Historický objev: Vědci pozorovali optický protějšek zdroje gravitačních vln

  • Poprvé v historii se podařilo zachytit gravitační vlny a také elektromagnetické záření z jejich zdroje
  • Do pozorovací kampaně se zapojily desítky dalekohledů po celém světě i kosmické dalekohledy
  • Zdrojem gravitačních vln bylo splynutí dvou neutronových hvězd v galaxii NGC 4993 ve vzdálenosti 130 milionů světelných let

Teprve před dvěma lety se zrodil zcela nový způsob výzkumu vesmíru. Po po pozemských a kosmických dalekohledech pro různé části spektra a detektorech částic mohou vědci pozorovat vesmír také prostřednictvím gravitačních vln. Ty vznikají při vzájemném pohybu těles v gravitačním poli. Zjednodušeně řečeno vlny smršťují a zase natahují samotný prostor.

V září 2015 se přístrojům LIGO v USA podařilo zachytit vůbec poprvé gravitační vlny, které vznikly splynutím dvou černých děr.

Zachycen optický protějšek

Po první detekci následovaly další. Dne 17. srpna 2017 ve 14:41:04 našeho času zachytil přístroj LIGO už pátý signál. Tentokrát ale trval déle, než v předešlých případech. Místo zlomku sekundy celých 90 sekund a byl také silnější.

Jen dvě sekundy poté, co k Zemi dorazily gravitační vlny, zaznamenaly dvě kosmické laboratoře (Fermi a INTEGRAL) krátký záblesk gama záření zhruba ve stejné oblasti oblohy.

Podle vědců bylo zdrojem gravitačních vln i gama záblesku splynutí dvou neutronových hvězd – tzv. kilonova. O existenci binárních neutronových hvězd věděli vědci už od roku 1974, kdy byla objevena první. Stačilo si jen počkat a zachytit gravitační vlny ze splynutí prvního podobného páru.

Samotné neutronové hvězdy jsou velmi extrémními objekty. Jejich velikost se pohybuje kolem 20 kilometrů ale jejich hmotnost je srovnatelná se Sluncem. Jedná se o pozůstatky po výbuchu supernovy.

Vesmír byl obohacen o těžké prvky

Následkem spojení neutronových hvězd jsou do okolního kosmického prostoru rozptýleny těžké chemické prvky jako zlato nebo platina.

Na základě dat z observatoří LIGO-Virgo byla určena přibližná poloha zdroje s názvem GW170817. Nacházet se měl na jižní obloze v rozsáhlé oblasti o ploše asi 35 čtverečních stupňů.

Poloha zdroje na jižní obloze znamenala velkou příležitost. Jen v Chile se nachází velké množství astronomických dalekohledů a to včetně Evropské jižní observatoře (ESO).

Hned první noc se dalekohledy ESO i další přístroje pustily do práce. Jako první nový objekt nalezl dalekohled Swope o velikosti 1 metru. Zdroj se nacházel poblíž čočkovité galaxie NGC 4993 v souhvězdí Hydry.

Zhruba ve stejném čase ho v infračerveném oboru pozoroval také přehlídkový dalekohled ESO/VISTA.

Jak noc postupovala po zemském povrchu na západ, zapojily se do sledování také teleskopy na Havaji: Pan-STARRS a Subaru, kterým se rovněž podařilo objekt zachytit a zdokumentovat jeho rychlý vývoj.

Největší astronomická kampaň historie

Astronomové v dalších dnech a týdnech zapojili do akce také další dalekohledy a to včetně vlajkové lodě Evropské jižní observatoře, kterou je čtveřice dalekohledů VLT. Celkem se do pozorování zapojilo na 70 dalekohledů po celém světě a také ve vesmíru. Chybět nemohl ani Hubblův kosmický dalekohled.

Jednalo se tak o jednu z největších a možná i největší astronomickou akcii v historii. Jen jeden z mnoha odborných článků má 4000 autorů z 900 institucí.

130 milionů světelných let od nás

Odhad vzdálenosti objektu, který vědci učinili na základě dat o gravitačních vlnách i dalších pozorování, ukázal, že sledovaný úkaz se skutečně odehrál v galaxii NGC 4993 ležící asi 130 milionů světelných let daleko. Jedná se tak o dosud nejbližší zdroj gravitačních vln, který se podařilo identifikovat, ale také o jeden z nejbližších zaznamenaných zdrojů záblesku gama.

Po splynutí dvou neutronových hvězd opouští místo probíhající kilonovy expandující oblak těžkých radioaktivních prvků, který se pohybuje až pětinou rychlosti světla. Během několika následujících dní se světlo kilonovy změní z modré na temně červenou, a to mnohem rychleji, než je pozorováno u jakékoliv jiné hvězdné exploze.

„Když jsem uviděl spektrum, uvědomil jsem si, že je to ten nejneobvyklejší přechodný jev, jaký jsem kdy sledoval,“ uvedl Stephen Smartt, který vedl pozorování prováděná pomocí dalekohledu ESO/NTT v rámci přehlídkového programu ePESSTO (extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects).

„Něco takového jsem ještě nespatřil. Naše data, v kombinaci s dalšími pozorováními od jiných skupin, jasně ukázala, že se nejednalo o supernovu ani proměnnou hvězdu, ale něco pozoruhodného.“

Jak se chytají gravitační vlny

Gravitační vlny zachytily dva detektory: americký LIGO (ve skutečnosti jsou dva na východním a západním konci USA) a evropský VIRGO, který se nachází v Itálii.

Detektory si můžeme představit jako dva pravoúhlé tubusy o délkách 4 km (VIRGO je o něco menší). V nich se nacházejí zrcadla. Z jednoho místa se vyšle laserový paprsek, který je zrcadlem rozdělen na dva. Každý z nich putuje do jednoho tubusu. Na jeho konci je zrcadlo, paprsek se od něj odrazí
a vrací se zpět. Oba paprsky by se měly znovu potkat a vzájemně se vyrušit. Pokud tunelem prochází gravitační vlna, prostor tunelu se smrští a zase natáhne. Dráha paprsku tak není ideální a paprsek dorazí na „setkání“ později.

Zdroj: ESO, skyandtelescope.com

Témata článku: Vesmír, USA, Země, Výzkum, Astronomie, Fyzika, Dalekohledy, Černé díry, VLT, Liga, Odraz, Velká příležitost, Zlato, Galaxie, Laserový paprsek, Hydra, Itálie, Vlna, Gravitační pole, Následující den, Elektromagnetické záření, Havaj, Vlajková loď, Binární, Dalekohled