Nejslavnější gama záblesk 
Za málo peněz hodně muziky 
 
 
  
 
  
Kresba archiv IANNejslavnější gama záblesk 
 
Celý astronomický svět je vzrušen. Denně vycházejí další a další cirkuláře. Hovoří se o nejdůležitějším objevu posledních několika desetiletí. Vědecké týmy pracují takřka bez přestávky. Vydávají se tiskové zprávy. Tak lze charakterizovat atmosféru, která panuje od minulého sobotního dopoledne. 
V sobotu dvacátého třetího ledna v 9 hodin 46 minut a 58 sekund světového času zaregistroval jeden z přístrojů vesmírné Comptonovy gama observatoře (Compton Gama Ray Observatory, zkr. CGRO) nejjasnější dosud pozorovaný záblesk záření gama. O osmnáct sekund později stejný jev zachytila také družice BeppoSax. Mezitím již informace o zvláštním úkazu letěla po Internetu k pozorovatelům z celého světa. Za dvacet dva sekund po objevu se za zábleskem natočil automatický dalekohled ROTSE instalovaný na observatoři poblíž Los Alamos v Novém Mexiku: V místě udaném družicí Compton pak zaznamenal objekt, který by v té chvíli uviděl každý, pokud by byl vyzbrojen alespoň loveckým triedrem. 
O tři hodiny později míří na BeppoSaxem upřesněné místo dalekohled o průměru jeden a půl metru na hoře Palomar v americké Kalifornii. Astronomové však nacházejí poblíž velmi nenápadné galaxie už jenom slabý objekt (ve fotometrickém oboru R 18,2 mag), jenž nadále rychle slábne. Největší senzace gama astronomie je ovšem už dávno na světě. 
Gama astronomie je relativně mladý vědecký obor. Na konci šedesátých let se mocnosti -- především Spojené státy americké a Sovětský svaz -- shodly na tom, že již nebudou provádět pokusy s jadernými zbraněmi v zemské atmosféře ani v jejím okolí. Série různých nehod a rostoucí radioaktivní zamoření pro ně bylo dostatečné varováním. Pro kontrolu této úmluvy použili Američané soustavu umělých družic Vela, jež byly schopny detekovat měkké záření gama doprovázející jakékoli takové výbuchy. V roce 1973 však vědci upozornili, že družice registrují krátkodobá vzplanutí, která však nepřicházejí od Země, nýbrž ze vzdáleného vesmíru. Typické vzplanutí, označované zkratkou GRB (Gamma-Ray Burst), představovalo vždy jen zlomek sekundy trvající náběh s ostrým maximem, po kterém následoval během exponenciální pokles až na úroveň šumu pozadí trvající sekundy až stovky sekund. Vzplanutí se objevovala naprosto Snimek optickeho protejsku zablesku z 28. 2. 97 porizeny 5. 9. 97 Hubblovym dalekohledem (foto STSCI/NASA)náhodně na nejrůznějších místech oblohy s průměrnou frekvencí jeden úkaz denně. Poloha záblesků však byla udávána se značnou chybou, která prakticky vyloučila možnost jejich ztotožnění s nějakým již známým typem objektů či pozorování těchto zdrojů na jiných vlnových délkách (např. ve viditelném a radiovém oknu). Přístrojová technika, počet detektorů i jejich vzájemná synchronizace se ale neustále zlepšovaly a tak brzo začalo i systematické hledání tzv. optických protějšků záblesků gama záření. Malé kousky oblohy sledovaly obří teleskopy a hvězdáři se zde snažili objevit cokoli podezřelého. Pozoruhodně dlouhou dobu tak činili bez jakéhokoli hmatatelného úspěchu. Vůbec například nebylo jisté, zda k těmto vzplanutí dochází někde na hranicích sluneční soustavy a nebo někde na samém konci pozorovatelného vesmíru. 
Významným krokem kupředu bylo vypuštění italsko-holandské družice BeppoSax 20. dubna 1996. Ta je koncipována tak, že umožňuje velmi přesně změřit polohu záblesku a elektronickou cestou po Internetu sdělit souřadnice jevu všem potenciálním pozorovatelům z celého světa. První "trefa do černého" se podařila 28. února 1997, kdy byl na základě upozornění z BeppoSaxu nalezen v souhvězdí Orionu rychle slábnoucí objekt (milionkrát slabší než nejslabší hvězdy viditelné pouhýma očima) poblíž jisté bezejmenné nevýrazné galaxie. 
Tohoto astronomicky památného dne se podařilo za zhruba 21 hodin po záblesku na udané pozici nalézt objekt, jehož jasnost se pohybovala kolem 21 magnitud ve fotometrickém oboru V, načež objekt rychle slábl. Poté, co se ztratil z dosahu 4,2m dalekohledu W. Herschella na Kanárských ostrovech, ho o měsíc později sledoval Hubblův kosmický dalekohled. Objekt se naposledy podařilo zahlédnout pátého září, kdy měl v oboru V dvacet osm magnitud (byl tedy desettisíckrát slabší než při svém objevu). Důležité je, že jen malý kousek od zdroje byla nalezena velmi slabá galaxie (viz snímky). Byl to v té chvíli velice silný trumf v rukou zastánců myšlenky, že gama záblesky pocházejí objektů nacházejících se od nás velice daleko, v tzv. kosmologických vzdálenostech. 
I když se poté podařilo obdobně sledovat ještě jeden jasný protějšek záření gama, k jistotě přesvědčení, že tyto záhadné jevy mají původ kdesi v hlubinách vesmíru, v galaxiích s velkými rudými posuvy, to stále nestačilo. 
 
