Obrazový kredit: ESO
29. března 2003 průzkumník NASA High Energy Transient Explorer detekoval jasný výbuch paprsků gama a krátce poté, co se na objekt zaměřily dalekohledy z celého světa; nyní nazvaný GRB 030329 a měřený ve vzdálenosti 2,6 miliardy světelných let. Měřením následného výbuchu si astronomové uvědomili, že odpovídá spektru hypernovy - explozí extrémně velkých hvězd, nejméně 25krát větších než naše vlastní Slunce. Odpovídající spektra mají astronomové přesvědčivé důkazy o tom, že existuje určitý vztah mezi výbuchy gama paprsků a výbuchy velmi velkých hvězd.
Velmi jasný výbuch paprsků gama byl pozorován 29. března 2003 průzkumníkem NASA High Energy Transient Explorer (HETE-II), v oblasti oblohy v souhvězdí Leo.
Během 90 minut byl detekován nový, velmi jasný světelný zdroj („optický dosvit“) ve stejném směru pomocí 40palcového dalekohledu na observatoři siding Spring (Austrálie) a také v Japonsku. Dávka gama záření byla označena GRB 030329, podle data.
A do 24 hodin bylo první velmi podrobné spektrum tohoto nového objektu získáno vysoce disperzním spektrografem UVES na dalekohledu 8,2 m VLT KUEYEN na observatoře ESO Paranal (Chile). To umožnilo určit vzdálenost jako asi 2 650 milionů světelných let (červený posun 0,1668).
Pokračující pozorování pomocí multimodálních přístrojů FORS1 a FORS2 na VLT během následujícího měsíce umožnilo mezinárodnímu týmu astronomů [1] dokumentovat bezprecedentní detaily změn spektra optického dosvitu tohoto gama paprsku. Jejich podrobná zpráva je uvedena v čísle 19. června výzkumného časopisu Nature.
Spektra ukazují postupný a jasný vznik supernovového spektra nejenergičtější známé třídy, „hypernovy“. To je způsobeno výbuchem velmi těžké hvězdy - pravděpodobně více než 25krát těžší než Slunce. Naměřená expanzní rychlost (přesahující 30 000 km / s) a celková uvolněná energie byly mimořádně vysoké, dokonce i ve třídě elect hypernova.
Na základě srovnání s více blízkými hypernovami jsou astronomové schopni s velkou přesností stanovit okamžik hvězdné exploze. Ukázalo se, že je v intervalu plus / mínus dva dny po výbuchu gama záření. Tento jedinečný závěr poskytuje přesvědčivý důkaz, že tyto dvě události jsou přímo spojeny.
Tato pozorování tedy naznačují společný fyzický proces za explozí hypernovy a související emisi silného záření gama. Tým dochází k závěru, že je to pravděpodobně způsobeno téměř okamžitým nesymetrickým kolapsem vnitřní oblasti vysoce vyvinuté hvězdy (známý jako model „kolapsu“).
Výbuch gama paprsků z 29. března přejde do anál astrofyziky jako vzácná „událost definující typ“, která poskytne přesvědčivý důkaz přímého spojení mezi kosmologickými záblesky gama paprsků a výbuchy velmi masivních hvězd.
Co jsou gama-paprsky?
Jedním z aktuálně nejaktivnějších oborů astrofyziky je studium dramatických událostí známých jako „výbuchy gama paprsků (GRB)“. Poprvé byly odhaleny na konci 60. let pomocí citlivých přístrojů na palubě obíhajících vojenské satelity, které byly zahájeny pro sledování a detekci jaderných testů. Tyto krátké záblesky energetických paprsků gama, které vznikají ne na Zemi, ale daleko ve vesmíru, trvají od méně než jedné sekundy do několika minut.
Navzdory velkému pozorovacímu úsilí je možné přesně určit místa některých z těchto událostí pouze za posledních šest let. S neocenitelnou pomocí srovnatelně přesných polohových pozorování související rentgenové emise různými rentgenovými satelitními observatořími od počátku roku 1997 astronomové dosud identifikovali asi padesát krátkodobých zdrojů optického světla spojených s GRB („optické dosvitové paprsky“) ).
