Rentgenová obloha

2. srpen 2011
Takto září vesmír v rentgenovém oboru. Vyznačeny jsou některé zajímavé zdroje.

Rentgenový výzkum vesmíru je možný jen mimo Zemi. Jeho historie je velmi zajímavá a nejnověji v něm pomáhá Mezinárodní kosmická stanice.

S rentgenovým zářením se setkáváme běžně u lékaře. Jeho schopnost proniknout kůží a svaly a zobrazit nám kosti, je využívána už od jeho objevu německým fyzikem Wilhelmem C. Röntgenem roku 1895. Tato schopnost svědčí především o tom, že rentgenové záření má velmi krátkou délku, jde o rozmezí 10 až 0,1 nanometru. Proniká tak látkami, které jsou ve viditelném světle neprůhledné, protože viditelné světlo má vlnovou délku přibližně 400 až 700 nanometrů. Využití rentgenového záření je dnes velmi široké nejen v lékařství, ale například při kontrole svárů a materiálových vad. Fyzikové dnes znají několik přírodních způsobů, jak rentgenové záření může vzniknout. Historie sledování rentgenového záření z vesmíru je velmi zajímavá.

Nedostupné záření
Krátká vlnová délka znamená velké frekvence a velké energie. Dokáže rentgenové záření vysílat i nějaký vesmírný zdroj? Na to se astronomové začali ptát brzy po objevu rentgenového záření. Bohužel na odpověď si museli dlouho počkat. Zemská atmosféra rentgenové záření nepropouští a je třeba dodat, že můžeme být jedině rádi. Jeho energie by v lidském těle způsobila nemoc z ozáření, mutaci a v podstatě by ani na Zemi nikdy život nevznikl. Co je výhoda pro život jako takový, je pro astronomy nevýhodou. Jak zkoumat rentgenové záření z vesmíru, když na zem nedopadá jediný jeho foton?

První rentgenové záření z vesmíru zachytily balóny. Používají se dodnes.

Jedině z výšky
Jediným řešením je dostat se do horních vrstev atmosféry, minimálně 35 km nad povrch nebo ještě lépe nad, a to se podařilo až díky balónům a později s rozvojem kosmonautiky. První pokusy proběhly až po druhé světové válce. Roku 1949 v USA vypustili známou německou válečnou raketu V2, tentokrát k vědeckým účelům, a podařilo se jim zachytit rentgenové záření Slunce. To je bez konkurence nejsilnějším zdrojem rentgenového záření na obloze. První rentgenový zdroj mimo sluneční soustavu byl objeven až roku 1962. Šlo o silný rentgenový zdroj v souhvězdí Štíra. Označení dostal Sco X-1 a podobně byly označovány i další rentgenové zdroje objevené později. Tedy třípísmenná zkratka souhvězdí, písmeno X označující rentgenové záření a pořadové číslo v daném souhvězdí.

Družice a rentgenový vesmír
Další velký pokrok nastal až s družicovým výzkumem. Předchozí rakety totiž jen nakrátko vyletěly nad atmosféru a zase spadly zpět. Nebylo možno nastavovat detektory během letu do různých směrů, natož měřit dlouhodobě. Detekovat zdroje po celé obloze se povedlo až díky vypuštění sondy Uhuru roku 1970. Ta posílala týdně na Zem více dat, než bylo shromážděno ve všech předchozích experimentech dohromady. Následovaly pak další sondy, družice ROSAT například dokázala během devítileté mise od roku 1990 zdvojnásobit počet do té doby známých zdrojů. Mezi současnou špičku patří družice XMM-Newton, Chandra, Integral nebo SWIFT.

Plánovaný největší rentgenový dalekohled IXO

Astronomové tak díky rentgenovým družicím zjistili, že vesmír je plný objektů produkujících toto záření. Zdroje měkkého či tvrdého rentgenového záření nacházíme v naší planetární soustavě, v naší galaxii i ve vzdáleném vesmíru. Vyzařují takto objekty od obyčejných hvězd, přes rentgenové dvojhvězdy a neutronové hvězdy až po černé díry. Rentgenová astronomie se stala běžnou součástí výzkumu vesmíru a dočkala se i Nobelových cen za fyziku. Počet známých rentgenových zdrojů rapidně rostl, např. díky sondě Uhuru jich bylo roku 1972 známo 339, ale už v devadesátých letech díky sondě ROSAT čítal katalog na 60 tisíc objektů.

