9. října 2022 zaznamenala observatoř Swift na oběžné dráze poprvé neobvykle jasný záblesk gama záření GRB 221009A.
Během následujících měsíců výzkumníci z celého světa analyzovali zdroj gama paprsků, aby získali podrobnosti o neobvyklé astronomické události a našli její zdroj.
Umístění záblesku gama záření GRB 221009A na pozadí Mléčné dráhy. Obrázek: Goddard Space Flight Center NASA
Co je to záblesk gama záření?
Záblesk gama (GRB)astrofyzici nazývají krátkodobý výbuch gama záření, proud fotonů s extrémně krátkou vlnovou délkou (méně než 2⋅10−10 m) a vysokou energií. Takové astronomické události představují uvolnění obrovského množství energie a jsou zpravidla zaznamenány ve vzdálených galaxiích. Záblesk gama je jednou z nejjasnějších událostí ve vesmíru.
Vědci objevili gama záblesky relativněnedávno: v 60. letech minulého století. V roce 1963 vyslala NASA na oběžnou dráhu vojenskou družici Vela, vybavenou neutronovými, rentgenovými a gama detektory. Měl dohlížet na dodržování Smlouvy o zákazu jaderných zkoušek ze strany SSSR a dalších zemí. Přístroje družice nezaznamenaly jaderné testy, ale náhodně objevily výbuchy gama záření vycházející z hlubokého vesmíru.
Vědci rozlišují dva typy gama záblesků,které se liší trváním: krátké a dlouhé. První kategorie zahrnuje záblesky, které trvají od několika milisekund do dvou sekund. Předpokládá se, že zdrojem takové události je sloučení dvou neutronových hvězd se vznikem kilonova nebo absorpce neutronové hvězdy černou dírou.
Druhým typem jsou dlouhé gama záblesky.Mohou trvat od několika sekund do několika minut. Hlavní hypotéza naznačuje, že dlouhé záblesky gama paprsků jsou spojeny s explozí supernovy: poslední fází ve vývoji hvězd, jejichž hmotnost je 10krát nebo vícekrát větší než Slunce. Ale v roce 2022 astrofyzici z observatoře Gemini oznámili objev kilonovy, která vznikla po sloučení neutronových hvězd, v místě dlouhého gama záblesku GRB 211211A zaznamenaného o rok dříve.
Animovaný snímek dlouhého gama záblesku spojeného s kolapsem hmotné hvězdy. Animace: Goddard Space Flight Center NASA
Co je neobvyklého na gama záblesku GRB 221009A?
Záblesk gama záření GRB 221009A trval déle nežpět minut. To znamená, že patří k dlouhým zábleskům a s největší pravděpodobností souvisí s kolapsem jádra masivní hvězdy do černé díry a výbuchem supernovy. Je s podivem, že v době, která uplynula od prvního pozorování gama záblesku, se vědcům nepodařilo potvrdit vznik supernovy v místě výbuchu ani najít alternativní zdroj záření.
Navíc ten šplouch byl tak jasný, žeoslepily většinu kosmických detektorů gama záření, takže nemohly přímo zachytit skutečnou intenzitu záření. K rekonstrukci těchto informací použili vědci data shromážděná teleskopem Fermi a kuželovým spektrometrem gama záření. Analýza ukázala, že GRB 221009A byl 70krát jasnější než jakýkoli jiný pozorovaný záblesk gama.
Srovnání GRB 221009A a čtyř dříve zaznamenaných nejsilnějších gama záblesků. Obrázek: Goddard Space Flight Center NASA a Adam Goldstein (USRA)
Výpočty provedené astrofyziky projektu"Integral" Evropské vesmírné agentury (ESA) ukazují, že zatímco exploze trvala, do horních vrstev zemské atmosféry dopadl asi jeden gigawatt výkonu. To je ekvivalentní výkonu pozemní elektrárny. Událost byla tak jasná, že i dnes je dosvit delší vlnové délky, dosvit, stále viditelný.
Analýza vzorku 7000GRB zaznamenané Fermim a Conem ukazují, že takto rozsáhlé GRB by se měly vyskytovat častěji než jednou za 10 000 let. "GRB 221009A byl pravděpodobně nejjasnějším zábleskem rentgenových a gama paprsků od úsvitu lidské civilizace," řekl Eric Burns, výzkumník z Louisianské státní univerzity v Baton Rouge.
