Komunikat prasowy

Promień światła na ciemne błyski gamma

16 grudnia 2010

Rozbłyski gamma należą do najbardziej energetycznych zdarzeń we Wszechświecie, ale niektóre z nich wydają się dziwnie słabe w świetle widzialnym. Największe jak dotąd badania tych tzw. ciemnych błysków gamma zostały przeprowadzone za pomocą instrumentu GROND na 2,2-metrowym teleskopie MPG/ESO w La Silla w Chile. Okazało się, że te gigantyczne eksplozje nie potrzebują egzotycznych wytłumaczeń, bowiem ich słaby blask został wyjaśniony przez kombinację kilku przyczyn, z których najważniejszą jest obecność pyłu na drodze pomiędzy Ziemią, a błyskiem gamma.

Błyski gamma (GRBs - gamma-ray bursts), szybkie zdarzenia, które trwają od mniej niż sekundy do kilku minut, są wykrywane przez orbitalne obserwatoria, które są czułe na wysokoenergetyczne promieniowanie. Jednak trzynaście lat temu astronomowie odkryli trwający dłużej strumień mniej energetycznego promieniowania, pochodzący z tych gwałtownych wybuchów, który może trwać przez tygodnie, a nawet lata po początkowej eksplozji. Ten strumień astronomowie nazywają poświatą po rozbłysku

O ile błyski gamma [1] mają poświaty świecące w promieniowaniu rentgenowskim, to jedynie u około połowy z nich zaobserwowano świecenie w zakresie widzialnym. Pozostała połowa pozostaje tajemniczo ciemna. Niektórzy naukowcy podejrzewali, że te ciemne poświaty mogą być przykładami nowej klasy rozbłysków gamma, podczas gdy inni sądzili, że mogą następować w bardzo dalekich odległościach. Poprzednie badania sugerowały, że ich niewielki blask można wyjaśnić także przesłaniającym pyłem, który znajdowałby się pomiędzy błyskami, a Ziemią.

“Badanie poświat jest niezbędne do dalszego zrozumienia obiektów, które stają się rozbłyskami gamma i tego co mogą nam powiedzieć o formowaniu się gwiazd we wczesnym Wszechświecie”, mówi Jochen Greiner z Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics w Garching koło Monachium (Niemcy), prowadzący zespół badawczy.

Pod koniec 2004 roku NASA wystrzeliła satelitę Swift, który z orbity nad ziemską atmosferą może wykrywać rozbłyski gamma i natychmiast przekazywać ich pozycje do innych obserwatoriów, aby można było zbadać poświaty. W nowych badaniach astronomowie połączyli dane satelity Swift z obserwacjami wykonanymi za pomocą GROND [2] – instrumentu dedykowanego śledzeniu rozbłysków gamma, podłączonego do 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO w La Silla w Chile. Dzięki temu udało się w rozstrzygający sposób rozwiązać zagadkę brakującej poświaty optycznej.

To co czyni GROND świetnym instrumentem do badania poświat, jest bardzo szybki czas reakcji – może obserwować rozbłysk w ciągu minut od alertu pochodzącego od satelity Swift, przekazanego pomocą specjalnego systemu o nazwie Rapid Response Mode. Drugim atutem są jego zdolności do obserwowania jednocześnie przez siedem filtrów, pokrywających zarówno widzialny zakres widma, jak i bliską podczerwień.

Łącząc zebrane za pomocą siedmiu filtrów dane GROND z obserwacjami z satelity Swift astronomowie są w stanie dokładnie ustalić ilość światła wyemitowanego w poświacie w bardzo szerokim zakresie długości fali, od wysokoenergetycznego promieniowania X, do bliskiej podczerwieni. Tej informacji używają potem do bezpośredniego zmierzenia ilości zakrywającego pyłu, przez który światło przeszło na drodze do Ziemi. Wcześniej trzeba było opierać się na przybliżonych oszacowaniach zawartości pyłu.

