Katedra fyziky FPV UKF v Nitre

Gama záblesky predstavujú jednu z veľkých záhad vo vesmíre. Čo je ich zdrojom? Prichádzajú zo všetkých strán a sú naprosto nepredvídateľné. Jedna z možných odpovedí je, že sa jedná o kolaps veľmi veľkých hviezd. Obrázok vyššie je časťou animácie, ktorú si môžete pozrieť klipnutím sem (QuickTime, 3,16 MB - QuickTime si môžete stiahnuť tu).
Poďakovanie: NASA/Goddard Space Flight Center, UC Berkeley

Pozorovania vykonávané pomocou dvoch najväčších teleskopov na svete získali veľmi jasný náznak toho, že zdrojom záhadných a nepolapiteľných gama zábleskov, po príčine ktorých vedci pátrajú už 30 rokov, by mohli byť zvláštne typy hviezd.
Vedci z Talianska, Japonska, Nemecka a z USA (University of California, Berkeley) dospeli na základe pozorovaní vykonávaných pomocou teleskopov Keck a Subaru (Hawai), že sa jedná o holé hviezdy skladajúce sa z prevážnej časti z uhlíka a kyslíka, ktoré pri svojom kolapse sa rozplacatia a podobajú sa na rozplácnuté koblyhy.

Ilustrácia predstavy, ako gama záblesk vzniká (klipnutím na obrázok možno pozrieť detailný obrázok). Supernova je obklopená mračnom, ktoré bolo od hviezdy "odtlačené" tlakom intenzívneho žiarenia v predchádzajúcej fáze života hviezdy. Jety vyvrhnuté silne rotujúcou rútiacou sa hviezdou prerážajú tento plynový a prašný obal a vytvárajú v nej tlakové vlny (modro označené časti), ktoré žiaria hlavne v smere šírenia nárazových vĺn. Ak jety ukazujú v smere Zeme, vidíme záblesk gama. V dolnej časti obrázku vidieť dve skrížené spektrá, vodorovná zodpovedá spektru jetu ukazujúceho smerom k Zemi, šikmá tej, ktorá ukazuje od Zeme. Jasne vidieť, že šikmá je posunutá smerom k červenej časti (dlhšie vlnové dĺžky - pozri detailný obrázok).
Poďakovanie: NASA/GSFC

Napriek tomu, že astronómovia už pozorovali tucty zábleskov, ktoré pochádzajú od takéhoto typu supernov -- označovaných supernovy Ic, alebo tiež hypernovy -- vysvetlenia ako tieto hypernovy vytvárajú gama záblesky, sú veľmi špekulatívne. Napriek tomu, že nové pozorovania zatiaľ nie sú onou "dymiacou zbraňou", dávajú veľmi silné argumenty v ruky zástancov tohoto tzv. kolapsarového modelu. Model vysvetľuje ako kolaps hviezdy, ktorá má narušenú guľovú symetriu v dôsledku silnej rotácie dospeje k nesymetrickému výbuchu, pri ktorom vytvára veľmi úzky zväzok z vyvrhovaného materiálu v smere pólov rotácie a tiež veľmi intenzívny záblesk v oblasti gama žiarenia. Dôležitú úlohu v modeli hrá to, že hviezda je takpovediac nahá, v tom zmysle, že nemá významný vodíkový ani héliový obal a nebráni tým vzniku silne usmernenému výbuchu. Prítomnosť vodíka a hélia (ktoré pracujú ako zdroj nukleárnej energie v bežných hviezdach) by pri tak vysokých energiách spustila mimoriadne silnú termonukleárnu reakciu, ktorá by "rozmazala" veľmi úzky lúč do všetkých smerov.
Zdá sa, že musia byť splnené obidve podmienky splnené súčasne: silná deformácia hviezdy a bezvýznamné množstvo prítomného vodíka a hélia.