Dosvit GRB 221009A, zachycený Hubbleovým dalekohledem. Obrázek: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Zpracování obrazu: Gladys Kober
Co se astrofyzici naučili?
Pro lepší rekonstrukci historie gama záblesku použili vědci přístroje, které detekují elektromagnetické záření na různých vlnových délkách, od rádiových vln po gama záření.
První vědecké výsledky ukazují jakRentgenové paprsky osvětlovaly oblaka prachu v Mléčné dráze, když se šířily. Vědci vypočítali, že záření putovalo mezigalaktickým prostorem asi 1,9 miliardy let, než vstoupilo do naší galaxie. Srazila se s prvním oblakem prachu na "okraji" Mléčné dráhy asi před 60 tisíci lety as posledním - asi tisíci lety.
Pokaždé, když se rentgeny srazilys oblakem prachu rozptýlili část záření a vytvořili soustředné prstence, které se zdály expandovat ven. Kosmický rentgenový dalekohled ESA XMM-Newton pozoroval tyto prstence několik dní po vzplanutí gama záření. Nedaleká mračna vytvořila největší prstence jednoduše proto, že se jeví větší v perspektivě, vysvětlují vědci.
Prachové prstence z GRB 221009A pozorované rentgenovým dalekohledem. Obrázek: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Cestování po Mléčné dráze, rentgenové zářenípostupně osvítilo 20 prachových mračen naší galaxie. Radiační analýza pomohla vypočítat vzdálenost k nim a analyzovat vlastnosti jejich částic.
V průběhu let vědci navrhli řadurůzné teorie popisující vlastnosti prachových zrn. Výzkumníci překryli tyto vzorce na shromážděných datech. Zjistili, že pozorování nejlépe odpovídá model, který naznačuje, že částice jsou tvořeny především grafitem, krystalickou formou uhlíku.
Tajemný zdroj
Navzdory velkému množství shromážděných datzůstává záhadou, co přesně způsobilo tak jasný záblesk gama. Protože hlavní verze spojuje dlouhé gama záblesky s explozí supernovy, použili vědci vesmírné teleskopy Jamese Webba a Hubblea k hledání počátků budoucí mlhoviny. Žádný z teleskopů ale na místě údajného výbuchu nic nenašel.
Jedním z možných důvodů je toGRB se objevil v části oblohy, která je jen několik stupňů nad rovinou Mléčné dráhy, kde hustá prachová mračna mohou značně zatemnit dopadající světlo. Pokud ano, možná další pozorování pomohou najít zbytky supernovy.
Ilustrace hlavních součástí dlouhégama záblesk, nejběžnější typ. Jádro masivní hvězdy (vlevo) se zhroutilo a vytvořilo černou díru, která vysílá proud částic pohybujících se materiálem hvězdy do vesmíru téměř rychlostí světla. Emise v celém spektru pocházejí z horkého ionizovaného plynu v blízkosti nově zrozené černé díry, srážky mezi skořápkami rychle se pohybujícího plynu uvnitř výtrysku (vnitřní rázové vlny) a z náběžné hrany výtrysku, když se smete pryč a interaguje s okolím. (vnější šok). Obrázek: Goddard Space Flight Center NASA
Alternativní hypotéza naznačuje, že hvězdabyla tak masivní, že po počáteční explozi okamžitě vytvořila černou díru, která pohltila veškerý materiál, který by jinak vytvořil oblak plynu.
Astrofyzici pokračují v hledání ostatkůexplodující hvězda. Vědci nyní hledají stopy těžkých prvků, jako je zlato, o kterých se předpokládá, že se tvoří při silných explozích spojených s kolapsem jádra masivní hvězdy.
Vědci také poznamenávají, že je to pravděpodobnéNeobvyklá síla gama záblesku je způsobena tím, že výtrysk energie (výtrysk) vyvržený při vzniku černé díry směřoval přímo k Zemi. Analýza dosvitu a polarizace světla z takové exploze pomůže dozvědět se více o tom, jak se tvoří výtrysky.
Přečtěte si více:
Biologové zjišťují, jak rakovinné buňky unikají imunitnímu systému
Klíčová teorie kvantové fyziky byla konečně prokázána. Hlavní
Jmenované produkty, které chrání mozek před demencí, a kdy je používat
Na obálce: umělecká ilustrace záblesku gama. Obrázek: NASA/Swift/Cruz deWilde