W celu oszacowania odległości do prawie wszystkich rozbłysków w badanej próbce, zespół korzystał z szerokiego zakresu danych, w tym ze swoich własnych pomiarów z instrumentu GROND, a także z obserwacji wykonanych innymi dużymi teleskopami, m.in. Bardzo Dużym Teleskopem VLT. Naukowcy ustalili, że o ile znacząca proporcja rozbłysków jest osłabiona przez pył do około 60-80 procent oryginalnej intensywności, to efekt ten wzrasta dla bardzo odległych błysków, pozwalając obserwatorowi na dostrzeżenie zaledwie 30-50 procent światła [4]. Badacze wysuwają wniosek, że większość ciemnych błysków gamma to po prostu takie, u których niewielka ilość światła widzialnego została całkowicie usunięta zanim dotarło do nas.

“W porównaniu do wielu instrumentów na wielkich teleskopach, GROND jest tani i względnie prosty, a mimo to był w stanie decydująco rozwiązać zagadkę dotyczącą ciemnych błysków gamma”, mówi Greiner.

Uwagi

[1] Rozbłyski gamma trwające dłużej niż dwie sekundy określane są jako długie, a te trwające mniej jako krótkie. Długie błyski, które były obserwowane w niniejszych badaniach, są związane z wybuchami supernowych z masywnych, młodych gwiazd w galaktykach gwiazdotwórczych. Z kolei krótkie błyski nie są dobrze poznane, przypuszcza się, że następują w wyniku połączenia dwóch zwartych obiektów, takich jak gwiazdy neutronowe.

[2] Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector (GROND) został zaprojektowany i zbudowany w Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics we współpracy z Tautenburg Observatory. Instrument jest w pełni funkcjonalny od sierpnia 2007 r.

[3] Ukazały się wyniki innych badań dotyczących ciemnych błysków gamma. Na początku bieżącego roku astronomowie użyli Teleskopu Subaru do zaobserwowania pojedynczego rozbłysku gamma, z którego wysnuli hipotezę, że ciemne błyski gamma mogą być osobną podklasą, która powstaje poprzez inny mechanizm, taki jak połączenia gwiazd podwójnych.  W innym badaniu opublikowanym w ubiegłym roku, korzystający z Teleskopu Kecka naukowcy zbadali galaktyki, w których nastąpiło 14 ciemnych GRBs i bazując na uzyskanych małych redshiftach wywnioskowali, że mechanizmem odpowiedzialnym za ciemne rozbłyski może być pył. W nowej pracy, opisywanej w niniejszym tekście, zbadano 39 GRBs, w tym 20 ciemnych błysków. Jest to jedyne badanie, w którym nie przyjęto wcześniejszych założeń, a ilość pyłu została bezpośrednio zmierzona.

[4] Ponieważ poświata od bardzo odległych rozbłysków jest przesunięta ku czerwieni w wyniku rozszerzania się Wszechświata, światło, które opuściło obiekt było oryginalnie bardziej niebieskie, niż to, które obserwujemy z Ziemi. Redukcja intensywności przez pył jest większa dla światła niebieskiego i ultrafioletowego, niż dla czerwonego, co oznacza, że całkowity efekt osłabienia od pyłu jest większy dla odleglejszych rozbłysków gamma. Z tego właśnie powodu zdolność GROND do obserwowania promieniowania podczerwonego jest tak istotna.

Więcej informacji

Wyniki badań ukażą się w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics w dniu 16 grudnia 2010 r.

Skład zespołu badawczego: J. Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE], Niemcy), T. Krühler (MPE, Universe Cluster, Technische Universität München), S. Klose (Thüringer Landessternwarte, Niemcy), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), R. Filgas (MPE), D.H. Hartmann (Clemson University, USA), A. Küpcü Yoldaş¸ (University of Cambridge, Wielka Brytania), M. Nardini (MPE), F. Olivares E. (MPE), A. Rau (MPE), A. Rossi (Thüringer Landessternwarte, Germany), P. Schady (MPE) oraz A. Updike (Clemson University, USA)

ESO, Europejskie Obserwatorium Południowe, jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Należy do niego 14 krajów: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz teleskop VISTA, największy na świecie instrument do przeglądów nieba. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 42-metrowy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa w A&A
• GROND website
• Photos of the La Silla

Kontakt

Jochen Greiner
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 3847
E-mail: jcg@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych