Astronómovia veria, že dlhý GRB (gama záblesk) pochádza z rýchlo rotujúcej masívnej hviezdy, keď jej jadro dôjde palivo a zrúti sa, čím sa v strede hviezdy vytvorí čierna diera. V koncepte tohto umelca vychádzajú z umierajúcej hviezdy dva prúdy a interagujú s plynom a prachom, ktorý ju obklopuje. Zdroj obrázkov: Laboratórium konceptov NASA Goddard Space Flight Center

Astronómovia boli svedkami lode, najjasnejšej kozmickej udalosti, aká bola kedy zaznamenaná, demonštrujúca silu časovej oblasti a astronómie viacerých poslov. Táto udalosť a ďalšie podobné udalosti poskytujú pohľad na dynamické procesy vesmíru a úlohu spolupráce vo vedeckých objavoch.

Telefón Stephena LeSagea začal vibrovať po polčase 9. októbra 2022, keď sledoval s kamarátom futbalový zápas v Atlante. Keď Lesage videl prichádzajúce správy, zápas sa už nezdal dôležitý. Došlo k vzácnej kozmickej udalosti a on potreboval okamžite získať prístup k svojmu počítaču.

Satelit Fermi Gamma Ray agentúry NASA a observatórium Neila Gehrelsa-Swifta zaznamenali vo vesmíre nezvyčajne jasný signál a poslali vedcom automatické varovania. Chatovací kanál Fermiho tímu Lesage sa rozsvietil správami, keď vedci koordinovali svoju stratégiu sledovania.

„Všetci v tej skupine hovorili: ‚Táto vec je šialená! „Kto je zodpovedný za analýzu tohto? To je to, na čo sme čakali,“ spomína Lesage, postgraduálny študent na University of Alabama, Huntsville.

Táto nezvyčajná udalosť sa ukázala ako kozmická explózia, ktorá bola snáď najjasnejšia v röntgenových a gama energiách od začiatku civilizácie. Astronómovia ju nazvali „loď“, „najjasnejšia zo všetkých“. Lesage viedol analýzu Fermiho údajov, ktorá ukázala, aká jasná bola loď. Nasledovalo viac ako 150 ďalekohľadov vo vesmíre a na Zemi, aby získali ďalšie podrobnosti o udalosti vrátane NASAIXPE (X-ray Polarimetry Explorer), Hubbleov vesmírny teleskop, vesmírny teleskop Jamesa Webba, ako aj teleskop XMM-Newton Európskej vesmírnej agentúry.

Vesmír sa mení

Loď je príkladom toho, čo astronómovia nazývajú astronómia astronómie s viacerými správami. Časť „časová doména“ sa týka udalostí vyskytujúcich sa vo vesmíre, ktoré môžu teleskopy pozorovať, keď sa vyskytnú, ako napríklad supernova alebo zlúčenie dvoch neutrónových hviezd. „Multi-messenger astronómia“ sa vzťahuje na rôzne „poslíčky“, ktoré prenášajú informácie z vesmíru, vrátane všetkých foriem svetla, vysokoenergetických častíc a vlnenia v časopriestore tzv. Gravitačné vlny.

Aj keď sa môže zdať, že sa vesmír mení veľmi pomaly, v priebehu miliónov alebo dokonca miliárd rokov, jeho nebeskí obyvatelia niekedy spôsobujú dramatické zmeny v priebehu niekoľkých dní alebo dokonca zlomkov sekúnd. Centrá galaxií žiaria, keď ich centrálne čierne diery požierajú hmotu. Sifónové čierne diery plazma Z blízkych hviezd. Hviezdy explodujú. Neutrónové hviezdy sa zrážajú s čiernymi dierami, neutrónové hviezdy sa zrážajú s neutrónovými hviezdami a čierne diery sa spájajú s čiernymi dierami. Dokonca aj vzdialené zrážky nebeských telies môžu vysielať silné vlnenie, ktoré môžu byť detekované vesmírnymi a pozemnými ďalekohľadmi a prístrojmi. Mnohé z týchto javov sú nepredvídateľné z hľadiska toho, kde a kedy nastanú.

NASA má dva „pozorovateľské“ satelity so širokými zornými poľami, ktoré vysielajú varovania, keď zaznamenajú náhle zosvetlenie gama žiarenia: Fermi a Swift. Fermiho Gamma-ray Burst Observer, Large Area Telescope a Swift Burst Alert Telescope sú kľúčovými nástrojmi, ktoré môžu ako prvé odhaliť tieto udalosti.

„Keď sa stane niečo impulzívne, keď niečo vybuchne a vybuchne, alebo sa niečo rozdrví a zrúti, stane sa to,“ povedala Valerie Connaughton, ktorá vedie portfólio vysokoenergetickej astrofyziky a iniciatívu astronómie v časovej doméne a viacerých správ v rámci divízie astrofyziky NASA. Sídlo vo Washingtone.