Animace IAN (kliknutim se muzete podivat na originalni snimky, gif 130 kB)Svatý grál všech astronomů -- v optickém oboru nejjasnější gama záblesk všech dob GRB 990123. Sérii snímků pořídil robotizovaný dalekohled ROTSE-I poblíž Los Alamos v americkém Novém Mexiku, který je vybavený čtveřicí objektivů o průměru pouhých jedenáct centimetrů.. První portrét vznikl přesně v 9:47:18,3 světového času, tedy dvacet dva sekund po spršce fotonů gama, jež zachytila Comptonova gama observatoř. Zobrazuje těsné okolí objektu asi dvanácté velikosti, který se nalézal v souhvězdí Pastýře, poblíž hranic s Herkulem. Další pětisekundové snímky byly exponovány s odstupem dvaceti pěti sekund, takže víme, že se optický protějšek na druhém obrázku zjasnil až na devět magnitud a pak začal rychle slábnout. Je však nezbytné poznamenat, že ROTSE-I nepoužívá žádné filtry a udávané jasnosti jsou tudíž jen orientační. Na základě snímku téže části nebe pořízeného 133 minut před zábleskem lze také jednoznačně říci, že se zde předtím žádný nejméně o dvě magnitudy slabší objekt nenacházel. Podle záznamů vychází jasnost optického protějšku následující:  9:47:18,3 světového času (zkr. UT) 11,82 mag, 9:47:43,5 UT 8,95 mag, 9:48:08,8 UT 10,08 mag, 9:51:37,5 UT 13,22 mag, 9:54:22,8 UT 14,00 mag, 9:57:08,1 UT 14,53 mag. (Zdroj Los Alamos National Laboratory, Lawrence Livermore National Laboratory a University of Michigan)
 