Záber z animácie priebehu výbuchu supernovy typu Ic. Klipnutím na obrázok môžete pozrieť detailnejší záber, klipnutím sem, si môžete pozrieť animáciu (QuickTime - veľkosť 8,95 MB). Podstatne menšia animácia (2,63 MB) ukazuje len časť hmoty, ostatná je neviditeľná. Poďakovanie: NASA/GSFC

Pri tomto poslednom konkrétnom pozorovaní, výbuch supernovy typu Ic nebol sprevádzaný pozorovaním záblesku gama, čo podporuje kolapsarovú hypotézu. V tomto prípade došlo v podstate k tomu, že zem neleží v smere lúča, do ktorého sa sústreďuje energia záblesku gama pri výbuchu.
Gama záblesky sú väčšinou veľmi krátke intenzívne záblesky v röntgenovej oblasti, alebo v oblasti gama, ktoré pozorujeme vo vesmíre zo všetkých možných smerov naprosto náhodne a ich zdroje zatiaľ nikdy neboli v našej domovskej galaxii, v mliečnej dráhe. Existuje zatiaľ len jediný prípad, keď sa v Mliečnej dráhe podarilo identifikovať zbytky podobného výbuchu (pozri náš článok o supernove W49B zo dňa 03.06.2004). Výbuchy sú tak intenzívne, že na krátku dobu prekonajú intenzitu žiarenia nášho Slnka až 10¹⁸ krát (neporovnávame výkon, ale intenzitu žiarenia, lebo tieto záblesky, ako sme povedali, sú silne sústredené do veľmi úzkeho lúča). Astronómovia až od roku 1997 uvažujú o najvážnejších kandidátoch ako o špeciálnych supernovách.
Veľmi intenzívny lúč žiarenia sa dá prirovnať úzkemu zväzku svetla majáku. Uvolnená energia je pritom tiež úžasná, rovná sa ekvivalentu niekoľko násobku hmotnosti nášho Slnka (pri výbuchu atómovej bomby v Hirošime sa v energiu premenila hmota veľkosti okolo 1 gramu).
Najpopulárnejším scenárom je, že rotáciou silne deformovaná hviezda vyvrhuje zo seba materiál (častice) s obrovskou energiou v oboch smere pólu rotácie hviezdy. Častice a energia žiarenia vytvára šokovú nárazovú vlnu v okolitých plynoch a mračnách prachu, ktoré vytvárajú okamžitý intenzívny záblesk v röntgenovskej oblasti a v oblasti žiarenia gama. Prvotný záblesk začne slabnúť už po niekoľkých sekundách, ale výsledná nárazová vlna sa šíri a rozprestiera ďalej, zanechávajúc za sebou "doznievajúce" žiarenie, ktoré je možné pozorovať aj vo viditeľnom pásme, resp. v röntgenovskej oblasti ešte niekoľko dní po výbuchu.

Vhodný kandidát, supernova typu Ic

Vhodným kandidátom, ktorý by mohol záblesky gama produkovať, sú supernovy typu Ic. Supernova typu Ic je veľmi masívna hviezda (tj. s veľkou hmotnosťou). Takáto hviezda má mimoriadne vysokú povrchovú teplotu a žiari tak intenzívne, že zo svojho okolia vytlačí ľahšie prvky ako vodíka a hélium. Hviezde zostane len jej obnažené jadro pozostávajúce z ťažších prvkov vzniklých v jadrovej fúzii -- vo väčšine prípadov sa jedná o uhlík a kyslík, ale iné ťažšie prvky až po železo ktoré tvorí pevné jadro hviezdy.

Obrázok (klipnutím uvidíte detailnejší záber) ukazuje obriu hviezdu, pred započatím dvojfázového kolapsu. Samotná animácia (QuickTime - veľkosť 4,19 MB) Ukazuje priebeh dvojfázového kolapsu. Pozorovateľ je prenesený najprv do samotného jadra hviezdy, kde vidieť rozvrstvenie hmoty podľa hustoty - samotné jadro je železné, ktoré sa začne rútiť a vytvára čiernu dieru (koniec prvej fáze). Zbytok hmoty sa začne v jadre vzťahovať a extrémne sa zvýši rotácie tesného okolia jadra. Nasledujúci záber ukazuje ako jet z jadra preráža samotný povrch hviezdy a vytvára úzky prúd hmoty. Ak tento prúd smeruje k Zemi, vidíme záblesk gama.
Poďakovanie: NASA/GSFC

