Prvé pozorovanie optického náprotivku zdroja gravitačných vĺn

Ďalekohľadmi na ESO (European Southern Observatory) v Čile sa podarilo zachytiť prvý optický náprotivok zdroja gravitačných vĺn. Pozorovania, ktoré vojdú do histórie, navyše naznačujú, že tento unikátny objekt je výsledkom splynutia dvojice neutrónových hviezd a ide o dlho hľadaný jav nazývaný aj „kilonova". Následkom tohto typu kataklizmatického spojenia sú do okolitého priestoru rozptýlené ťažké chemické prvky ako zlato či platina. Objav, ktorý bol zverejnený v množstve článkov v prestížnom vedeckom časopise Nature a v ďalších časopisoch, takisto poskytuje dosiaľ najsilnejšie dôkazy toho, že krátke záblesky žiarenia gama spôsobuje práve splynutie dvoch neutrónových hviezd. Vďaka celosvetovému úsiliu a rýchlej reakcii nielen observatória ESO, ale aj ďalších pozemských a kozmických zariadení, sa po prvý krát v histórii astronómom podarilo pozorovať gravitačné vlny a elektromagnetické žiarenie z toho istého zdroja. Dňa 17. augusta 2017 sa dvojici detektorov LIGO (Laser Interferometer Gravitational -Wave Observatory, USA) spolupracujúcich s interferometrom na registráciu gravitačných vĺn s názvom Virgo (Taliansko) podarilo zachytiť gravitačné vlny prechádzajúce Zemou. Úkaz dostal označenie GW170817 a ide celkovo o piatu detekciu gravitačných vĺn. Asi o dve sekundy neskôr zaznamenali dve špecializované kozmické laboratóriá (družice), konkrétne Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope, NASA) a INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory, ESA), krátky záblesk gama žiarenia zhruba v rovnakej oblasti oblohy. Na základe údajov z „gravitačných" observatórií LIGO a Virgo bola určená približná poloha zdroja – na južnej oblohe v rozsiahlej oblasti s plochou asi 35 štvorcových stupňov, do ktorej by sa spln Mesiaca vošiel viac než stokrát a kde sa nachádzajú milióny hviezd. S príchodom noci do Čile sa na danú oblasť zamerali niektoré z mnohých ďalekohľadov ESO a začali pátrať po nových zdrojoch žiarenia. Do hľadania sa zapojili: VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, ESO, Cerro Paranal), VST (VLT Survey Telescope, ESO, Cerro Paranal), taliansky REM (Rapid Eye Mount, ESO, La Silla), ďalekohľad LCO so zrkadlom s priemerom 0,4 m (LCO 0.4-meter telescope, Las Cumbres Observatory) a americký DECam (Cerro Tololo Inter-American Observatory). Ako prvý však nový objekt našiel ďalekohľad Swope (Swope 1-metre telescope). Zdroj sa nachádzal v blízkosti šošovkovitej galaxie NGC 4993 v súhvezdí Hydry. Približne v rovnakom čase ho v infračervenej oblasti spektra pozoroval aj prehliadkový ďalekohľad VISTA. Ako noc postupovala po zemskom povrchu na západ, zapojili sa do pozorovania aj ďalekohľady na Havaji – Pan-STARRS a Subaru, ktorým sa tiež podarilo objekt zachytiť a zdokumentovať jeho rýchly vývoj. „Len veľmi zriedkavo môže vedec prežiť nástup novej éry od samotného začiatku," hovorí Elena Pian (astronómka, Istituto Nazionale di Astrofisica, Rím, Taliansko), hlavná autorka jedného z článkov v časopise Nature. „A to sa práve stalo!" ESO spustilo jednu z dosiaľ najrozsiahlejších pozorovacích kampaní zameraných na štúdium mimoriadneho cieľa. Množstvo ďalekohľadov ESO aj ďalekohľady ďalších partnerských organizácií pozorovali objekt opakovane ešte niekoľko týždňov po prvej detekcii. Ďalekohľady VLT (Very Large Telescope), NTT (New Technology Telescope), VST, MPG (MPG/ESO 2.2-metre telescope) aj rádioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), všetky sledovali tento mimoriadny úkaz a jeho následky v celom dostupnom pásme vlnových dĺžok elektromagnetického žiarenia. Do kampane sa zapojilo 70 ďalekohľadov na celom svete