EWASS 2017 aneb Pražské astronomické hody (2)

Observatoř Pierra Augera v Argentině

Dosud největší (detekční plocha 3 000 km²) světová observatoř pro výzkum extrémně energetického kosmického záření (pásmo 0,1 až 150 EeV) byla vybudována v mezinárodní spolupráci 18 států Evropy, obou Amerik a Austrálie v argentinské pampě Amarilla v letech 1999-2008. Za 10 let plného provozu shromáždila jedinečné údaje o kosmickém toku těchto částic s energiemi až o 6 řádů vyššími, než docílil urychlovač LHC, a o jejich chemickém složení. Přispěla také ke stanovení účinného průřezu protonu pro energie až 57 TeV, tedy více než 4× vyšší, než dokáže LHC. Kromě toho se tak podařilo přesněji určit, jaký podíl na těchto částicích mají protony, těžší atomová jádra, miony, elektrony a fotony. V poslední době se daří sledovat tyto částice nejenom pozemními vodními detektory Čerenkovova záření a astronomickými komorami pro fluorescenční vyzařování atmosférických spršek, ale též pomocí doprovodného rádiového záření.

V současnosti probíhá modernizace všech aparatur s cílem zvýšit kvalitu i množství dat o těchto dosud zcela záhadných částicích. Neznáme totiž ani jejich zdroje, ale ani urychlovací mechanismy pro tak vysoké energie. Financování observatoře je zajištěno až do r. 2022.

Zábleskové zdroje záření gama

Zábleskové zdroje záření gama (GRB) byly zcela nečekaně objeveny zásluhou amerických vojenských družic Vela, jejichž primárním úkolem bylo kontrolovat dodržování smlouvy o zákazu pokusných jaderných výbuchů v zemské atmosféře. Družice zaznamenávaly tyto tajemné záblesky již od svého nasazení v r. 1967, ale objev oznámili američtí vědci až po jeho odtajnění v r. 1973. Trvalo dlouho, než se podařilo alespoň přibližně určit vzdálenosti těchto relativně krátkých vzplanutí v pásmu měkkého záření gama (20 keV – 15 MeV).

K průlomu došlo teprve v r. 1997, kdy se podařilo pozorovat dosvit vzplanutí GRB 9700228 v rentgenovém a optickém pásmu spektra, a tak určit jeho kosmologický červený posuv i jeho nevídanou vzdálenost ~8 mld. světelných let. Od té doby není pochyb, že GRB se honosí neuvěřitelnými zářivými výkony z neobyčejně nepatrných objektů o rozměrech desítek kilometrů! Je však zřejmé, že toto záření zdroj vysílá v podobě protilehlých úzkých výtrysků, které jenom výjimečně směřují k Zemi. Proto jejich skutečný výskyt ve vesmíru je téměř o dva řády vyšší, než vyplývá z našich statistik. Díky řadě specializovaných družic Compton, BeppoSAX, INTEGRAL, Swift, Fermi aj. se podařilo postupně objevit bezmála 5 tisíc těchto objektů vesměs mimo naši Galaxii.

Nejvzdálenější GRB 090423 se nacházel v anonymní galaxii vzdálené od nás přes 13 mld. světelných let. K explozi tedy došlo jen asi 600 mil. let po Velkém třesku. Nejmocnějším zdrojem energie se stal GRB 130427A pozorovaný družicemi Swift a Fermi v souhvězdí Lva, a následně i opticky, infračerveně a v rádiovém oboru spektra, neboť 13. května 2013 ve stejné poloze vzplanula supernova 2013cq. Celý úkaz proběhl ve vzdálenosti 3,7 mld. světelných let, trval v oboru záření gama 33 sekund a nejvyšší energie fotonů gama dosáhly rekordu >100 GeV. Maximální zářivý výkon vzplanutí dosáhl neuvěřitelné hodnoty 10⁴⁷ W, což je srovnatelné se souhrnným zářivým výkonem všech hvězd ve viditelné části vesmíru!  

Z dosavadní statistiky se zjistilo, že k úkazům GRB dochází minimálně třemi způsoby. Krátká vzplanutí gama v trvání <2 s jsou důsledkem splynutí dvou neutronových hvězd, popřípadě neutronové hvězdy s černou dírou. Vzplanutí s trváním >2 s jsou důsledkem zhroucení hmotných hvězd na černou díru a vzácná vzplanutí s trváním delším než hodinu vznikají zhroucením obézních hvězd s hmotnosti >15 hmotností Slunce. V Praze se pak diskutovaly možnosti budoucí detekce gravitačních vln doprovázejících tyto gigantické úkazy v miniaturním objemu.

Astrometrická družice Gaia

Pomyslná zlatá medaile pražského týdne nepochybně přísluší astrometrické družici Gaia (ESA), která se od ledna 2014 pohybuje v okolí Lagrangeova bodu L2  soustavy Slunce-Země. Její vědecký program započal koncem července 2014 po pečlivém testování všech složek umožňujících extrémně přesná měření. Poloha družice musí být opticky sledována z pozemských observatoří a přenos dat na Zemi probíhá denně po dobu 8 h rychlostí 5 Mbit/s.

Když byla data (DR1) prvních měsíců provozu družice uvolněna 14. září 2016 pro astronomickou veřejnost, stalo se něco nevídaného. Odborníci z celého světa byli na tato jedinečná data zřejmě připraveni, takže během října odeslali do astronomických časopisů na 150 prací, jejichž témata jsou založena na rychlém zpracování tohoto špičkového pozorovacího materiálu z nejrůznějších úhlů pohledu. Tak se například podařilo objevit pomocí umělých sítí kombinací katalogu Tycho, družice HIPPARCOS a dat DR1 na 45 hvězd s prostorovými rychlostmi >150 km/s, z nichž minimálně pět vykazuje rychlosti v rozmezí 400 až 700 km/s, takže zřejmě z Galaxie prchají. Podobně se díky kombinaci obou katalogů podařilo odhalit hvězdy, které prchají ze sousedních Magellanových mračen a odhalit rotaci Velkého Magellanova mračna, jež podle těchto měření je od nás vzdáleno 180 tis. sv. let.  Dále se ukázalo, že hvězdy, které tvoří tzv. Herkulův proud, obíhají kolem Lagrangeových bodů příčky naší Galaxie, což významně mění dynamický model celé Galaxie.  Evropští astronomové, kteří se přímo podílejí na analýze syrových dat projektu Gaia, nás však ujistili, že DR1 je pouhý předkrm toho, co přijde v dubnu 2018 v podobě DR2. Navíc Gaia pracuje tak výtečně, že se určitě prodlouží její práce za polovinu r. 2019. V technických možnostech družice je totiž prodloužení měření až do r. 2023.

Na zrychlené verzi videa jsou prezentovány pohyby hvězd v oblasti souhvězdí Oriona a Býka. Vpravo vidíme například společně letící Hyády a jinam letící hvězdu Aldebaran. Video vzniklo díky srovnání pozic hvězd z družice Gaia a Hipparcos, odstup mezi daty je tedy skoro čtvrt století.

(článek na pokračování…)

 

1. díl: Exoplanety, SGR A*, simultánní spektroskopie

2. díl: Observatoř Pierra Augera, zábleskové zdroje gama, družice Gaia

3. díl: Synergie aparatur, JWST, LSST

4. díl: Čerenkovova soustava teleskopů, gravitační vlny

5. díl: ESA, ESO, astronomická kybernetika