Keď vedci dostanú upozornenie na svoje počítače a telefóny, možno sa budú môcť spojiť s inými teleskopmi a sledovať udalosť. Použitím rôznych observatórií a vesmírnych prístrojov na štúdium týchto veľmi nepredvídateľných zábleskov môžu vedci poskladať dohromady, čo, kde, kedy a prečo pozorovali „výkyvy“ v obvyklom tichu vesmíru.

Po porovnaní pozorovaní lode z niekoľkých ďalekohľadov vedci zistili, že tento nezvyčajne jasný výbuch pochádza zo supernovy, konkrétne z kolapsu jadra rýchlo rotujúcej masívnej hviezdy. A neskôr s údajmi z NASA Nustar Počas misie vedci zistili, že tok materiálu uvoľneného z explodujúcej hviezdy mal zložitejší tvar, než si pôvodne mysleli.

„„Práve vybuchla obrovská hviezda a my ju musíme študovať a zistiť, čo sa stalo, spätne analyzovať časti a znova ich poskladať,“ povedal Lesage.

„Astronómia v časovej oblasti nám umožňuje získať základné odpovede o vlastnostiach vesmíru, samotnej základnej fyzike a pôvode prvkov.“

— Eric Burns, astrofyzik, Louisiana State University

Nové jasné signály

Len päť mesiacov po lodi dostali vedci od Fermiho varovanie o druhom najjasnejšom záblesku gama žiarenia za posledných 50 rokov. Tento novší signál je GRB 230307A, ku ktorému došlo v marci 2023, sa pripojila k lodi v kategórii „dlhých“ zábleskov gama, ktoré trvajú 200 sekúnd v porovnaní so 600 na lodi. Vďaka infračerveným údajom z NASA Vesmírny teleskop Jamesa WebbaVedci zistili, že GRB 230307A má pravdepodobne veľmi odlišný pôvod: zlúčenie dvoch neutrónových hviezd vzdialených asi miliardu svetelných rokov od Zeme. Okrem toho Webb objavil vzácny prvok telúr, čo tomu naznačuje Neutrónová hviezda Fúzie vytvárajú ťažké položky, ako je tento.

Tento výsledok stále mätie astronómov ako Eric Burns, spoluautor článku GRB 230307A a člen Fermiho tímu na Louisianskej štátnej univerzite. Fúzie neutrónových hviezd by nemali produkovať také dlhé záblesky gama žiarenia a súčasné modely atómovej fyziky úplne nevysvetľujú stredné infračervené vlnové dĺžky objavené Webbom. Dúfa, že Webb nám v najbližších rokoch pomôže dozvedieť sa viac o týchto typoch udalostí.

„Astronómia v časovej oblasti nám umožňuje získať základné odpovede o vlastnostiach vesmíru, samotnej základnej fyzike a pôvode prvkov,“ povedal Burns.

Tento obrázok zachytený prístrojom NIRCam (blízka infračervená kamera) vesmírneho teleskopu NASA Jamesa Webba zvýrazňuje vzplanutie gama lúčov (GRB) 230307A a s ním spojenú kilonovu, ako aj jej bývalú materskú galaxiu medzi jej miestnym prostredím iných galaxií a hviezd v popredí. GRB boli pravdepodobne poháňané zlúčením dvoch neutrónových hviezd. Neutrónové hviezdy boli vyvrhnuté zo svojej materskej galaxie, pričom prešli vzdialenosť asi 120 000 svetelných rokov, čo je zhruba priemer Mliečnej dráhy, a nakoniec sa o niekoľko stoviek miliónov rokov neskôr zlúčili. Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)

Veľa poslov

Kozmickí „poslovia“ spojení s prechodnými kozmickými zábleskami tiež pomáhajú vedcom rekonštruovať ich pôvod. Počiatočná detekcia gravitačných vĺn v roku 2015 LegoObservatórium gravitačných vĺn s laserovým interferometrom ukázalo, že vesmír je možné pozorovať úplne novým spôsobom, a otvorilo novú éru, v ktorej bolo možné použiť viacero poslov na štúdium náhlych výkyvov vo vesmíre.

V roku 2017 vedci preukázali túto možnosť kombináciou pozorovaní gravitačných vĺn s údajmi z niekoľkých rôznych pozemných a vesmírnych observatórií, aby študovali zlúčenie kilonov alebo neutrónových hviezd s názvom GW170817. Spomedzi poznatkov z rozsiahleho štúdia týchto kilonov ich Burns a jeho kolegovia použili na prvé presné meranie gravitačnej rýchlosti, „posledné veľké potvrdenie Einsteinovej predpovede,“ povedal.

Dnes sieť LIGO, podporovaná americkou Národnou vedeckou nadáciou, európskou VIRGO a japonskou KAGRA, hľadá udalosti gravitačných vĺn.