Celá obloha najednou
Nevýhoda větších dalekohledů je, že dokáží sledovat v určitém okamžiku dění jen na malé části oblohy. Je to samozřejmě vyváženo tím, že tak činí s velkým rozlišením a díky tomu mohou objekt sledovat ve velkém detailu. To je velice důležité. Proto se ostatně astronomové snaží získat finanční prostředky na postavení dosud největšího rentgenového dalekohledu o průměru přes 3 metry. Bohužel zatím se jimi plánovaný společný americko-evropský dalekohled IXO nepodařilo prosadit.

Protože žádný kosmický dalekohled nedokáže sledovat celou oblohu najednou, některé důležité události tak unikají pozornosti. Když třeba v souhvězdí Labutě silně zazáří některý rentgenový zdroj, nemůže o tom dalekohled mířící právě třeba do Vozky vůbec vědět. Astronomové tedy dlouho toužili po širokoúhlém objektivu, který by sledoval celou oblohu. A teď ho díky japonským vědcům mají.

Detektor MAXI je připojen k japonskému modulu Kibo na ISS

Každou hodinu a půl
Detektor rentgenového záření s názvem MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image) dopravil na Mezinárodní kosmickou stanici (ISS) raketoplán Endeavour v červenci 2009. Detektor je dílem Japonské kosmické agentury JAXA a dokáže prohlédnout celou oblohu za jeden a půl hodiny. To je oběžná doba ISS. Musíme si uvědomit, že detektor je přidělán zvenku ke stanici a je pevně uchycen, nemůže se sám pohybovat. Jak stanice obíhá kolem Země, otáčí se postupně i s detektorem a ten tak může sledovat celou oblohu. Astronomové díky tomu mohou nepřetržitě sledovat dění na obloze v rentgenovém oboru. Dvě protilehlé kamery s časovým rozlišením dnů průběžně sledují chování asi 1000 zdrojů.

Strážce černých děr
V době internetu není překvapením, že MAXI dodává data průběžně na Zem a odborníkům jsou k dispozici téměř okamžitě. To je ostatně jedním z hlavních cílů experimentu. Ve vesmíru některé zdroje vysílají rentgenové záření dlouhodobě a poměrně stabilně, jiné z ničeho nic zazáří a nedají se předvídat. Pro vědce je důležité tyto objekty začít co nejdříve pozorovat. Protože MAXI je dosud nejcitlivější celooblohový detektor, má schopnost právě taková náhlá zjasnění zachytit.

To se stalo například v případě rentgenového zdroje s katalogovým označením XTE J1752-223. Objevily ho nezávisle na sobě v říjnu 2009 sonda RXTE i experiment MAXI. Jedná se o dvojhvězdu, kde jednu složku tvoří černá díra. MAXI byl schopen sledovat ji půl roku od zjasnění až do dubna 2010. Ukázalo se, že tato rentgenová nova prošla dvěma stadii vyzařování rentgenových paprsků – nejprve převládalo energetičtější a pak méně energické záření. Zcela neobvyklé bylo, že první stadium trvalo tři měsíce, což je u těchto objektů neobvykle dlouho. V období mezi oběma stadii se pak vytvořily dva protilehlé výtrysky hmoty z černé díry.

Černá díra vysává z červené hvězdy látku. Ta pak krouží kolem v disku a svítí.

Experiment MAXI se nachází přibližně v polovině své plánované životnosti a tak je téměř jisté, že díky němu astronomové budou moci pozorovat ještě celou řadu podobně zajímavých rentgenových zdrojů. Rentgenová astronomie se stále rozvíjí a díky kosmonautice významným způsobem pomáhá v chápání vesmíru jako celku i exotických objektů, které se v něm nacházejí.

autor:Petr Sobotka
  • Věda
  • vesmír
  • rentgenové záření