Gigantický záblesk, mezi odborníky známý jako GRB 990123 (GRB -- záblesk záření gama + datum záblesku), však pomohl vědcům dostat se blíž k pravdě. V tomto případě se totiž zachovala příroda více než gentlemansky a umožnila nám prohlédnout si tajemný zdroj záblesku pomocí exotického gravitačního dalekohledu. 
Současná pozorovací astronomie přinesla řadu důkazů o tom, že se vzhled objektů vzdáleného vesmíru velmi často deformuje a zkresluje jev předpověděný obecnou teorií relativity: jev gravitační čočky. Záření vzdálené objekty (většinou tzv. kvasarů) bývá občas o několik řádů zesíleno v důsledku ohybu jejich světla v gravitačním poli galaxií nebo kup galaxií, které se nacházejí mezi daným objektem a námi. Tyto objekty fungují dosti podobně jako běžné skleněné čočky. V gravitačním poli galaxie, které se musí nacházet prakticky přesně na spojnici Země -- kvasar, se totiž zakřiví světlo dalekého objektu a my pak sledujeme hned několik jeho obrazů. Některé jsou zesílené, jiné nikoli. (Podrobnější informaci o tomto jevu naleznete na stránce Leoše Ondry). Právě tento fenomén byl zřejmě rozhodující faktorů v případě GRB  990123. 
Při pořizování spekter tohoto optického protějšku záblesku gama záření pomocí desetimetrového dalekohledu Keck II na Havajských ostrovech byly totiž nalezeny dva různé zdroje záření. První z nich je relativně blízký blízký, jehož červený posuv je roven přibližně z = 0,2, zato ten druhý je mnohem vzdálenější, s z = 1,6 (asi devět miliard světelných let). To může znamenat, že to byla právě ona blízká galaxie s malým červeným posuvem, která svým gravitačním polem záření záblesku zesílila. A také proto jsme pak byli schopni zachytit tak nebývale jasné vzplanutí i ve viditelném oboru. 
 
Další snímek optického protějšku gama záblesku GRB 990123 (kliknutím jej získáte ve větším rozlišení). Tentokráte z kalifornské hory Palomar a dalekohledu o průměru 60 palců (1,5 metru). Na obrázku vlevo je oblast záblesku z Palomarského fotografického atlasu (tedy dávno před explozí). Na deném místě je zřetelná velmi slabá galaxie. Obrázek vpravo byl pořízen čtyři hodiny po záblesku a ukazuje nový objekt s jasností asi 18 magnitud. (Autoři Dr. Stephen Odewahn/Caltech-NRAO-CARA GRB Collaboration). Kliknutim ziskate obrazek ve vetsim rozliseni (gif, 13O kB)
 
GRB 990123 je pozoruhodné i tím, že zde došlo nárůstu jasnosti mnohem rychleji než v ostatních případech. Tentokrát byl pozorován velmi rychlý vzestup následovaný podobně rychlým poklesem. Už po deseti minutách byl zdroj na hranici viditelnosti středně velkými amatérskými dalekohledy. Po třech hodinách pak byl v dosahu jen těch největších přístrojů vybavených navíc výkonnou CCD technikou. 
Doposud nejslavnější záblesk záření gama však bezesporu posouvá "káru" teoretických astronomů o notný kus kupředu. Nikdo teď sice přesně při jakém procesu se může ve zlomku sekundy uvolnit tak neskutečné množství energie. Říká se, že při této katastrofě, je vyzářená energie odpovídající tomu, co naše Slunce vyzáří za celou dobu své zářivé existence. Teorií, jak tento jev vysvětlit, je mnoho -- dokonce více než zachycených záblesků! Počínaje humornými, jež hovoří o anihilaci cizích civilizací, konče seriozními modely splývajících neutronových hvězd, kolapsem neutronové hvězdy v černou díru a dalších. 
V České republice se výzkumu gama záblesků věnuje plných patnáct let dr. René Hudec z Astronomického ústavu v Ondřejově. Vzhledem k tomu, že byl první, kdo předpověděl možnost velmi jasných optických protějšků, které by mohly být spatřeny i malými přístroji nebo dokonce pouhým okem, položili jsme mu několik otázek, které se gama záblesků a jeho práce týkají. 
 
Už dlouho upozorňujete na to, že záblesky gama záření mohou mít své optické protějšky (transienty) zachytitelné jednoduchými detekčními prostředky, jakými jsou oko, triedr či fotografická komora. Jak jste na tuto myšlenku připadl?  Máte v tomto směru i nějaké výsledky? 
 
Některé teoretické modely přímou optickou emisi předpovídají. V minulosti jsme toto předpokládali a věnovali hodně času pátraní po takových optických transientech na archivních astronomických Prubeh gama zablesku namereny aparaturou Batse (zdroj NASA)deskách. Přitom bylo nalezeno několik reálných transientů astrofyzikálního původu. 
Problém ovšem je, že vámi uváděné metody jsou, pokud se týče krátkých transientů, velmi postiženy pozadím tzv. falešných jevů, které realné astrofyzikální transienty úspěšně imitují.  
Kdysi jsme opravdu dělali studie z dat získaných například meteorickými expedicemi, ovšem problém je s falešnými jevy. 
 