Bylo zjištěno, že většina GRB je umístěna na extrémně velkých („kosmologických“) vzdálenostech. To znamená, že energie uvolněná během několika sekund během takové události je větší než energie Slunce během celé její životnosti delší než 10 000 milionů let. GRB jsou skutečně nejsilnějšími událostmi od doby, kdy byl ve vesmíru známý Velký třesk, srov. ESO PR 08/99 a ESO PR 20/00.
Během posledních let se objevily nepřímé důkazy o tom, že GRB signalizují kolaps obrovských hvězd. Původně to bylo založeno na pravděpodobné asociaci jednoho neobvyklého výbuchu gama paprsků se supernovem („SN 1998bw“, objeveným také u teleskopů ESO, srov. ESO PR 15/98). Od té doby se objevilo více vodítek, včetně asociace GRB s oblastmi masivní tvorby hvězd ve vzdálených galaxiích, tantalizujících důkazů „hrbolků“ supernovových světelných křivek v optických dosvitu některých dřívějších dávek a spektrálních podpisů z čerstvě syntetizovaných prvků , pozorované rentgenovými observatořími.
VLT pozorování GRB 030329
29. března 2003 (přesně 11: 37: 14,67 hodin UT) detekoval vysoce energetický přechodový průzkum NASA (HETE-II) velmi jasný záblesk gama paprsků. Po identifikaci „optického dosvitu“ 40palcovým dalekohledem na observatoři Siding Spring Observatory (Austrálie) byl červený shluk shluku [3] stanoven jako 0,1668 pomocí spektra s vysokou disperzí získaného spektrografem UVES na 8,2 m dalekohled VLT KUEYEN na observatoře ESO Paranal (Chile).
Odpovídající vzdálenost je asi 2 650 milionů světelných let. Toto je nejbližší normální GRB, který byl kdy detekován, a proto poskytuje dlouho očekávanou příležitost otestovat mnoho hypotéz a modelů, které byly navrženy od objevu prvních GRB na konci 60. let.
S tímto specifickým cílem se tým astronomů [1] ESO nyní zaměřil na dva další výkonné nástroje na ESO Very Large Telescope (VLT), multimode FORS1 a FORS2 kamery / spektrografy. Po dobu jednoho měsíce až do 1. května 2003 byla pravidelně získána spektra vybledlého objektu, která zajišťují jedinečnou sadu pozorovacích dat, která dokumentují fyzické změny ve vzdáleném objektu v nepřekonatelných detailech.
Hypernova spojení
Na základě pečlivého studia těchto spektra astronomové nyní prezentují svou interpretaci události GRB 030329 ve výzkumném článku, který se objevil ve čtvrtek 19. června v mezinárodním časopise Nature. Pod prozaickým názvem „Velmi energetická supernova spojená s gama záblesk ze dne 29. března 2003 “, ne méně než 27 autorů ze 17 výzkumných ústavů v čele s dánským astronomem Jensem Hjorthem dochází k závěru, že nyní existuje nevyvratitelný důkaz o přímém spojení mezi GRB a„ hypernovou “explozí velmi masivní, vysoce vyvinutá hvězda.
Toto je založeno na postupném „vzniku“ s časem spektra supernovového typu, odhalujícího extrémně násilný výbuch hvězdy. Při rychlostech dobře přesahujících 30 000 km / s (tj. Více než 10% rychlosti světla) se vypuzovaný materiál pohybuje rekordní rychlostí, což svědčí o enormní síle exploze.
Hypernovae jsou vzácné události a jsou pravděpodobně způsobeny výbuchem hvězd takzvaného typu „Wolf-Rayet“ [4]. Tyto hvězdy WR byly původně tvořeny hmotou nad 25 solárních hmot a skládaly se převážně z vodíku. Nyní ve své WR-fázi, když se zbavili svých vnějších vrstev, sestávají téměř výhradně z helia, kyslíku a těžších prvků produkovaných intenzivním jaderným spalováním během předchozí fáze jejich krátkého života.
