Teoretická astrofyzika dosáhla triumfu, byla objevena kilonova

Dalekohledy zachytily první optický protějšek zdroje gravitačních vln. Výsledkem splynutí dvojice neutronových hvězd je kilonova.

Díky kataklizmatickému spojení dvou neutronových hvězd se do okolního prostoru rozptylují těžké chemické prvky jako zlato či platina.

Objev, který zveřejnil prestižní vědecký časopis Nature a množství dalších časopisů, poskytuje dosud nejpřesvědčivější důkazy toho, že krátké záblesky gama záření způsobuje právě splynutí dvou neutronových hvězd.

Díky celosvětovému úsilí a rychlé reakci nejen observatoře ESO, ale i dalších pozemských a kosmických zařízení, se poprvé v historii astronomům podařilo pozorovat gravitační vlny a elektromagnetické záření ze stejného zdroje.

Pátrání po zdroji záření

17. srpna 2017 se dvojici detektorů LIGO (Laser Interferometry Gravitational -Wave Observatory, USA) spolupracujících s interferometry na registraci gravitačních vln s názvem Virgo (Itálie) podařilo zachytit gravitační vlny procházející Zemí.

Úkaz dostal označení GW170817 a jde celkově o pátou detekci gravitačních vln.

Asi o dvě vteřiny později zaznamenaly dvě specializované kosmické laboratoře (družice), konkrétně Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope, NASA) a INTEGRAL (International Gamma Ray Astrophysics Laboratory, ESA), krátký gama záblesk zhruba ve stejné oblasti oblohy.

Na základě údajů z gravitačních observatoří LIGO a Virgo se určila přibližná poloha zdroje – na jižní obloze v rozsáhlé oblasti s plochou asi 35 čtverečních stupňů, do které by se úplněk Měsíce vešel více než stokrát a kde se nacházejí miliony hvězd.

S příchodem noci do Chile se na danou oblast zaměřily některé z mnoha dalekohledů ESO a začali pátrat po nových zdrojích záření. Do hledání se zapojili: VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, ESO, Cerro Paranal), VST (VLT Survey Telescope, ESO, Cerro Paranal), italský REM (Rapid Eye Mount, ESO, La Silla), dalekohled LCO se zrcadlem s průměrem 0,4 m (LCO 0.4-metr telescope, Las Cumbres Observatory) a americký DECam (Cerro Tololo Inter-American Observatory).

Nalezení objektu – nástup nové éry

Jako první však nový objekt našel dalekohled Swope (Swope 1-metry telescope). Zdroj se nacházel v blízkosti čočkovité galaxie NGC 4993 v souhvězdí Hydry.

Přibližně ve stejnou dobu ho v infračervené oblasti spektra pozoroval i dalekohled VISTA.

Jak noc postupovala po zemském povrchu na západ, zapojily se do pozorování i dalekohledy na Havaji – Pan-Starrs a Subaru, kterým se také podařilo objekt zachytit a zdokumentovat jeho rychlý vývoj.

Jen velmi vzácně může vědec prožít nástup nové éry od samotného začátku, říká Elena pianového (astronomka, Istituto Nazionale di Astrofísica, Řím, Itálie), autorka jednoho z článků v časopise Nature. A to se právě stalo!

ESO odstartovalo jednu z dosud nejrozsáhlejších pozorovacích kampaní zaměřených na studium mimořádného cíle. Množství dalekohledů ESO i dalekohledy dalších partnerských organizací pozorovaly objekt opakovaně ještě několik týdnů po první detekci. Dalekohledy VLT (Very Large Telescope), NTT (New Technology Telescope), VST, MPG (MPG / ESO 2.2-metry telescope) i radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array), všechny sledovaly tento mimořádný úkaz a jeho následky v celém dostupném pásmu vlnových délek elektromagnetického záření.

Do kampaně se zapojilo 70 dalekohledů na celém světě včetně Hubbleova kosmického teleskopu HST (Hubble Space Telescope).

