VÝBUCHY ZDROJŮ GAMA - NEJENERGETIČTĚJŠÍ JEVY VE VESMÍRU

Nejsilnější exploze od doby Velkého třesku - teoretický problém zdrojů gama

Donald Savage, Headquarters, Washington, DC

Bill Steigerwald, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD

Robert Tindol, California Institute of Technology, Pasadena, CA

Nedávno detekovaný kosmický zdroj záření gama, který uvolnil stokrát více energie než předpovídaly teoretické modely, nastolil opět otázku co zapříčinilo nejsilnější explozi od doby zrodu vesmíru.

"Na jednu či dvě sekundy byl tento gama zdroj svítivý tak, jako celý zbytek vesmíru dohromady," prohlásil profesor Caltechu G. Djorgovski, jeden z vedoucích představitelů týmu na California Institute of Technology, Pasadena, CA.

Tým se zabýval měřením vzdálenosti slabé galaxie, ve které došlo ke vzplanutí. Zjistil, že se nachází 12 miliard světelných let od Země. Pozorovaná jasnost vzplanutí v takové vzdálenosti dává ohromné množství energie. Vědecký tým své objevy publikoval 7. května v odborném časopise Nature.

Vzplanutí bylo detekováno 14. prosince 1997 Italsko/Holanským satelitem BeppoSAX. Detailní měření celkové jasnosti zdroje prováděla Compton observatory a podle ní byl objekt označen GRB 971214. Satelit BeppoSAX měřil přesnou polohu zdroje, které umožnila následné pozorování objektu dalekohledy ze Země a také teleskopem HST.

"Zdroj v prvních několika sekundách uvolnil ohromné množství energie," říká profesor Caltechu S. Kulkarni, další z vedoucích vědeckého týmu.

Zdá se, že zdroj uvolnil několik set krát více energie než supernova a stal se tak nejenergetičtějším jevem ve vesmíru. Ve vesmíru kromě Velkého třesku neznáme příklad jevu, při němž by bylo uvolněno tak velké množství energie.

"V oblasti o rozloze tisíců km tento objekt vytvořil podmínky jaké panovaly v ranném vesmíru asi jednu milisekundu po Velkém třesku," říká Djorgovski.

Tak velké množství energie bylo pro astronomy překvapující. "Většina teoretických modelů, která se snažila vysvětlit tyto vzplanutí nedokázala vysvětlit takové množství energie," říká Kulkarni. "I když jsou tu poslední modely uvažující rotující černé díry, které by se takto mohly chovat."

Vzplanutí gama jsou tajemné záblesky vysoce energetického záření, které se objevují v náhodných směrech a obvykle trvají několik sekund. Poprvé byly objeveny americkými vojenskými satelity Air Force Vela v roce 1960. Od té doby bylo k jejich vysvětlení navrženo mnoho teorií ale jejich podstata zůstává neznámá. Compton observatory detekovala několik tisíc vzplanutí gama.

Hlavní problém pro pochopení vzplanutí byla obtížnost popsání přesné polohy na obloze. Na rozdíl od viditelného světla jsou paprsky gama nesmírně obtížně pozorovatelné teleskopem a krátké trvání vzplanutí problém ještě komplikuje. Vědci týmu BeppoSAX nyní mají nástroje pro lokalizaci zdrojů gama s dostatečnou přesností umožňující následné pozorování největšími světovými dalekohledy.

Prolomení této bariery vedlo k objevům dlouho trvajících "pozůstatků" výbuchů gama, pozorovatelných ve viditelném a infračerveném světle a také na rádiových vlnách. Zatímco záblesky gama trvají pouze několik sekund, jejich protějšky můžeme studovat po několik měsíců. Studium protějšků ukazuje, že výbuchy nemají původ v naší Galaxii, ale pravděpodobně mají souvislost s extrémně vzdálenými galaxiemi.

Satelity BeppoSAX i NASA Rosi X-ray Timing Explorer detekovaly zbytky po výbuchu X-ray. Přesné pozice z BeppoSAXu vedly k detekci protějšku ve viditelném světle. Objevitelé jsou z Columbia University, New York, NY a Dartmouth College, Hanover, NH, včetně profesorů J. Halperna, D. Helfanda, J. Torstensena a jejich spolupracovníků. Pozemská pozorování prováděli na 2.4-m dalekohledu na Kitt Peak, AZ. Podle těchto pozorování ale nebylo možné určit vzdálenost.

Jak viditelné světlo od tohoto pozůstatku pohasínalo, detekoval tým z Caltechu na tom místě pomocí největšího dalekohledu na světě (10-m Keck II na Mauna Kea, Hawaii) velmi slabou galaxii. Galaxie je tak slabá, že září jako bychom pozorovali 100 W žárovku ve vzdálenosti dvou milionů kilometrů.

Další snímkování pomocí HST souvislost se slabou galaxií potvrdilo a dalo ještě detailnější snímek mateřské galaxie.

Pomocí vynikající schopnosti sbírat světlo na teleskopu Keck II provedl tým z Caltechu úspěšné měření vzdálenosti této galaxie. Rudý posuv galaxie je z = 3.4 či 12 miliard světelných let (připomínáme, že stáří vesmíru je asi 14 miliard světelných let).

Ze vzdálenosti a pozorované jasnosti zdroje astronomové učili množství energie, které bylo uvolněno při výbuchu. Ačkoli výbuch trval asi 50s, uvolněná energie byla stokrát větší než energie uvolněná při výbuchu supernovy. Je to asi tolik energie, kolik vyzáří celá naše Galaxie za dvě století. Vědci prohlásili, že při explozi vznikají i jiné formy záření jako jsou neutrina nebo gravitační vlny. Neutrina a gravitační vlny je ale extrémně obtížné detekovat.

Pro výzkum vzplanutí gama plánuje NASA další dvě mise" High Energy Transient Experiment II (HETE II), která by měla startovat v r. 1999 a Gamma Ray Large Area Space Telescope (GLAST), jejíž start očekáváme v r. 2005. HETE II bude schopna zdroje gama přesně zaměřovat téměř v reálném čase a informace o poloze rychle předávat na pozemské observatoře. Poté bude možné u těchto objektů vykonávat detailní studium. GLAST bude detekovat pouze gama vzplanutí s největší energií, s dostatečnou přesností bude určovat pozici a to také umožní koordinovat pozorování z pozemských teleskopů.

Protože o těchto vzplanutích na těchto vysokých energiích je toho velmi málo známo, mohou pozorování vědcům umožnit vytvořit teorie popisující původ gama záblesků.

Snímek GRB 971214, který získal Hubble Space Telescope asi čtyři měsíce po výbuchu. Dosti zeslábl i optický protějšek. Na snímku vidíme velmi slabou a vzdálenou galaxii (označenou šipkou), která je mateřskou galaxií vzplanutí gama. Galaxie byla objevena již dříve pomocí 10-m Keckova teleskopu, ale HST ji zobrazil mnohem ostřeji.

Kredit: S. R. Kulkarni a S. G. Djorgovski, Caltech GRB tým a NASA

(podle informaci NASA 98-75 z 6. 5. 1998 přeložil DH)