Domníváte se, že GRB 990123 je výjimečný? Že se zapíše do historie?  Proč? 
 
Určitě ano. Protože je to první GRB, pro který byla definitivně prokázána přímá optická emise ve viditelném světle, a to velmi jasná, jasnější než 9 magnitud. Pro předchozí GRB neexistovala kvalitní optická data mezi nula a třemi hodinami po detekci GRB a proto se detekovaly jen tzv. optické dosvity o jasnosti 18 až 23 mag. 
 
Myslíte si, že je reálné, aby se i amatéři zapojili do tohoto  významného programu? Jaké mají šance? Jakou musí mít techniku? 
 
Ano, je to dobrá příležitost se zapojit. Velkými teleskopy jsou sledovány vesměs jen GRB detekované italskou družicí BeppoSAX, a těch není mnoho, ne více než deset ročně. Naproti tomu CGRO detekuje téměř jeden GRB denně, a ta data jsou emailem ihned k dispozici. Chyba polohy je ovšem vetší, takže tato práce vyžaduje spíše širokoúhlé přístroje. 
Ideální vybavení představuje i malý teleskop a CCD kamera, nebo CCD kamera a fotoobjektiv. Určité výsledky lze získat i fotodetekcí. Ke studiu GRB se snažíme organizovat síť malých evropských observatoří. Amatéři jsou také vítáni. Nové spolupracovníky vítáme, a to jak aktivní pozorovatele, tak ty, kdo mohou pomoci redukovat a vyhodnotit jinde získaná data. 
 
Dr. Hudec vede síť Evropských pozorovatelů (EON), podrobnější informace o výsledcích a detailní popis činnosti najdete na stránce altamira.asu.cas.cz. Při vzájemné komunikaci došlo i na to, že není od věci pozorovat pole záblesku GRB 990123 po dobu několika následujících dnů i týdnů. Díky různým drahám světla při efektu gravitační čočky totiž může dojít k tomu, že budeme svědky dalšího zjasnění v tomto místě s nělikadenním zpožděním. Tato pozorování jsou však velmi technicky náročná, neboť celý jev bude malým přístrojem vidět pouze desítky vteřin a pak už jen některým z obřích dalekohledů. 
 
To, že GRB 990123 vstoupí do historie moderní astronomie, je už nyní nad slunce jasné. Bude to hned z několika důvodů. Dodnes nebyl zaznamenán žádný jasnější záblesk. Všechny ostatní nedávaly jedinou šanci nechat se polapit malým přístrojem a tak se jejich pozorování stalo doménou pouze největších observatoří světa. Nyní se ukazuje, že je možné, aby určité procento záblesků mohly zaznamenat i malé automatizované teleskopy. 
 
Je prostě úžasné pozorovat, jak se před vámi utváří moderní astronomie. Doslova z hodiny na hodinu jste svědky nových a nových objevů, které vedou k jednoznačnému faktu. Mílovými kroky se blížíme se k rozluštění jedné z vzrušujících vesmírných záhad. A krásné je, že jedině spolupráce odborníků mnoha profesí a národností umožní objevovat další a další zákonitosti, jež před námi  příroda důmyslně ukrývá rouškou temného a rozlehlého vesmíru, ve kterém obýváme tak neskutečně malý kousek. Doufejme, že gama záblesk GRB 990123 budou následovat další, stejně či dokonce i jasnější a že nám bude příroda pokaždé nakloněna tak, jak tomu bylo v sobotu 23. ledna 1999. 
 