Na tomto obrázku odsúdené neutrónové hviezdy smerujú k zániku. Gravitačné vlny odčerpávajú orbitálnu energiu, čo spôsobuje, že sa hviezdy približujú a spájajú. Keď sa zrazia, časť úlomkov je odfúknutá v časticových prúdoch pohybujúcich sa takmer rýchlosťou svetla, čím vzniká krátky záblesk gama žiarenia. Zdroj obrázkov: NASA Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Laboratory

Svetlo je jediným typom „posla“ z vesmíru, ktorý bol zistený pre loď aj pre gama záblesk, ktorý zrejme produkoval telúr. Experiment v blízkosti Antarktídy s názvom IceCube, podporovaný NSF, hľadal vysokoenergetické neutrína pochádzajúce z rovnakej oblasti oblohy ako každá udalosť, ale nenašiel žiadne. Nedostatok pozorovaných neutrín však pomáha vedcom obmedziť možnosti, ako k týmto udalostiam dochádza.

„Tento prístup k viacnásobnému zasielaniu správ je dôležitý, aj keď nemáte detekciu,“ povedala Michela Nigro, astrofyzička a odborná asistentka na Louisianskej štátnej univerzite. „Skutočne to pomáha vylúčiť niektoré scenáre, ako aj povedať nám niečo nové, keď máme objavy.“

Sľubná budúcnosť

Pre Lesagea, ktorý píše svoju prácu na lodi, je astronómia v časovej oblasti a viacnásobná korešpondencia vzrušujúcou oblasťou štúdia. Na tej istej lodi je stále on a ďalší astronómovia, keď sledujú všetky procesy, ktoré odhalilo mimoriadne jasné svetlo z tejto intenzívnej udalosti. Ale určite prídu ďalšie prechodné udalosti a budú držať vedcov v strehu, keď ich budú prenasledovať širokou škálou ďalekohľadov a nástrojov.

„Je to len prechod udalostí, pozrite sa teraz, inak vám to bude chýbať,“ povedal Lesage. „Pozri tak rýchlo, ako môžeš.“

Ďalšie čítanie: Teleskopy v puzdre

V najbližších rokoch NASA spustí nové „pozorovacie“ satelity, ktoré pomôžu pri hľadaní náhlych prechodných udalostí, ako je táto. Zahŕňa niekoľko CubeSatstrieda miniatúrnych kozmických lodí postavená v štandardizovaných kockových moduloch s rozmermi 4 palce (10 cm) na každej strane:

• BurstCubeBude spustený v marci 2024 na monitorovanie signálov gama žiarenia
• BlackCat, ktorý má byť uvedený na trh v roku 2025, na detekciu röntgenového svetla
• StarburstBude spustený v roku 2027 na monitorovanie signálov gama žiarenia

Medzinárodné partnerstvá zahŕňajú aj tento typ vedy:

• Terasy (The Transient Ultraviolet Astronomy Satellite), malý satelit Izraelskej vesmírnej agentúry a Weizmannovho vedeckého inštitútu, so širokým zorným poľom špecializujúcim sa na ultrafialové svetlo, má príspevky od NASA. Očakáva sa, že bude spustený v roku 2026.

Okrem toho teleskopy NASA s inými primárnymi cieľmi môžu pomôcť pri hľadaní týchto nezvyčajných udalostí:

• duchana svojej ceste k asteroidu Psyche bohatému na kovy, má spektrometer gama žiarenia, ktorý môžu astronómovia použiť na detekciu zábleskov gama žiarenia, keď sa kozmická loď počas nasledujúcich niekoľkých rokov pohybuje smerom k svojmu cieľu.
• múdry, ktorá mapovala oblohu na infračervených vlnových dĺžkach, našla mnoho nových vzdialených objektov a kozmických javov. a Newways Misia, ktorá opätovne využíva teleskop WISE, skenuje blízkozemský priestor a hľadá potenciálne nebezpečné asteroidy.
• Rímsky vesmírny teleskop NASA Nancy Grace, infračervené observatórium, ktoré objasní tajomstvá starodávnej temnej energie a objaví tisíce exoplanét, je navrhnuté tak, aby poskytovalo široký výhľad a nepochybne zachytilo prchavé infračervené signály. Observatórium uskutoční niekoľko prieskumov na pátranie po týchto javoch a misia podporí niekoľko tímov pri štúdiu súvisiacich tém od premenných hviezd až po zrodenie čiernych dier a aktívnych galaxií. Spustenie Romana je naplánované na máj 2027 a bude tiež poskytovať upozornenia na zmeny na oblohe, ktoré zaznamená.
• Misia Near Earth Object Surveyor (NEO Surveyor). Infračervené detektory budú použité na rozšírenie hľadania asteroidov a komét, ktoré môžu predstavovať hrozbu pre Zem. Očakáva sa, že zábery, ktoré má nasnímať NEO Surveyor, budú zachytávať aj mnohé vzdialené objekty v pozadí.