Kvarkadabrin fokus: Izbruh žarkov gama viden s prostim očesom

    Doc. dr. Andreja Gomboc s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani je v sredini septembra letos v reviji Nature skupaj s sodelavci objavila članek v katerem poročajo o astronomskem opazovanju najsvetlejšega izbruha žarkov gama doslej in prvem izbruhu, pri katerem so začetek izbruha ujeli tudi v vidnem delu spektra.  O tem, kako je potekala raziskava in o pomenu izsledkov smo povprašali dr. Gomboc.

    Kaj? (Referenca)
    “Broadband observations of the naked-eye gamma-ray burst GRB 080319B”, Nature 455, 183 – 188 (11 Sep 2008)

    Kdo? (Avtorji)
    Astronomi s 44 institucij s celega sveta, med njimi tudi Andreja Gomboc s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani

    Kje? (“slovenska”, “evropska” ali “svetovna” raziskava?)
    Lahko rečem, da gre za svetovno raziskavo, saj so v članku združeni podatki 11 teleskopov z različnih krajev Zemlje, vesoljskih teleskopov Hubble in Spitzer ter satelitov Swift in Konus-Wind.

    Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu…?)
    Izbruhi žarkov gama so silovite ekplozije v oddaljenih galaksijah. Po današnjem razumevanju signalizirajo nastanek črnih lukenj. Te bodisi nastanejo ob zlitju dveh zelo gostih nevtronskih zvezd v črno luknjo ali ob koncu razvoja zelo masivne in hitro vrteče se zvezde, ko se njeno jedro sesede v črno luknjo. Pri tem nastaneta dva nasprotno usmerjena curka snovi, ki nato skoraj s svetlobno hitrostjo potujeta navzven. Pri tem močno svetita pretežno v smeri curkov. Če tak svetlobni snop kaže približno v smeri Zemlje, potem astonomi opazimo svetel izbruh. V primeru izbruha GRB 080319B (oznaka pomeni, da je to bil drugi izbruh žarkov gama dne 19. marca 2008) je bil curek usmerjen takorekoč direktno proti nam, zato je bil za opazovalce na Zemlji še posebej svetel. Čeprav se je zgodil 7.5 milijarde svetlobnih let daleč, bi ga za manj kot minuto lahko videli celo s prostim očesom (če bi vedeli kdaj in kam pogledati). To je bil, kolikor vemo, najbolj oddaljen objekt kar jih je bilo kdaj mogoče videti s prostimi očmi. Odlična poravnava je prvič doslej jasno pokazala, da obstaja izjemno hiter in ozek curek, ki nas je tokrat oplazil, poleg njega pa še nekoliko počasnejši in širši curek, ki smo ga doslej opazovali pri tistih izbruhih gama žarkov, ki niso kazali povsem v našo smer. Smeri curkov so seveda naključne in tako dobra poravnava se zgodi le redko. Pričakujemo, da bo treba do naslednjega tako natančno proti nam usmerjenega izbruha počakati vsaj kako desetletje. Ta primer je izjemen tudi zato, ker je prvi, pri katerem smo istočasno opazovali izbruh v valovnih dolžinah žarkov gama in vidne svetlobe. Iz opazovanj smo lahko sklepali, da so tako gama žarki kot vidna svetloba nastali v istem območju, dodatno pa je mogoče omejiti tudi geometrijske in fizikalne parametre curka snovi ter vlogo magnetnih polj v njem.

    Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
    Izbruhi žarkov gama so siloviti a nenapovedljivi in kratkotrajni, običajno trajajo le nekaj sekund do nekaj minut. Zaznajo jih posebni sateliti, v tem primeru Swift, ki je rezultat sodelovanja med ameriško Naso, Veliko Britanijo in Italijo. Swift takoj pošlje poročilo o izbruhu na Zemljo, nakar se robotski teleskopi samodejno obrnejo proti delu neba, kjer se je izbruh zgodil. Od detekcije na satelitu do pričetka opazovanj običajno traja 20-60 sekund za majhne robotske teleskope in nekaj minut za večje. Doslej se še ni zgodilo, da bi v vidni svetlobi ujeli sam pričetek izbruha, tokrat pa je pomagalo naključje: prvi izbruh tega dne se je zgodil le nekaj stopinj proč, tako da sta dva optična teleskopa, ki sta opazovala prvi izbruh, posnela tudi začetek mnogo svetlejšega drugega izbruha. To sta bila poljska kamera Pi of the Sky na observatoriju Las Campanas v Čilu in rusko-italijanska kamera TORTORA na teleskopu REM na Evropskem južnem observatoriju na La Silli. Tako smo prvič ujeli v vidni svetlobi sam začetek izbruha in ga primerjali s potekom izbruha, kot ga vidimo v žarkih gama.

    Kam? (Naslednja velika stvar na vašem področju?)
    Vsak nov izbruh žarkov gama je zanimiv, saj nam omogoča primerjavo opazovanj z napovedmi teoretičnih modelov ter nam pomaga izboljšati naše razumevanje teh katastrofalnih dogodkov ter okoliščin, ki pripeljejo do njih. S kombinacijo opazovanj s satelitov in teleskopov na Zemlji lahko s podatki v širokem pasu valovnih dolžin (od gama žarkov do infrardeče svetlobe) sestavimo širšo in boljšo sliko. Eden od izzivov je izmeriti spreminjanje polarizacije v vidni svetlobi, ki sledi izbruhu žarkov gama, saj nam bo to pomagalo odgovoriti na pomembno vprašanje o vlogi magnetnega polja pri izbruhih. V ta namen smo s sodelavci na Astrophysics Research Institute na Liverpool John Moores University razvili poseben polarimter RINGO. Za širšo fiziko pa so izbruhi žarkov gama zanimivi kot vir kozmičnih delcev, nevtrinov, fotonov s TeV energijami ter kot vir za potencialno detekcijo gravitacijskih valov.

    Deli