Rudolf Novák, Jiří Dušek, Zdeněk Mikulášek
Podle mnoha zdrojů a e-mailových komunikací
 
 
  
ROTSE-I (foto tym ROTSE)Za málo peněz hodně muziky 

Dalekohled ROTSE-I, který najdete poblíž Los Alamos v Novém Mexiku, je zářným příkladem, jak lze i s poměrně malými prostředky dělat vynikající vědu. Některá jeho zařízení lze totiž koupit v obyčejných obchodech. Přitom každou jasnou noc alespoň dvakrát vyfotografuje celou viditelnou oblohu. Kromě toho se umí velmi rychle natáčet podle povelů počítače na různá místa -- úlovek optického protějšku gama záblesku z 23. ledna tak pravděpodobně nebude jeho jediným úspěchem. 
Projekt ROTSE-I (Robotic Optical Transient Search Experiment I) vede Dr. Carl Akerlof z University of Michigan. Sestává ze čtveřice teleobjektivů Canon o průměru jedenáct centimetrů a ohniskové vzdálenosti dvacet centimetrů. K nim jsou připojeny CCD kamery s rozlišením 2048 na 2048 pixelů. Celá soustava se pohybuje na rychlé, ale ne nijak unikátní montáži podle pokynů počítače. Člověk k obsluze observatoře nutný není -- systém si hlídá dokonce i stav počasí, aby do něj nenapršelo. 
Hlavním úkolem dalekohledu je hledání optických protějšků gama záblesků. Podle došlé zprávy ze sítě "Gamma-ray burst Coordinates Network" (GCN) se automaticky natočí daným směrem a pořídí sérii snímků příslušné oblasti. Dalekohledy mají zorné pole asi sedmnáct stupňů a během pěti sekund zachytí A takhle vypada cela automatizovana observator (foto tym ROTSE)objekty do 15. velikosti (desettisíckrát slabší než hvězdy viditelné pouhým okem). Takových záblesků ale příliš není -- jeden denně a to může být nad Los Alamos také den či zataženo. Volný čas ale ROTSE-I neprofláká -- v té době je jeho úkolem rutinně sledovat celou oblohu. Když jde všechno v pořádku, zachytí její vzhled alespoň dvakrát za noc. Pod kontrolou má tak kolem patnácti milionů objektů. 
Taková databáze je samozřejmě naprosto unikátní a hodí se pro studium celé řady objektů: aktivních jader galaxií, supernov, proměnných hvězd či objektů sluneční soustavy. Perličkou může být sledování loňského roje Leonid, které přispěje k lepšímu pochopení atmosféry Země ve výšce osmdesáti kilometrů. 
A jak to na ROTSE-I probíhalo 23. ledna? Sprchu gama fotonů první zaznamenala Comptonova gama observatoř, především pak její zařízení BATSE (Burst and Transient Source Experiment). Vědecká měření této unikátní umělé družice se měla původně nahrávat na dvojici palubních magnetofonů a jen několikrát denně předávat na Zemi. Nicméně v roce 1992, na začátku celé mise, obě záznamová zařízení vypověděla službu. Od té doby jsou proto veškerá měření v reálném čase předávána prostřednictvím sítě satelitů přímo do řídícího střediska. Bohužel se ale tak nenávratně ztratí asi dvacet procent všech údajů. 
Na první pohled tragedie, nikoli však pro astronomy. Díky této nehodě (úmyslné ?) máme totiž informace o gama záblescích na zemi ihned. Jakmile BATSE a další zařízení zachytí takové vzplanutí, je dostane se informace o něm do Goddardova centra kosmických letů jen se zpožděním zlomek sekund. Může se tedy spočítat alespoň hrubá poloha zdroje (s přesností na několik stupňů) a okamžitě poslat prostřednictvím Internetu na observatoře celého světa. 
Takovou anonci o vzplanutí GRB 990123 dostal ROTSE-I dostal pouhé čtyři sekundy od pozorování Comptonu. Za dalších osmnáct sekund se natočil za dané místo a začal první expozici. Přesná identifikace optického protějšku gama záblesku ovšem byla možná až díky pozorování sondy BeppoSax. Pět hodin po vzplanutí byla známa poloha zdroje s přesností na deset úhlových vteřin, za další tři hodiny dokonce s nejistou pouze čtyři minuty (úhlový průměr Slunce je třicet minut). 
Tak co, nepostavíte si něco takového i u vás doma? 
 

Jiří Dušek
Podle různých materiálů