který by přesáhl hranici viditelnosti pouhým okem.
Doc. René Hudec už před deseti lety předpovídal, že optický projev gama záblesku je úkaz viditelný pouhým okem. Domnívá se, že v historických archivech fotografických přehlídek oblohy leží důkazy. Archivů jsou po celém světě desítky, ale není jednoduché obrovské množství desek digitalizovat a především na nich záblesk najít.
Co způsobuje záblesky?
Od počátku teoretikům vrtalo hlavou, co ony tajemné záblesky způsobuje. Vyrojilo se několik teorií, které se tento jev pokoušejí vysvětlit. Předně je jasné, že záření gama vzniká při energeticky náročných procesech, protože má ze všech druhů záření nejkratší vlnovou délku, která odpovídá nejenergetičtějším fotonům. Zdá se, že byla úspěšně zodpovězena otázka, v jaké vzdálenosti od nás vlastně gama záblesky vznikají. V květnu 1997 se poprvé podařilo změřit tzv. Dopplerův posuv spektrálních čar záblesku a z něho vypočítat vzdálenost gama záblesku. Od té doby bylo možno dělat odhad množství energie uvolněné při výbuchu. Vezmeme-li v úvahu obrovské vzdálenosti miliard světelných let, vychází velikost energie vyzářené při těchto vzplanutích na nepředstavitelných deset na čtyřicátou čtvrtou joulů. Během několika sekund nebo desítek sekund se tedy uvolní stejná energie, kterou vyzáří Slunce za celý svůj život.
Teoretici postupně přišli s tím, že energie je při výbuchu směrována do úzkého svazku. Gama záblesk tedy vidíme tak jasný proto, že je náhodou namířen směrem k Zemi. 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. Modelové výpočty říkají, že těsně před spojením by tyto objekty kolem sebe obíhaly rychlostí rovnající se jedné třetině rychlosti světla, tedy 100 000 km za sekundu. Oběžná doba takové soustavy by byla 1,5 nanosekundy!
Naproti tomu dlouhé gama záblesky jsou pravděpodobně důsledkem katastrofického zániku obřích hvězd s hmotnostmi alespoň 30krát většími, než je hmotnost Slunce, tzv. supranov. Hmotné hvězdy končí svůj život gravitačním kolapsem, který muže skončit ve fázi neutronové hvězdy. Má-li však hvězda větší hmotnost, než je kritická, vznikne z ní černá díra. Některé z těchto hmotných hvězd se ale mohou zachránit. Stačí když budou rychle rotovat. Potom za pomoci odstředivé síly mohou gravitačnímu hroucení odolat. Rychlost rotace ale s časem klesá, a sníží-li se pod určitou hodnotu, hvězda se zhroutí v černou díru. Dojde k implozi, kterou nazýváme výbuchem supranovy. Uvolní se přitom tolik energie, že by se tím daly gama záblesky vysvětlit.
E-shop Českého rozhlasu
Hurvínek? A od Nepila? Teda taťuldo, to zírám...
Jan Kovařík, moderátor Českého rozhlasu Dvojka
3 x Hurvínkovy příhody
„Raději malé uměníčko dobře, nežli velké špatně.“ Josef Skupa, zakladatel Divadla Spejbla a Hurvínka