Kolapsarová teória navrhuje vysvetlenie, v ktorom pevné železné jadro v samom strede sa zhrúti pod gravitáciou a vytvorí čiernu dieru a tým sa celkový kolaps hviezdy rozdelí na dve etapy. Druhá etapa prebehne naprosto jedinečným spôsobom. Pri páde železa a okolitej hmoty (ktorá sa silne točí), rotácia jadra sa naďalej zvyšuje (zákon zachovania momentu hybnosti - obľúbený ten príklad krasokorčuliarky). Materiál hviezdy sa pri páde sústredí do disku okolo jadra. Tento materiál do jadra padá zo smeru rovníku rotácie. "Tlačenica" pri páde z rovníku je však tak obrovská, že časť hmoty je nútená "postupovať" cestou najmenšieho odporu a je vyvrhnutá do okolitého vesmíru skrz dvojicu "mohutných výfukov" v smere osi rotácie hviezdy nad pólmi.
Tieto procesy najprv prebiehajú vo vnútri hviezdy, nakoniec v smere pólov prerazia vonkajšiu hmoty hviezdy v podobe mohutného gejzíru.
Energia týchto "gejzírov" je tak mohutná, že bez väčších problémov prerážajú vonkajšiu vrstvu hviezdy, ktorej hustota je relatívne malá oproti hustote jadra sformovaného do rotujúceho disku. Niektoré supernovy typu Ic nevykazujú žiadne príznaky gama zábleskov, čo môže byť zapríčinené tý, že prúdom predierajúcim sa na povrch stojí v ceste príliš veľa materiálu a nedostanú sa až na povrch.
Ak teória je správna, tak astronómovia môžu rozlíšiť dva rôzne prípady. Prípad, keď gejzíry (jety - vyslovuj džety) smerujú k Zemi a keď nie.
Ak jety smerujú niekam inam, napríklad keď sú kolmé na spojnicu, ktorá spája supernovu a Zem (vidíme jety z "profilu"), vidíme ostatné prejavy vybuchujúcej supernovy, ale gama záblesk nie. Vo väčšine prípadov, keď jety ukazujú mimo Zeme, ešte stále jeden z jetov smeruje čiastočne týmto smerom, kým druhý čiastočne smerom preč. Niekoľko rokov po výbuchu môžeme potom pozorovať v spektre jetov čiary kyslíka. Presnejšie povedané dve čiary, oproti sebe mierne posunuté. Tento posun je dopplerovský (spektrum blížiacej sa hmoty posúva smerom ku kratším vlnovým dĺžka, vzďaľujúce sa smerom k dlhším vlnovým dĺžkam). Jedná sa teda o dve spektrá, o spektrum jetu ukazujúceho smerom k nám a jetu ukazujúceho smerom od nás. Približne pred dvomi rokmi (25-ho októbra 2003) bol pozorovaný výbuch supernovy typu Ic (s označením SN 2003jd), ktorý sa nachádza od nás vo vzdialenosti okolo 260 miliónov svetelných rokov v smere súhvezdia Aquarius. Nebol pritom pozorovaný gama záblesk, preto výskumný tým sa rozhodol po dvoch rokoch pozrieť znova na zbytky tohoto výbuchu, či nájde v spektre supernovy zdvojené spektrálne čiary. Mohlo by to byť potvrdením toho, že jasný výbuch supernovy typu Ic bez gama záblesku by mohol byť výbuchom, ktorého jety ukazujú mimo Zem.
Pozorovania pomocou Subaru a Keck potvrdili, že v spektre supernovy možno nájsť zdvojené spektrálne čiary kyslíka aj horčíka presne tak, ako to predpovedá kolapsarový model. Jedná sa o prvé priame pozorovanie potvrdzujúce modelové predstavy.
Keď registrujeme gama záblesk, jeden z jetov smeruje k Zemi a druhý z jetov nie je viditeľný, preto nemožno tieto prípady použiť k potvrdeniu modelu. Tento prípad však je iný, lebo jety ukazujú mimo a výsledky zvyšujú vierohodnosť modelu.
Aby zdvojené čiary spektra bolo možné pozorovať, jety nesmú ukazovať priamo na Zem, ale nesmú byť ani kolmé na spojnicu Zeme a supernovy (v takom prípade sa pohybujú voči Zeme v podstate rovnako a dopplerovské rozštiepenie nie je). Optimálne je, pokiaľ rovníkovú rovinu vidíme pod uhlom 20°, čo je dosť zriedkavé.

-AT-

< Späť -- Úvodná stránka -- Ďalší >