Gama ray burstery

Rozhovor s Jiřím Grygarem, otázky Pavel Vachtl.

1/ Co si máme představit z hlediska pozorovatele pod pojmem "Zábleskový zdroj gama záření"? (jak časté jsou tyto záblesky, jaká je jejich intenzita, trvání, rozložení na obloze)
Zábleskové zdroje záření gama objevili v r. 1973 američtí fyzikové R. Klebesadel aj. na základě analýzy údajů z vojenských družic typu Vela. Ty byly vypouštěny v párech na kruhové oběžné dráhy o poloměru kolem 100 000 km a zaznamenávaly měkké záření gama po cele obloze s cílem ověřit, zda nukleární mocnosti dodržují tehdy již uzavřenou smlouvu o zákazu zkoušek nukleárních zbraní za hranici zemské atmosféry. Vědělo se, že takové výbuchy jsou totiž nutně doprovázeny zábleskem záření gama, které se nedá odstínit a tudíž ani utajit. Zmínění autoři brzy prokázali, že pozorované záblesky přicházejí z kosmu a velmoci za to nemohou. Ukázalo se, že jde o velmi tajemný astronomický úkaz s těmito podivuhodnými vlastnostmi:
1. Vzplanutí má velmi rychlý náběh, kratší než sekundu, ostré maximum o trvání zlomku sekundy a následný většinou exponenciální pokles, případně přerušený sekundárními maximy o trvání nanejvýš stovky sekund.
2. Vzplanutí se souběžně neprojevuje v žádném jiném oboru spektra.
3. Vzplanutí se nikdy neopakuje na témže místě oblohy. Citlivé kosmické aparatury posledních let zaznamenávají v průměru jedno vzplanutí gama denně.
4. V energetickém spektru vzplanutí gama většinou nejsou vidět žádné spektrální cary, takže není možné určit případnou radiální rychlost zdroje vůči nám.
5. Nedaří se ani archivní identifikace, tj. v daném místě oblohy nebylo pozorováno nic nápadného v optickém popřípadě radiovém oboru spektra v posledním padesátiletí až století.
6. Rozložení vzplanutí po obloze je zcela rovnoměrné (isotropní), což prakticky znamená, že zdroje záblesků se bud nacházejí na periferii sluneční soustavy, anebo v kosmologických vzdálenostech. Relativně slabých zdrojů záblesků je však méně, než by odpovídalo homogenní populaci, tj. patrně zde pozorujeme silný vývojový efekt.
7. Jelikož se nedaří identifikace s žádnými typy známých kosmických objektů, nelze ani orientačně stanovit, jak jsou zdroje záblesků od nás daleko. Navíc nevíme, zda zdroje jsou izotropní zářiče, anebo zda nevysílají záření jen v úzkých svazcích. Proto také neznáme ani řádově jejich zářivé výkony.

2/Jak dlouho je pozorujeme (a čím)?
Po objevu Klebesadela aj. se ukázalo, že aparatury na vojenských družicích zaznamenávaly záblesky gama již od r. 1967. S ohledem na charakter záření lze vzplanutí gama zaznamenávat výhradně za hranicí zemské atmosféry, tj. z družic a kosmických sond. Velkou průkopnickou práci v tomto směru vykonaly sondy Pioneer Venus Orbiter, Ulysses a již zmíněné vojenské družice Vela. Charakter měkkého záření gama neumožňuje totiž zobrazovaní, takže poloha zdrojů na obloze se určuje oklikou, tzv. kosmickou triangulací. To znamená, že porovnáme okamžiky příchodu signálu na navzájem dostatečně vzdálené sondy a družice. Pokud je vzplanutí nezávisle zaznamenáno alespoň čtyřmi aparaturami v různých místech sluneční soustavy, lze tak stanovit tzv. chybovou plošku, v níž se nutně zdroj musel nacházet. Tyto plosky však mají v nejlepším případě úhlový průměr kolem 10 obloukových minut, takže následná identifikace řekneme s optickým či radiovým zdrojem je obtížná: v takové plošce jsou stovky až tisíce potenciálních kandidátů.
Po vypuštění družice Compton v r. 1991 převzala klíčovou roli v detekci nových vzplanuti gama aparatura BATSE, jez je schopna určit hrubou polohu zdrojů sama. Právě díky více než tisícovce pozorování této družice nyní bezpečně víme, že rozložení zdrojů záření gama po obloze je dokonale izotropní.