vrátane Hubblovho kozmického teleskopu HST (Hubble Space Telescope). Odhad vzdialenosti objektu, ktorý urobili vedci na základe údajov o gravitačných vlnách i ďalších pozorovaní, ukázal, že sledovaný úkaz sa skutočne odohral v galaxii NGC 4993 nachádzajúcej sa od nás vo vzdialenosti asi 130 miliónov svetelných rokov. Ide tak o doteraz najbližší zdroj gravitačných vĺn, ktorý sa podarilo identifikovať, ale tiež o jeden z najbližších zaznamenaných zdrojov záblesku gama. Periodické poruchy priestoročasu známe ako gravitačné vlny sú spôsobené špecifickými pohybmi hmoty. V súčasnosti je však možné detegovať len následky tých najdivokejších udalostí, pri ktorých dochádza k veľmi rýchlym zmenám pohybu mimoriadne hmotných telies. Jedným z takých javov je splynutie dvoch neutrónových hviezd – extrémne hustých, skolabovaných jadier hmotných hviezd, odhalených pri explózii supernovy. Tieto splynutia boli doteraz považované za najpravdepodobnejšiu hypotézu vysvetľujúcu existenciu krátkych zábleskov žiarenia gama. Očakávalo sa, že následkom takejto udalosti dochádza k javu asi 1 000-krát jasnejšiemu než je bežná nova, ktorý sa označuje ako kilonova. Takmer súčasná detekcia gravitačných vĺn a žiarenia gama zo zdroja GW170817 zvýšila nádej, že tento objekt je skutočne dlho hľadanou kilonovou. Pozorovania vykonané pomocou prístrojov ESO odhalili vlastnosti, ktoré sú pozoruhodne blízke k predpovediam teoretikov. Existencia kilonov bola navrhnutá už pred viac než 30 rokmi, ale toto je prvé potvrdené pozorovanie. Po splynutí dvoch neutrónových hviezd opúšťa miesto výbuchu kilonovy expandujúci oblak ťažkých rádioaktívnych prvkov, ktorý sa pohybuje až pätinou rýchlosti svetla. Počas niekoľkých nasledujúcich dní sa svetlo kilonovy zmení z modrej na tmavo červenú, a to oveľa rýchlejšie, než sa pozoruje pri akejkoľvek inej hviezdnej explózii. „Keď som uvidel spektrum, uvedomil som si, že je to ten najneobvyklejší prechodný jav, aký som kedy sledoval," poznamenáva Stephen Smartt, ktorý viedol pozorovania uskutočňované pomocou ďalekohľadu NTT v rámci prehliadkového programu ePESSTO (extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects). „Niečo také som ešte nevidel. Naše dáta, v kombinácii s ďalšími pozorovaniami od iných skupín, jasne ukázali, že nešlo o supernovu ani medziľahlú premennú hviezdu, ale o niečo pozoruhodné." Spektrá získané v rámci programu ePESSTO a pomocou ďalekohľadu VLT s prístrojom X-shooter naznačili možnú prítomnosť cézia a telúru, ktoré boli vyvrhnuté z oblasti splynutia neutrónových hviezd. Tieto a ďalšie ťažké chemické prvky, vzniknuté pri splynutí, mohli byť odvrhnuté do okolitého priestoru následnými procesmi sprevádzajúcimi výbuch kilonovy. Pozorovania dokumentujú vznik prvkov ťažších než železo prostredníctvom jadrových reakcií vo vnútri hviezdnych objektov s vysokou hustotou a tento typ nukleogenézy, prebiehajúci prostredníctvom rýchleho zachytávania neutrónov, bol zatiaľ len čisto teoretickou otázkou. „Údaje, ktoré zatiaľ máme, sú v pozoruhodne dobrom súhlase s teóriou. Je to triumf teoretickej astrofyziky. Potvrdzujú, že javy zachytávané detektormi LIGO a Virgo sú bezpochyby skutočné. A ide aj o mimoriadny úspech pre ESO, ktorému sa podarilo získať pôsobivé dáta o priebehu explózie kilonovy," dodáva Stefano Covino, hlavný autor jedného z článkov v Nature. „Je obrovskou prednosťou ESO, že má k dispozícii širokú paletu ďalekohľadov a ďalších prístrojov, ktoré umožňujú realizovať rozsiahle a zložité pozorovacie projekty v krátkom čase. Vstúpili sme do novej éry multi-vlnovej astronómie!" hovorí Andrew Levan, hlavný autor ďalšieho článku.

Publikované v časopise QUARK, november 2017, RNDr. Zdeněk Komárek