„Čekali jsme na tuto dlouhou a dlouhou dobu,“ říká Jens Hjorth, „tato GRB nám skutečně poskytla chybějící informace. Z těchto velmi podrobných spekter můžeme nyní potvrdit, že tento výbuch a pravděpodobně i další dlouhé paprsky gama záření jsou vytvářeny jádrovým zhroucením hmotných hvězd. Většina dalších hlavních teorií je nyní nepravděpodobná. “
„Událost definující typ“
Jeho kolega, ESO-astronom Palle M? Ller, je stejně spokojený: „Co nás vlastně dostalo, bylo to, že jsme jasně detekovali supernovy podpisy již v prvním FORS spektru pořízeném pouze čtyři dny po prvním pozorování GRB - to jsme vůbec neočekávali. Když jsme získávali stále více dat, uvědomili jsme si, že spektrální evoluce je téměř úplně totožná s hypernovou pozorovanou v roce 1998. Podobnost obou nám pak umožnila stanovit velmi přesné načasování současné supernovy události “.
Astronomové určili, že k explozi hypernovy (označené SN 2003dh [2]) dokumentované ve spektru VLT a událost GRB pozorovaná HETE-II se musela vyskytnout téměř ve stejnou dobu. S výhradou dalšího upřesnění je nanejvýš rozdíl 2 dnů, a není tedy pochyb o tom, že oba jsou příčinně spojeni.
"Supernova 1998bw nám dala najevo chuť k jídlu, ale trvalo to ještě 5 let, než jsme mohli s jistotou říci, že jsme našli kouřící zbraň, která přičítala asociaci mezi GRB a SNe," dodává Chryssa Kouveliotou z NASA. „GRB 030329 se může u GRB ukázat jako„ chybějící odkaz “.“
Závěrem lze říci, že GRB 030329 byla vzácná událost „určující typ“, která bude zaznamenána jako povodeň ve vysoce energetické astrofyzice.
Co se skutečně stalo 29. března (nebo před 2 650 miliony let)?
Zde je kompletní příběh o GRB 030329, jak jej nyní astronomové přečetli.
Tisíce let před touto explozí, velmi masivní hvězda, která dojíždí z vodíkového paliva, uvolnila velkou část své vnější obálky a přeměnila se v modravou hvězdu Wolf-Rayet [3]. Zbytky hvězdy obsahovaly asi 10 solárních hmot v hodnotě helia, kyslíku a těžších prvků.
V letech před výbuchem Wolf-Rayetova hvězda rychle vyčerpala zbývající palivo. V určitém okamžiku to náhle spustilo událost hypernovy / gama paprsku. Jádro se zhroutilo, aniž by to věděla vnější část hvězdy. Uvnitř se vytvořila černá díra obklopená diskem narůstající hmoty. Za pár vteřin se z této černé díry vypustil paprsek hmoty.
Proud prošel vnějším pláštěm hvězdy a ve spojení s prudkými větry nově vytvořeného radioaktivního niklu-56, který foukal z disku uvnitř, rozbil hvězdu. Toto roztříštění, hypernova, jasně září díky přítomnosti niklu. Mezitím tryska rozorávala materiál v blízkosti hvězdy a vytvořila výbuch gama paprsků, který astronomové na Zemi zaznamenali o přibližně 2 650 milionů let později. Podrobný mechanismus pro produkci gama paprsků je stále předmětem debaty, ale je buď spojen s interakcemi mezi paprskem a látkou dříve vypuštěnou z hvězdy, nebo s vnitřními srážkami uvnitř paprsku samotného.
Tento scénář představuje „kolapsový“ model, který představil americký astronom Stan Woosley (University of California, Santa Cruz) v roce 1993 a člen současného týmu, a nejlépe vysvětluje pozorování GRB 030329.
"To neznamená, že záhada gama záblesku je nyní vyřešena," říká Woosley. "Nyní jsme přesvědčeni, že dlouhé výbuchy zahrnují zhroucení jádra a hypernovu, pravděpodobně vytvořenou černou díru." Přesvědčili jsme většinu skeptiků. Zatím však nemůžeme dospět k žádnému závěru o tom, co způsobuje krátké záblesky gama záření, ty, které jsou kratší než dvě sekundy. “
Původní zdroj: ESO News Release
