Sciencemag.cz
Doporučujeme
Díky celosvětovému úsilí a rychlé reakci nejen observatoří ESO, ale i dalších pozemních i kosmických zařízení, se poprvé v historii astronomům podařilo pozorovat gravitační vlny a elektromagnetické záření z téhož zdroje.
Dne 17. srpna 2017 se dvojici detektorů LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, NSF, USA) spolupracující s interferometrem Virgo (Itálie) podařilo zachytit gravitační vlny procházející Zemí. Úkaz dostal označení GW170817 a jedná se celkově o pátou detekci gravitačních vln. Asi o dvě sekundy později zaznamenaly dvě kosmické laboratoře Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope, NASA) a INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory, ESA) krátký záblesk záření gama (gamma-ray burst) zhruba ve stejné oblasti oblohy.
Na základě dat z observatoří LIGO-Virgo byla určena hrubá poloha zdroje – na jižní obloze v rozsáhlé oblasti o ploše asi 35 čtverečních stupňů, do které by se úplněk Měsíce vešel několiksetkrát a kde se nacházejí miliony hvězd [1]. S příchodem noci do Chile se na danou oblast zaměřily některé z mnoha dalekohledů ESO a začaly pátrat po nových zdrojích. Do hledání se zapojily: VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, ESO, Paranal), VST (VLT Survey Telescope, ESO Paranal), italský REM (Rapid Eye Mount, ESO, La Silla), dalekohled LCO se zrcadlem o průměru 0,4 m (LCO 0.4-meter telescope, Las Cumbres Observatory) a americký DECam (Cerro Tololo Inter-American Observatory). Jako první však nový objekt nalezl dalekohled Swope (Swope 1-metre telescope). Zdroj se nacházel poblíž čočkovité galaxie (lenticular galaxy) NGC 4993 v souhvězdí Hydry. Zhruba ve stejném čase ho v infračerveném oboru pozoroval také přehlídkový dalekohled ESO/VISTA. Jak noc postupovala po zemském povrchu na západ, zapojily se do sledování také teleskopy na Havaji – Pan-STARRS a Subaru, kterým se rovněž podařilo objekt zachytit a zdokumentovat jeho rychlý vývoj.
„Jen velmi zřídka může vědec prožít nástup nové éry od samotného počátku,“ říká Elena Pian (astronomka, INAF), hlavní autorka jednoho z článků v časopise Nature. „A to se právě stalo!“
ESO spustila jednu z dosud nejrozsáhlejších pozorovacích kampaní zaměřených na studium mimořádného cíle, které jsou označovány termínem ‚target of opportunity‘. Řada dalekohledů ESO i teleskopy dalších partnerských organizací pozorovaly objekt opakovaně ještě několik týdnů po detekci [2]. Dalekohledy ESO/VLT (Very Large Telescope), ESO/NTT (New Technology Telescope), ESO/VST, MPG/ESO (MPG/ESO 2.2-metre telescope) i radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) [3], všechny sledovaly tento mimořádný úkaz a jeho následky v celém dostupném pásmu vlnových délek. Do kampaně se zapojilo 70 dalekohledů na celém světě včetně kosmického teleskopu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope).
Snímek získaný přístrojem VIMOS, který pracuje ve spojení s dalekohledem ESO/VLT na observatoři Paranal v Chile, zachycuje galaxii NGC 4993 vzdálenou asi 130 milionů světelných let. Galaxie sama o sobě není ničím výjimečná, ale odehrál se zde jev, jaký dosud nebyl pozorován – následkem sloučení a exploze dvojice neutronových hvězd zde došlo k explozi kilonovy. Při tomto jevu došlo také ke vzniku gravitačních vln a k záblesku záření gama. Oba tyto doprovodné procesy se podařilo pozorovat – gravitační vlny systémem interferometrických detektorů LIGO-Virgo a gama záblesk družicemi Fermi/INTEGRAL.
Odhad vzdálenosti objektu, který vědci učinili na základě dat o gravitačních vlnách i dalších pozorování, ukázal, že sledovaný úkaz se skutečně odehrál v galaxii NGC 4993 ležící asi 130 milionů světelných let daleko. Jedná se tak o dosud nejbližší zdroj gravitačních vln, který se podařilo identifikovat, ale také o jeden z nejbližších zaznamenaných zdrojů záblesku gama [4].
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 (neutron stars) – extrémně hustých, zkolabovaných jader hmotných hvězd, odhalených při explozi supernovy [5]. Tato splynutí byla dosud považována za nejpravděpodobnější hypotézu vysvětlující existenci krátkých záblesků záření gama. Očekávalo se, že následkem takové události dochází k jevu 1 000krát jasnějšímu než běžná nova, který je označován jako kilonova.
