Je to asi trochu nespravedlivé, ale v posledních dvou letech zprávám z astronomie vévodí gravitační vlny. Teoretici o jejich existenci spekulují zhruba sto let, ale až v roce 2015 se je podařilo poprvé zachytit. Letos díky tomu tři klíčoví lidé z příslušného experimentu získali Nobelovu cenu.
Nebylo to žádné překvapení, zachycení gravitačních vln nám otevřelo doslova nové okno do vesmíru. Díky nim jsme konečně získali možnost alespoň v omezené míře přímo pozorovat jevy, které jinak „nevidíme“, například černé díry. Můžeme se tak snad těšit na zcela nové objevy.
V pondělí 16. října jsme také získali první konkrétní příklad toho, jak nám gravitační astronomie rozšíří obzory. V celkem pěti špičkových vědeckých časopisech vyšlo na třicet vědeckých prací, které ze všech možných hledisek popisují jedinou událost: srážku dvou neutronových hvězd o průměru kolem 30 kilometrů a hmotnosti Slunce zhruba 130 milionů světelných let od nás. Podobnou událost jsme nikdy předtím pozorovat nedokázali.
Pozorování úkazu Hubblovým teleskopem (22. - 28. srpna 2017)
Při dramatické srážce obou hvězd vzniklé gravitační vlny doslova (ale neznatelně) napínající prostor kolem nás dorazily k Zemi 18. srpna ve 13:21 světového času (tj. 15:21 našeho času). A poprvé v historii na ně čekala tři zařízení, která je mohla zachytit. Dvě patří k Nobelovou cenou ověnčenému experimentu LIGO v USA, třetí je pak evropské Virgo v Itálii, které bylo po upgradu uvedeno do provozu na začátku letošního srpna.
Signál v první chvíli úspěšně interpretoval software pouze jedné části LIGO, konkrétně jeho „pobočky“ u Livingstonu v Louisianě, řekli zástupci týmu pro časopis Nature. V několik tisíc kilometrů kilometrů vzdáleném Hanfordu kupodivu automat nic nezaznamenal. Až „ruční“ kontrola odhalila, že signál nebyl úplně čistý, objevila se v něm nezvyklá „špička“, kvůli které ho software ignoroval. Za oceánem, u detektoru Virgo, se situace z Hanfordu do jisté míry opakovala. I tady signál původně zapadl a potvrdit jeho existenci trvalo vědcům zhruba 40 minut (shodou okolností totiž šla vlna ze směru, ve kterém je měření obtížné). Podrobnější údaje, které umožnily určit polohu zdroje, byly k dispozici zhruba o další čtyři hodiny později.
V té době už měli odborníci další signál, že došlo ke skutečně zajímavé události. Kolem Země obíhající satelitní observatoř Fermi zachytila zhruba 1,7 sekundy po detekci gravitačních vln slabý gama záblesk. Gama záblesky jsou doslova nadpozemsky silné gama signály, které zřejmě produkují extrémně masivní objekty typu obřích černých děr a podobně (v tomto případě byl signál slabý hlavně proto, že většina gama záření jednoduše nesměřovala k Zemi).
Galaxie NGC 4993 v souhvězdí Hydry
Fotografie galaxie NGC 4993 (VIMOS, ESO)
Něco se dělo, a my jsme poprvé věděli, kde zhruba by to mohlo být. Spolupráce tří gravitačních detektorů umožňuje konečně přesněji určit, ve které části oblohy by se mohl zdroj nacházet. Dodejme rovnou, že přesnost procesu zatím není nijak ohromná a místo bylo vyznačeno jen velmi přibližně: vědělo se, že zdroj by měl ležet na jižní obloze v rozsáhlé oblasti o ploše asi 35 čtverečních stupňů, do které by se úplněk Měsíce vešel několiksetkrát a kde se nacházejí miliony hvězd. Ale do „honu“ se na druhou stranu zapojila celá armáda teleskopů na Zemi a dokonce i na oběžné dráze (celkem zhruba 70).
Zdroj se nakonec nacházel poblíž NGC 4993, 130 milionů světelných let vzdálené galaxie v souhvězdí Hydry. A když ho astronomové našli, nebyli zklamáni. V hledáčku během následujících hodin a dnů poprvé zachytili objekt, který teoretici předpověděli zhruba před třemi desítkami let, ale nikdy předtím ho neviděli - tzv. kilonovu. Jde o objekt zhruba tisíckrát jasnější než supernova, který je samozřejmě také podstatně vzácnější.
Na pozorování se podílela řada různých teleskopů, tento nákres ukazuje, jak pokryly rozsah pozorovaných vlnových délek
Průběh jasu na jednotlivých vlnových délkách, horizontální osa ukazuje dny od chvíle, kdy detektory LIGO a Virgo upozornily na neobvyklý jev.
Měření ale ukázala, že naše představy o kilonovách byly i tak velmi blízké skutečnosti, tedy že fyzikální modely jsou v tomto ohledu dost přesné. Například v tom, že během několika dnů po události se světlo kilonovy měnilo z modré na temně červenou, a to mnohem rychleji, než je pozorováno u jakékoliv jiné hvězdné exploze.
A kde se vezmou protony?V diskusi pod minulým článkem, kde jsme popisovali mechanismus vzniku těžkých prvků při srážkách neutronových hvězd, se objevila správná otázka, kde se v takové situaci vezmou protony nutné k vytvoření stabilních jader. Odpověď je překvapivě jednoduchá: z neutronů. V jádrech prvků totiž dochází k tzv. beta rozpadu neutronů, při kterém z neutronu vznikne proton, elektron a elektronové antineutrino. Rovnováha tedy zůstává zachována a my zpětně děkujeme čtenářům za připomínku. |
Spektroskopy, tedy přístroje, které dokážou zachytit přítomnost jednotlivých chemických prvků, také jasně ukázaly, že oblak hmoty vyvržené při srážce je skutečně velmi bohatý na těžké prvky jako zlato, platina či uran. Při srážce obou objektů se v krátké době uvolní tolik volných neutronů, že se „přebytečné“ neutrony hromadí v jádrech atomů v okolí a ty rychle ztěžknou. V „neutronové lázni“ (tzv. r-procesu) vznikají i jádra extrémně těžkých prvků, výrazně těžších než uran, které se postupně rozpadnou na stabilnější prvky a doslova rozlétnou do okolí. S trochou štěstí a dostatkem času pak mohou skončit třeba i v nějaké měně.
Výsledky měření kilonovy u NGC 4993 se zdají potvrzovat poměrně nový teoretický předpoklad, že právě srážky neutronových hvězd jsou statisticky řečeno hlavním procesem vzniku těchto těžkých prvků. Zřejmě důležitějším než exploze supernov, které byly dlouho považovány za dominantní zdroj.
Nové „okno do vesmíru“ tedy začíná pomalu a polehoučku naplňovat svůj vědecký potenciál. Dokořán se bude moci otevřít až s využitím jiných detektorů, než jsou LIGO a Virgo. Ideálně vesmírných, protože u těch se může odstranit řada rušivých pozemských vlivů, které komplikují přesnost měření.
Aktualizace: Původní agenturní text jsme nahradili redakčním.
