15.07.2015 10:00 Soňa Ehlerová Vytisknout článek

Největší exploze ve vesmíru jsou poháněny nejsilnějšími magnety

Supernova a gama záblesk magnetaru

Pozorování z observatoří ESO La Silla a Paranal v Chile poprvé prokázaly spojení mezi gamma záblesky s velmi dlouhým trváním a neobvykle jasnými výbuchy supernov. Výsledky ukazují, že supernova nebyla poháněna, jak se očekávalo, radioaktivním rozpadem, ale rozpadem velmi silného magnetického pole okolo exotického objektu zvaného magnetar. Vědecký článek vyšel v časopise Nature.

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře 27/2015

Magnetary jsou zodpovědné za některé gamma záblesky s dlouhým trváním

Gamma záblesky (GRB) jsou jedním z projevů největších explozí, které se od Velkého třesku ve vesmíru objevují. Detekují je družice citlivé na vysokoenergetické gamma záření, které neprochází zemskou atmosférou, a pak jsou pozorovány na delších vlnových délkách pomocí dalekohledů jak na orbitě, tak na Zemi.

Záblesky gamma trvají obvykle jen několik sekund, ale ve velmi výjimečných situacích i hodiny [1]. Jeden takový záblesk s velmi dlouhým trváním byl naměřen družicí Swift devátého prosince 2011 a pojmenován GRB 111209A. Jedná se o jeden z nejdelších a nejjasnějších záblesků, který kdy byl pozorován.

Dosvit tohoto záblesku v optické a infračervené oblasti byl pozorován kamerou GROND na 2.2m dalekohledu MPG/ESO na observatoři La Silla a zařízením X-shooter na VLT (Very Large Telescope) na Paranalu. Pozorování jasně ukázaly existenci supernovy, později nazvané SN 2011 kl. Je to poprvé, co byla prokázána souvislost mezi supernovou a zábleskem gamma s velmi dlouhým trváním [2].

Hlavní autor nového vědeckého článku, Jochen Greiner z Ústavu Maxe Plancka pro extraterestrickou fyziku v Garchingu, vysvětluje: "Jeden gamma záblesk připadá na 10 000-100 000 supernov, takže hvězda, která takto vybuchla, musela být něčím speciální. Astronomové předpokládali, že gamma záblesky pocházejí od velmi hmotných hvězd - padesátkrát hmotnějších než Slunce - a znamenají vznik černé díry. Ale naše nová pozorování supernovy SN 2011kl, spojené se zábleskem GRB 111209A, mění tento model pro záblesky s velmi dlouhým trváním."

V běžném scénáři pro kolaps masivní hvězdy (též známý pod jménem kolapsar) pochází optický a infračervený dosvit trvající asi týden z rozpadu radioaktivního niklu 56, který vznikl při explozi [3]. Ale v případě GRB 111209A prokázala pozorování z GRONDu a VLT, že to tentokrát (a poprvé, co víme) takhle být nemůže [4]. Jiné návrhy byly také odmítnuty [5].

Jediné vysvětlení, které se hodilo na pozorování supernovy po gama záblesku GRB 111209A, je silové pole magnetaru - malé neutronové hvězdy, která se otáčí několik setkrát za sekundu a má magnetické pole mnohem silnější, než běžné neutronové hvězdy (tedy pulsary [6] pozorované v radiové oblasti spektra). Magnetary jsou považovány za nejmagnetičtější objekty ve známém Vesmíru. A poprvé jsme byli schopni prokázat vztah mezi supernovou a magnetarem.

Paolo Mazzali, spoluautor studie, poukazuje na důležitost nových poznatků: "Nové výsledky poskytují pádné důkazy pro neočekávaný vztah mezi záblesky gamma, velmi jasnými supernovami a magnetary. O některých těchto vztazích se na teoeretické úrovni spekulovalo několik let, ale spojit to všechno dohromady je vzrušující vývoj situace."

"Případ SN 2011kl a GRB 111209A nás nutí přidat alternativu ke kolapsarovému scénáři. Tím se dostáváme mnohem blíž k novému a jasnějšímu obrázku fungování gamma záblesků," shrnuje Jochen Greiner.

Poznámky

[1] Běžné záblesky gamma s dlouhým trváním trvají mezi 2 a 2000 sekundami. Dnes jsou známé čtyři záblesky s velmi dlouhým trváním (10 000 - 25 000 s). Existuje také separátní skupina gamma záblesků s krátkým trváním, která nejspíš vzniká jiným mechanismem.

[2] Vztah mezi supernovami a (normálními) záblesky s dlouhým trváním se vytvořil v roce 1998, hlavně díky pozorování supernovy SN 1998bw z observatoří ESO, a potvrdil se v roce 2003 zábleskem GRB 030329.

[3] Zdrojem energie samotného gamma záblesku jsou pravděpodobně relativistické výtrysky vytvářené při dopadu materiálu z hvězdy na centrální kompaktní objekt přes horký a hustý akreční disk.

[4] Množství niklu 56 naměřené v supernově zařízením GROND je příliš velké, než aby bylo ve shodě se silným ultrafialovým zářením pozorovaným pomocí přístroje X-shooter.

[5] Další navrhované zdroje energie pro velmi svítivé supernovy jsou interakce rázových vln s okolním materiálem (to by souviselo s hvězdným materiálem vyvrženým před explozí) nebo modrý nadobr jako původní hvězda. V případě SN 2011kl pozorování vylučují obě tyto možnosti.

[6] Pulsary jsou nejběžnější třídou pozorovatelných neutronových hvězd, ale okolo magnetarů by mělo existovat magnetické pole 100 až 1000krát silnější než u pulsarů.

Další informace

Výzkum je popsán ve vědeckém článku "A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst”, autoři J. Greiner et al., který byl publikován v časopise Nature 9. července 2015.

Složení pracovní skupiny: Jochen Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany [MPE]; Excellence Cluster Universe, Technische Universität München, Garching, Germany), Paolo A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germany [MPA]), D. Alexander Kann (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germany), Thomas Krühler (ESO, Santiago, Chile) , Elena Pian (INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italy; Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy), Simon Prentice (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Felipe Olivares E. (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chile), Andrea Rossi (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germany; INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italy), Sylvio Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germany) , Stefan Taubenberger (MPA; ESO, Garching, Germany), Fabian Knust (MPE), Paulo M.J. Afonso (American River College, Sacramento, California, USA), Chris Ashall (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Jan Bolmer (MPE; Technische Universität München, Garching, Germany), Corentin Delvaux (MPE), Roland Diehl (MPE), Jonathan Elliott (MPE; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Robert Filgas (Institute of Experimental and Applied Physics, Czech Technical University in Prague, Prague, Czech Republic), Johan P.U. Fynbo (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Denmark), John F. Graham (MPE), Ana Nicuesa Guelbenzu (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germany), Shiho Kobayashi (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Giorgos Leloudas (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Denmark; Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel), Sandra Savaglio (MPE; Universita della Calabria, Italy), Patricia Schady (MPE), Sebastian Schmidl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germany), Tassilo Schweyer (MPE; Technische Universität München, Garching, Germany), Vladimir Sudilovsky (MPE; Harvard-Smithonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mohit Tanga (MPE), Adria C. Updike (Roger Williams University, Bristol, Rhode Island, USA), Hendrik van Eerten (MPE) a Karla Varela (MPE).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.