Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (242): Okamžitá emise a časný optický dosvit dvou vysokoenergetických gama záblesků

Výzkumy v ASU AV ČR (242): Okamžitá emise a časný optický dosvit dvou vysokoenergetických gama záblesků

Schématická představa kolabující hvězdy produkující krátký záblesk záření gama. Gama záblesk se objevuje těsně před explozí celé hvězdy jako supernovy.
Autor: CC-BY-SA International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Martin Jelínek, Jan Štrobl a René Hudec z ASU a studentka Alžběta Maleňáková z Astronomického ústav Univerzity Karlovy byli součástí rozsáhlého mezinárodního týmu, který se věnoval velmi podrobnému studiu dvou zajímavých záblesků záření gama. V práci se zabývají jednak popisnými vlastnostmi, ale hlavně se autoři snažili určit, co bylo jejich původcem a jaké mechanismy hnaly jejich energetické výtrysky.

Záblesky záření gama (Gamma-Ray Bursts, GRB) jsou náhlými intenzivními explozemi elektromagnetického záření s výraznými efekty ve vysokoenergetickém spektru v kiloelektronové a megaelektronové oblasti. Celkově se při těchto explozích nárazově uvolňuje energie řádu 1044 až 1047 joulů. GRB obvykle emitují záření ve dvou po sobě následujících fázích. Nejprve se objeví okamžitá emise, která se projevuje především fotony s energiemi kolem 1 megaelektronvoltu, což odpovídá oblasti tvrdého rentgenového a měkkého gama záření. Pak následuje tzv. dosvit, který se projevuje v oblastech s menšími energiemi, například i v optické oblasti. 

GRB jsou tradičně klasifikovány do dvou skupin, do tzv. dlouhých a krátkých záblesků záření gama. Obecně se soudí, že tento rozdíl je dán mechanismy jejich vzniku. A tak zatímco dlouhé gama záblesky jsou nejspíše dílem kolapsu obří hvězdy rovnou na černou díru, odborníci věří, že krátké jsou důsledkem srážky dvou kompaktních objektů, dvou neutronových hvězd nebo neutronové hvězdy a černé díry. Některé práce z poslední doby ale ukazují, že takto jednoduché dělení nemusí být tak jednoznačné, a polemizují o tom, kam přesně který GRB zařadit a jestli nemůže existovat ještě další druh.  

Kolem fyziky procesů doprovázejících GRB je mnoho otevřených otázek. Snad ty nejméně objasněné se dotýkají procesů bezprostředně po katastrofické události, které jsou za vznikem okamžité emise. Je zřejmé, že se zde objevují kolimované polární výtrysky, ovšem není jasné jejich složení nebo původ emisního mechanismu (zde se nabízí hned několik modelů). Klíčem k pochopení těchto procesů je zejména pozorování, a to především studium časných fázích gama záblesku. To je nesnadný úkol. GRB jsou obvykle detekovány s pomocí družicových přístrojů s velkým zorným polem, které posléze rozesílají alerty dalším dalekohledům na Zemi i v kosmu. Tyto další přístroje se snaží v krátké době objekt zaměřit a pořídit smysluplná data. 

Martin Jelínek, Jan Štrobl a René Hudec ze Skupiny astrofyziky vysokých energií při Stelárním oddělení ASU se se svými pozorováními pomocí 50cm robotického dalekohledu v Ondřejově zapojili do rozsáhlé studie analyzující pozorování dvou záblesků záření gama. Na práci se podílela i Alžběta Maleňáková, studentka astronomie na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Záblesk GRB 201015A byl zaregistrován přístroji družice Swift 15. října 2020, jeho trvání ve vysokoenergetické oblasti nepřekročilo deset sekund. Shodou okolností bylo ovšem stejné zorné pole zrovna cílem pozorování přístrojů na družici Fermi, která okamžitou emisi též pozorovala. Druhý záblesk, GRB 201216C z 16. prosince 2020, byl naopak jako první zachycen přehledovým přístrojem na družici Fermi. Téměř současně tento jev zaznamenal i detektor na družici Swift. Záblesk byl o něco delší, trval asi 48 sekund ve vysokoenergetické oblasti spektra. V případě druhého záblesku byla okamžitá emise zaznamenána i přístroji na družicích AstroSat a také na Konus-Wind. 

Oba záblesky se záhy po svém objevu též objevily v detektorech pozemních dalekohledů s rychlým naváděním, které tak zaznamenaly průběh optického dosvitu. Zde se vyznamenaly zejména dalekohledy FRAM-ORM a přístroje sítě BOOTES, oba experimenty nesou výraznou českou stopu. Přispěl i indický 3,6metrový dalekohled DOT, s jehož pomocí bylo možné pořídit barevnou fotometrii. Dosvit byl zaznamenán také rentgenovými přístroji v kosmu. 

Zevrubná analýza dostupných pozorování umožnila oba jevy určit z popisného hlediska, z nichž například vyplývá, že záblesk z 16. prosince 2020 patřil k zábleskům s nejvyšším tzv. fluence, tedy celkovým tokem gama fotonů. Patřil dokonce mezi dvě procenta nejjasnějších záblesků vůbec. Ve spektru okamžité emise tohoto záblesku byly také nalezeny silné známky tepelné složky. Světelná křivka záblesku má komplexní strukturu několika pulsů, přičemž se zdá, že hodnoty mnohých odvozených fyzikálních veličin tzv. „trasují tok“, čili vykazují silnou korelaci s pozorovanou jasností. Tato vlastnost je mezi GRB poměrně neobvyklá a svědčí o expanzi a ochlazování tepelné fronty. Přitom klesá indukce magnetického pole, což vede k poklesu jasnosti a spektrálního indexu.  A naopak, zvýšená aktivita centrálního zdroje zvyšuje intenzitu magnetického pole a potažmo i jasnost objektu. 