Téměř současná detekce gravitačních vln a záření gama ze zdroje GW170817 dále zvýšila naději, že tento objekt je skutečně dlouho hledanou kilonovou. Pozorování provedená s pomocí zařízení ESO odhalila vlastnosti, které jsou pozoruhodně blízké předpovědím teoretiků. Existence kilonov byla navržena již před více než třiceti lety, ale toto je první potvrzené pozorování.
Po splynutí dvou neutronových hvězd opouští místo probíhající kilonovy expandující oblak těžkých radioaktivních prvků, který se pohybuje až pětinou rychlosti světla. Během několika následujících dní se světlo kilonovy změní z modré na temně červenou, a to mnohem rychleji, než je pozorováno u jakékoliv jiné hvězdné exploze.
„Když jsem uviděl spektrum, uvědomil jsem si, že je to ten nejneobvyklejší přechodný jev, jaký jsem kdy sledoval,“ poznamenává Stephen Smartt, který vedl pozorování prováděná pomocí dalekohledu ESO/NTT v rámci přehlídkového programu ePESSTO (extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects). „Něco takového jsem ještě nespatřil. Naše data, v kombinaci s dalšími pozorováními od jiných skupin, jasně ukázala, že se nejednalo o supernovu ani mezilehlou proměnnou hvězdu, ale něco pozoruhodného.“
Spektra pořízená v rámci programu ePESSTO a pomocí dalekohledu VLT s přístrojem X-shooter naznačila možnou přítomnost cesia a telluria, 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 průběh kilonovy. Pozorování dokumentují vznik prvků těžších než železo prostřednictvím jaderných reakcí v nitru hvězdných objektů s vysokou hustotou a tento typ nukleogeneze, probíhající prostřednictvím rychlého zachycování neutronů (rapid neutron capture proces, r-process nucleosynthesis), byl dosud čistě teoretickou otázkou.
„Data, která zatím máme, jsou v pozoruhodně dobrém souhlasu s teorií. Je to triumf teoretické astrofyziky. Potvrzují, že jevy zachycované detektory LIGO-Virgo jsou bezpochyby skutečné. A jedná se o mimořádný úspěch pro ESO, kterému se podařilo získat působivá data o průběhu kilonovy,“ dodává Stefano Covino, hlavní autor jednoho z článků v Nature.
„Je obrovskou předností ESO, že má k dispozici širokou paletu dalekohledů a přístrojů, která umožňuje realizovat rozsáhlé a složité pozorovací projekty v krátkém čase. Vstoupili jsme do nové éry multi-vlnové astronomie!“ říká Andrew Levan, vedoucí autor dalšího článku.
Poznámky
[1] Data z detektorů LIGO-Virgo lokalizovala zdroj na ploše oblohy o rozloze asi 35 čtverečních stupňů. [2] Galaxie byla pozorovatelná v srpnu pouze ve večerních hodinách, od září se již nacházela na obloze příliš blízko Slunce. [3] Na dalekohledu ESO/VLT byla použita tato technika: spektrograf X-shooter na dalekohledu UT2 (Unit Telescope 2); spektrograf FORS2 (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2) a systém adaptivní optiky NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System) – CONICA (Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) – Near-Infrared Imager and Spectrograph) (NACO) na dalekohledu UT1 (Unit Telescope 1); VIMOS (VIsible Multi-Object Spectrograph) a VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared) na UT3 (Unit Telescope 3); a MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) a HAWK-I (High Acuity Wide-field K-band Imager) na UT4 (Unit Telescope 4). VST pozoroval pomocí OmegaCAM a VISTA InfraRed CAMera (VISTA InfraRed CAMera). V rámci programu ePESSTO pořídil dalekohled NTT spektra ve viditelné oblasti s použitím spektrografu EFOSC2 (ESO Faint Object Spectrograph and Camera 2) a spektra v infračervené oblasti pomocí spektrografu SOFI (Son of ISAAC). Dalekohled MPG/ESO (MPG/ESO 2.2-metre telescope) pozoroval optický dosvit gama záblesku pomocí přístroje GROND (Gamma-Ray burst Optical/Near-infrared Detector). [4] Pozorování umožnila pouze relativně malá vzdálenost (130 milionů světelných let) mezi Zemí a místem splynutí neutronových hvězd. Splynutí neutronových hvězd totiž produkuje výrazně slabší gravitační vlny, než splynutí černých děr (všechny čtyři předchozí detekce byly tohoto typu). [5] Pokud dvě neutronové hvězdy obíhají kolem sebe ve vázaném páru, ztrácí systém energii vyzařováním gravitačních vln. Hvězdy se přibližují, dokud se nespojí, přitom je část hmoty přeměněna na energii v podobě gravitačních vln podle Einsteinova vztahu E=mc2.Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí
