Gigantické exploze zahalené v prachu

ESO 018/14 tisková zpráva

Gama záblesky (Gamma-ray bursts, GRBs) jsou záblesky elektromagnetického záření s extrémně vysokou energií, které pozorujeme ve vzdálených galaxiích a jedná se o nejjasnější explozivní jevy ve vesmíru. Záblesky trvající déle než několik sekund jsou označovány jako 'dlouhé' (long-duration gamma-ray bursts, LGRBs, [1]) a za jejich původce jsou považovány supernovy – mohutné exploze, ke kterým dochází v závěrečné fázi vývoje velmi hmotných hvězd.

Typický gama záblesk uvolní během několika sekund tolik energie jako Slunce za celých deset miliard let svého života. Po samotné explozi následuje pomalý pokles jasnosti na různých vlnových délkách včetně viditelného záření, který je označován jako dosvit (afterglow). Předpokládá se, že vzniká při kolizi vyvržené hmoty s okolním plynem.

Je však záhadou, proč některé gama záblesky žádný optický dosvit nemají. Astronomové tyto záblesky označují jako temné (dark bursts). Jedním z možných vysvětlení je, že oblaky prachu v okolí absorbují část záření záblesku.

V uplynulých několika letech astronomové ve snaze lépe pochopit záblesky záření gama podrobně zkoumali galaxie, ve kterých k nim došlo. Vědci předpokládali, že hmotné hvězdy, které jsou původci gama záblesků, se budou nacházet v oblastech s probíhající tvorbou hvězdhvězd. Měly by tedy být oklopeny velkým množstvím molekulárního plynu, který je pro tvorbu hvězd nezbytný. Tuto teorii se však nepodařilo žádným pozorováním potvrdit.

Týmu japonských astronomů se však nyní s použitím zařízení ALMA podařilo vůbec poprvé detekovat rádiové emise molekulárního plynu ve dvojicí galaxií, ve kterých došlo ke dlouhým zábleskům záření gama (GRB 020819B a GRB 051022). První galaxie se nachází asi 4,3 miliardy světelných let od Země, druhá 6,9 miliardy světelných let. Přestože v žádné galaxii, ve které se odehrál záblesk gama, se dosud rádiovou emisi zaznamenat nepodařilo, mimořádná citlivost zařízení ALMA takové pozorování umožnila [2].  

Pozorování galaxie ve které se odehrál gama záblesk GRB 020819B. Snímek vlevo zachycuje rádiová měření molekulárního plynu, snímek uprostřed měření prachu – obě provedená pomocí ALMA. Snímek vpravo pořídil ve viditelném oboru Frederick C. Gillett (Gemini North Telescope). Křížkem je označena pozice gama záblesku.

Člen výzkumného týmu Kotaro Kohno (University of Tokyo) říká: „Molekulární plyn v galaxiích, ve kterých došlo k zábleskům záření gama, jsme pomocí různých teleskopů po celém světě hledali přes deset let. Díky naší pečlivé práci se nám konečně podařilo získat průlomové pozorování pomocí výkonného systému ALMA. Je to opravdu vzrušující.“

Dalšího úspěchu se podařilo dosáhnout díky vysokému rozlišení sítě ALMA, které umožnilo prozkoumat rozložení molekulárního plynu a prachu v těchto galaxiích. Pozorování protějšku záblesku GRB 020819B odhalila ve vnějších partiích této galaxie [3] prostředí se zvýšeným obsahem prachu, zatímco molekulární plyn se nachází pouze poblíž jejího středu. Je to vůbec poprvé, co se podařilo prozkoumat rozložení plynu a prachu v galaxii, ve které se odehrál záblesk gama záření.

„Neočekávali jsme, že by k zábleskům záření gama mohlo docházet v takto zaprášeném prostředí s nízkým podílem molekulárního plynu vzhledem k prachu. To naznačuje, že gama záblesky nastaly v prostředí, které se výrazně odlišuje od typické oblasti vzniku nových hvězd,“ říká člen týmu Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan).

Mohlo by to znamenat, že hmotné hvězdy značně pozměnily své bezprostřední okolí v oblasti vzniku hvězd ještě před tím, než explodovaly.  