Jev 1 000krát jasnější než nova

Odhad vzdálenosti objektu, který učinili vědci na základě údajů o gravitačních vlnách i dalších pozorování, ukázal, že sledovaný úkaz se odehrál v galaxii NGC 4993 nacházející se od nás ve vzdálenosti asi 130 miliónů světelných let.

Jde tak o dosud nejbližší zdroj gravitačních vln, který se podařilo identifikovat, ale také o jeden z nejbližších zaznamenaných zdrojů záblesku gama záření. Periodické poruchy prostoročasu známé jako gravitační vlny jsou způsobeny specifickými pohyby hmoty. V současnosti je však možné detekovat pouze následky těch nejdivočejších událostí, při kterých dochází k velmi rychlým změnám pohybu mimořádně hmotných těles.

Jedním z takových jevů je splynutí dvou neutronových hvězd – extrémně hustých, zkolabovaných jader hmotných hvězd odhalených při explozi supernovy.

Tato splynutí byla dosud považována za nejpravděpodobnější hypotézu vysvětlující existenci krátkých záblesků gama záření. Očekávalo se, že následkem takové události dochází k jevu asi 1 000krát jasnějšímu, než je běžná nova, který se označuje jako kilonova.

Téměř současná detekce gravitačních vln a záření gama ze zdroje GW170817 zvýšila naději, že tento objekt je skutečně dlouho hledanou kilonovou.

Expandující oblak radioaktivních prvků

Pozorování provedené pomocí přístrojů ESO odhalilo vlastnosti, které jsou pozoruhodně blízké k předpovědím teoretiků. Existence kilonov byla navržena již před více než 30 lety, ale toto je první potvrzené pozorování. Po splynutí dvou neutronových hvězd opouští místo výbuchu kilonovy expandující oblak těžkých radioaktivních prvků, který se pohybuje až pětinou rychlosti světla.

Během několika následujících dnů se světlo kilonovy změní z modré na tmavočervenou, a to mnohem rychleji, než se pozoruje při jakékoliv jiné hvězdné explozi. Když jsem uviděl spektrum, uvědomil jsem si, že je to ten nejneobvyklejší přechodný jev, jaký jsem kdy sledoval, poznamenává Stephen Smarty, který vedl pozorování prováděné pomocí dalekohledu NTT v rámci přehlídkového programu ePESSTO (extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects).

Něco takového jsem ještě neviděl. Naše data, v kombinaci s dalšími pozorováními od jiných skupin, jasně ukázaly, že nešlo o supernovu ani přechodnou proměnnou hvězdu, ale o něco pozoruhodného. Spektra získané v rámci programu ePESSTO a pomocí dalekohledu VLT s přístrojem X-shooter naznačily možnou přítomnost cesia a teluru, které byly vyvrženy z oblasti splynutí neutronových hvězd.

Tyto a další těžké chemické prvky, vzniklé při splynutí, mohly být odvrženy do okolního prostoru následnými procesy doprovázejícími výbuch kilonovy.

Vznik prvků těžších než železo

Pozorování dokumentují vznik prvků těžších než železo prostřednictvím jaderných reakcí uvnitř hvězdných objektů s vysokou hustotou a tento typ nukleogeneze, probíhající prostřednictvím rychlého zachycování neutronů, byl zatím jen čistě teoretickou otázkou.

Údaje, které zatím máme, jsou v pozoruhodně dobrém souhlasu s teorií. Je to triumf teoretické astrofyziky. Potvrzují, že jevy zachycené detektory LIGO a Virgo jsou bezpochyby skutečné. A jde o mimořádný úspěch pro ESO, kterému se podařilo získat působivé údaje o průběhu exploze kilonovy, dodává Stefano Covina, italský astrofyzik, autor jednoho z článků v časopise Nature.

Je obrovskou předností ESO, že má k dispozici širokou paletu dalekohledů a dalších přístrojů, které umožňují realizovat rozsáhlé a složité pozorovací projekty v krátkém čase. Vstoupili jsme do nové éry multivlnové astronomie! upřesňuje Andrew Levan, hlavní autor dalšího článku.

Text původně vyšel v magazínu Quark.

 

 

Leave a Reply