Pozorování optického dosvitu v obou případech jednoznačně svědčí pro původ tohoto záření v šířící se rázové vlně. Optická pozorování umožnila stanovit tzv. Lorentzův faktor, s jehož pomocí lze testovat modely polárních výtrysků. A tak zatímco hodnota Lorentzova faktoru pro GRB 201015A naznačuje, že je tento výtrysk poháněn tzv. Poyntingovým tokem (akcí elektromagnetických sil), v případě GRB 201216C je hodnota konzistentní spíše s jetem hnaným vnitřní rázovou vlnou. 

Oba studované záblesky záření gama měly svůj původ pravděpodobně v kolapsu velmi hmotné hvězdy. Pozdější pozorování GRB 201015A dokonce potvrdila existenci supernovy, což je další důkaz pro původce v kolabující hvězdě. 

Práce ukazuje, že časná pozorování co nejdříve po zažehnutí záblesku gama záření jsou kritická pro správný popis procesů, které tomuto jevu bezprostředně následují. Bez nich není možné správně posoudit například charakter a složení polárních výtrysků, ale ani mechanismus vzniku elektromagnetického záření, které tyto jevy doprovázejí. 

REFERENCE

A. Kumar Ror, R. Gupta, M. Jelínek a kol., Prompt Emission and Early Optical Afterglow of Very-high-energy Detected GRB 201015A and GRB 201216C: Onset of the External Forward Shock, Astrophysical Journal 942 (2023) id.34, preprint arXiv:2211.10036

KONTAKT

Mgr. Martin Jelínek, Ph.D.
martin.jelinek@asu.cas.cz
RNDr. Jan Štrobl
jan.strobl@asu.cas.cz
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR

 

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Slovem i písmem se pokouší o popularizaci oboru, je držitelem ceny Littera Astronomica. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. 

Štítky: Gama záblesk, Astronomický ústav AV ČR


16. vesmírný týden 2024

16. vesmírný týden 2024

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 15. 4. do 21. 4. 2024. Měsíc bude v první čtvrti. Rozloučili jsme se s kometou 12P/Pons-Brooks. Z Ameriky dorazily zprávy i fotografie o úspěšném pozorování úplného zatmění Slunce i dvou komet během tohoto úkazu. Aktivita Slunce se konečně opět zvýšila. Proběhl také poslední start velké rakety Delta IV Heavy. SpaceX si připsala rekord v podobě dvacátého přistání prvního stupně Falconu 9. Před deseti roky ukončila dopadem na Měsíc svou misi sonda LADEE zkoumající prach v těsné blízkosti nad povrchem Měsíce.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

ic2087

Titul Česká astrofotografie měsíce za březen 2024 obdržel snímek „IC 2087“, jehož autorem je Zdeněk Vojč     Souhvězdí Býka je plné zajímavých astronomických objektů. Tedy fakticky ne toto souhvězdí, ale oblast vesmíru, kterou nám na naší obloze souhvězdí Býka vymezuje. Najdeme

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Vírová galaxia M51

Vírová galaxia (iné názvy: Špirálovitá galaxia M51, Messierov objekt 51, Messier 51, M 51, NGC 5194, Arp 85) je klasická špirálovitá galaxia v súhvezdí Poľovné psy. Bola objavená Charlesom Messierom 13. októbra 1773. Táto galaxia sa nachádza blízko hviezdy Alkaid (eta UMa) zo súhvezdia Veľká medvedica. Táto galaxia tvorí s hviezdami Alkaid a Mizar takmer pravouhlý trojuholník s pravým uhlom pri hviezde Alkaid. Nájsť sa dá aj pomocou myslenej spojnice hviezd Alkaid a Cor Caroli. Galaxia leží v jednej štvrtine vzdialenosti od Alkaida k Cor Caroli. Vírová galaxia bola v skutočnosti prvou objavenou špirálovou galaxiou. Už 30-centimetrový ďalekohľad spoľahlivo zobrazí jej špirálovú štruktúru. Vírová galaxia má aj svojho sprievodcu, menšiu galaxiu NGC 5195, ktorú objavil v roku 1781 Messierov priateľ Mechain. Sú spojené medzigalaktickým mostom, ktorý je predĺžením špirálového ramena M51. Je zaradená v Arpovom katalógu podivných galaxií ako špirálová galaxia so sprievodcom. Vírová galaxia a jej sprievodca bývajú niekedy označovaní ako dvojitá galaxia. Obe galaxie sa k sebe približujú, až nakoniec splynú do jednej. Vybavenie: SkyWatcher NEQ6Pro, GSO Newton astrograf 200/800, GSO 2" komakorektor, QHY 8L-C, SVbony UV/IR cut, Optolong L-eNhance filter, FocusDream focuser, guiding QHY5L-II-C, SVbony guidescope 240mm. Software: NINA, Astro pixel processor, Siril, Starnet++, Adobe photoshop 203x180 sec. Lights gain15, offset113 pri -10°C, 38x300 sec. Lights gain15, offset113 pri -10°C cez Optolong L-eNhance, master bias, 150 flats, master darks, master darkflats 4.3. až 12.4.2024 Belá nad Cirochou, severovýchod Slovenska, bortle 4

Další informace »