Členové výzkumného týmu se domnívají, že důvodem vysokého podílu prachu oproti molekulárnímu plynu v místě, kde se odehrál gama záblesk, by mohla být odlišná reakce molekul plynu a prachových částic na ultrafialové záření. Jelikož vazby mezi atomy v molekulách plynu se mohou působením ultrafialového záření snadno rozrušit, molekulární plyn nemůže dlouhodobě přežít v prostředí ozařovaném horkými a hmotnými hvězdami (včetně hvězd, která mohou explodovat a vytvořit gama záblesk) v oblastech s probíhajícím vznikem hvězd. Ačkoliv podobné rozložení plynu a prachu bylo pozorováno i v případě GRB 051022, tyto výsledky bude potřeba ještě potvrdit. Dosud provedená pozorování nemají při mnohem větší vzdálenosti mateřské galaxie dostatečné rozlišení. V každém případě tato pozorování provedená zařízením ALMA podporují hypotézu, že jsou to právě částice prachu, které absorbují část záření dosvitu a způsobují tak vznik temných gama záblesků.

„Výsledy, které jsme tentokrát získali, dalece předčily naše očekávání. Bude potřeba provést pozorování dalších galaxií s gama záblesky, abychom byli schopni popsat obecné podmínky v prostředí v těsném okolí záblesku gama. Už se těšíme na další výzkum s vylepšenými schopnostmi sítě ALMA,“ dodává Hatsukade.

Zdroj

Poznámky

[1] Dlouhé gama záblesky (long-duration GRBs, LGRBs) trvající déle než dvě sekundy představují asi 70% všech pozorovaných záblesků záření gama. Během uplynulých deseti let vědci rozpoznali novou třídu gama záblesků s dobou trvání pod dvě sekundy (takzvané short-duration GRBs, SGRBs), které pravděpodobně vznikají při procesu spojení dvojice neutronových hvězd a nejsou tedy spojeny s explozí supernovy.

[2] Citlivost ALMA byla při těchto pozorováních asi 5krát vyšší ve srovnání s jinými obdobnými teleskopy. Počáteční vědecká pozorování pomocí ALMA byla zahájena s ještě nedokončeným polem antén v roce 2011 (eso1137). Uvedená pozorování byla provedena pomocí 24-27 antén se vzájemnou vzdáleností do 125 m. Dokončení celého pole 66 antén (eso1342) je do budoucna velmi slibné, jelikož umožňuje rozmístění antén do různých konfigurací s maximálními vzdálenostmi od 150 m až po 16 kilometrů

[3] V mezihvězdném prostředí Galaxie (a blízkých galaxiích s probíhajícím formováním hvězd) je podíl hmotnosti prachu k hmotnosti molekulárního plynu asi 1%. V okolí záblesku záření gama GRB 020819B je tento podíl minimálně desetkrát vyšší.

Další informace

Mezinárodní astronomická observatoř ALMA je společným projektem Evropy, Severní Ameriky a východní Asie ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za Evropu financována ESO, za severní Ameriku NSF (National Science Foundation) ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a s NSC (National Science Council of Taiwan) a za východní Asii NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

Výzkum byl zveřejněn ve vědeckém časopise Nature (1. června 2014) v článku s názvem 'Two gamma-ray bursts from dusty regions with little molecular gas‘ autorů B. Hatsukade a kol.

Složení týmu: B. Hatsukade (NOAJ, Tokyo, Japonsko), K. Ohta (Department of Astronomy, Kyoto University, Kyoto, Japonsko), A. Endo (Kavli Institute of NanoScience, TU Delft, Nizozemí), K. Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Chile; The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai), Tokyo, Japonsko), Y. Tamura (Institute of Astronomy [IoA], University of Tokyo, Japonsko), T. Hashimoto (NAOJ) a K. Kohno (IoA; Research Centre for the Early Universe, University of Tokyo, Japonsko).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek
• více o observatoři ALMA
• snímky observatoře ALMA
• videa observatoře ALMA
• ALMA brožura
• ALMA — film: In Search of our Cosmic Origins
• ALMA — foto kniha: In Search of our Cosmic Origins – The Construction of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
• další tiskové zprávy ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Bunyo Hatsukade; National Astronomical Observatory of Japan; Japan; Tel.: +81-422-34-3900 (ext. 3173); Email: bunyo.hatsukade@nao.ac.jp

Masaaki Hiramatsu; National Astronomical Observatory of Japan; Japan; Tel.: +81-422-34-3630; Email: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Lars Lindberg Christensen; ESO education and Public Outreach Department; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6761; Mobil: +49 173 3872 621; Email: lars@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1418. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.