3/ Jaké jsou nyní nejpravděpodobnější hypotézy, které vysvětlují tyto gigantické exploze?
Těch domněnek jsou snad dvě stovky, ale v zásadě se dělí na tři skupiny:
A] Zdroje vzplanutí se nalézají na okraji sluneční soustavy. Může jít o srážku kometárních jader s antihmotou nebo s černou minidírou apod.
B] Zdroje vzplanutí se nalézají na periferii Galaxie ve vzdálenosti řádu 100 kpc (tzv. galaktické halo). Fyzikálně jde o úkazy, týkající se neutronových hvězd.
C] Zdroje vzplanutí leží hluboko v extragalaktickém vesmíru, ve vzdálenosti řádu gigaparseků. Fyzikální povaha je neznámá.
Domněnky typu A] zastává již jen několik kacířů. Domněnky typu B] a C] měly donedávna prakticky stejný počet přívrženců, kteří se symbolicky utkali v tzv. Velké debatě ve Washingtonu, D.C. v dubnu 1995. Tehdy debata vyzněla nerozhodně.

4/ Víme už, jak jsou některé konkrétní GRB daleko a s jakými objekty ve viditelném spektru souvisejí?
Několik málo dodatečných identifikaci, na nichž se významně podílela také skupina dr. Reného Hudce z Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově, nasvědčuje tomu, že alespoň některé zdroje vzplanutí gama se nacházejí poblíž vzdálených galaxií či kvasarů. Toto mínění významně posílily objevy z února až září tohoto roku, kdy do výzkumu zasáhla nová italsko-holandská družice BeppoSAX, která ještě lépe než BATSE dokáže sama určit polohu zdroje vzplanutí gama a hlavně umí příslušné zorné pole s malým zpožděním několika desítek minut sledovat v pásmu rentgenového záření. Tak se podařilo jednoznačně potvrdit souvislost vzplanutí gama s přechodným zdrojem rentgenového záření. Pro rentgenové zdroje lze z technických důvodů určit polohu na obloze dosti přesně, což opět usnadňuje následnou optickou identifikaci.
Optická identifikace se již alespoň ve dvou případech opravdu zdařila zásluhou obřích pozemních dalekohledů i Hubblova kosmického teleskopu. Z těchto měření vyplývá, že téměř určitě jsou správné domněnky typu C], tj. vzdálenost zdrojů vzplanutí činí 5 - 8 miliard světelných let. Je téměř jisté, že objekt lze popsat jako relativisticky se rozpínající ohnivou kouli o extrémně vysoké teplotě, ale dosud nikdo nemá ponětí, co vede ke vzniku této ohnivé koule. Nejnověji Hubblův kosmický teleskop potvrdil, že zdroj vzplanutí z 28. února 1997 se nalézá na periférii vzdálené galaxie, což zlepšuje vyhlídky domněnky, že fakticky jde o srážky dvou neutronových hvězd v halu velmi vzdálených galaxií.

5/ Znamená tento revoluční objev něco důležitého pro fyziku či kosmologii? Či pro naše postavení ve vesmíru ?
Ano; pokud se objev potvrdí, je to epochální událost, neboť to automaticky znamená, že jde o dosud největší energetické úkazy ve vesmíru (zářivý výkon zábleskového zdroje překonává v maximu úhrnný zářivý výkon všech galaxii v pozorovatelném vesmíru!), navíc vznikající v nesmírně malém objemu, srovnatelném s rozměry Země či ještě menším. Tuším, že fyzika bude mít značné potíže takovou absurdní kombinaci výkonu a rozměrů kloudně vysvětlit - udivuje i vysoká četnost těchto úkazů v pozorovaném vesmíru.
Také pro naše postavení ve vesmíru to má přímo fatální dopad. Jestliže se takové gigantické výbuchy vyskytuji tak často v cizích galaxiích, dříve nebo později se něco takového odehraje i v naší Galaxii, a to může představovat smrtelné ohrožení civilizace na Zemi. Nicméně fakt, že život na Zemi dosud je, po nějakých 4 miliardách let po svém vzniku, naznačuje, že to s tím zánikem nebude tak horké.