Družica postavená slovenskými firmami zachytila najsilnejší záblesk z vesmíru

Najmenšia astrofyzikálna družica na svete GRBAlpha pozorovala dosiaľ najväčší záblesk gama žiarenia, ktorý prešiel slnečnou sústavou.

Záblesky gama žiarenia vznikajú pri zrážkach neutrónových hviezd alebo pri gravitačnom zrútení veľmi hmotných a rýchlo rotujúcich hviezd.

Družicu postavili slovenské firmy Spacemanic a Needronix. Letecká fakulta Technickej univerzity v Košiciach prevádzkuje pozemnú stanicu dôležitú pre družicu a dáta zo satelitu analyzujú aj slovenskí vedci.

GRBAlpha je cubesat, čiže miniatúrna družica s rozmermi 10 x 10 x 10 centimetrov.

Ide o vôbec prvý cubesat určený na pravidelné pozorovanie gama zábleskov.

Raz za 10-tisíc rokov

K takému silnému gama záblesku, aký zachytila družica GRBAlpha, by malo dochádzať zhruba raz za 10-tisíc rokov. „Pravdepodobne išlo o najjasnejší záblesk röntgenového a gama žiarenia, ktorý sa vyskytol od počiatku ľudskej civilizácie,“ povedal astronóm Eric Burns z Louisiana State University o záblesku, ktorý sa zachytil 9. októbra 2022.

Pozorovaný záblesk – oficiálne pomenovaný ako GRB 221009A – bol 70-krát jasnejší než akýkoľvek záblesk pozorovaný doteraz. Bol až taký silný, že zahltil detektory vesmírnych sond NASA, ktoré nedokázali odmerať jeho maximálnu jasnosť. „Astrofyzici z americkej vesmírnej agentúry sa preto obrátili na kolegov prevádzkujúcich družicu GRBAlpha s otázkou, či sa im podarilo zachytiť jasnosť záblesku v špičke,“ povedal slovenský astrofyzik Norbert Werner.

Odpoveď bola pozitívna. „V špičke sme zachytili až 22-tisíc fotónov za sekundu,“ povedal Werner o pozorovaní najsilnejšieho záblesku. Predošlé záblesky gama žiarenia, ktoré zachytil cubesat GRBAlpha, mali v priemere okolo 400 fotónov za sekundu.

Norbert Werner je jedným z iniciátorov projektu GRBAlpha a pôsobí ako vedúci výskumnej skupiny astrofyziky vysokých energií v Ústave teoretickej fyziky a astrofyziky Masarykovej univerzity v Brne.

O pozorovaní záblesku vydal minulý týždeň s kolegami článok (hlavným autorom je Jakub Řípa) v časopise Astronomy and Astrophysics. Detaily misie bližšie opisujú vedci aj v ďalšom článku, ktorý vyjde v rovnakom časopise.

Jasnosť najsilnejšieho gama záblesku v špičke zaznamenali celkovo asi tri až štyri zariadenia na celom svete vrátane ruského a čínskeho, povedal Werner.

Obrovská energia

Záblesk gama žiarenia z 9. októbra 2022 bol taký jasný, lebo „energia sa nevyžiarila do každej strany, ale iba pozdĺž úzkych lúčov pod uhlom asi 1 stupeň“, priblížil astrofyzik Norbert Werner.

Ak by sa energia z tohto gama záblesku vyžiarila do každého smeru rovnomerne, „zodpovedala by 6,5-násobku pokojovej hmotnosti Slnka premenenej na energiu podľa vzorca E=mc²“, povedal astrofyzik Werner. „Išlo o naozaj obrovskú energiu.“

Pri gama záblesku sa pozorovali aj veľmi energetické fotóny, ktoré mali niekoľko tera elektrónvoltov. „Je to niečo neuveriteľné,“ povedal Werner. „Nikto to nečakal, lebo z takej obrovskej vzdialenosti by sme takéto fotóny nemali pozorovať, lebo by sa počas cesty mali zničiť.“ Podľa Wernera môže takýto objav prispieť k zmene niektorých fyzikálnych predpokladov o fungovaní vesmíru.

Gama záblesky predstavujú najsilnejšie hviezdne explózie pozorovateľné ako výbuchy. Zdroj – NASA Video/YouTube

1,9 miliardy rokov

Astronómovia sa domnievajú, že záblesky gama žiarenia pochádzajú z rodiacej sa čiernej diery, ktorá vznikla, keď sa jadro masívnej hviezdy zrútilo pod vlastnou váhou.

Pri tom, ako čierna diera rýchlo pohlcovala okolitú hmotu, vypúšťala gejzíry obsahujúce častice, ktoré dosahovali takmer rýchlosť svetla. Tieto výtrysky vyžarovali röntgenové a gama žiarenie, píše sa v správe Masarykovej univerzity v Brne.

Gama záblesky predstavujú „najsilnejšie hviezdne explózie alebo najjasnejšie výbuchy, ktoré sú pozorovateľné ako výbuchy“, objasnil Norbert Werner.

Signál zo záblesku sa šíril približne 1,9 miliardy rokov, než dorazil na Zem. Hoci ide o obrovský čas, v prípade gama zábleskov to nie je veľa, lebo väčšina z nich má 10 miliárd rokov a viac, objasnil Norbert Werner. „Gama záblesky vznikajú, keď sa veľmi hmotná hviezda premení na čiernu dieru, a keďže najviac hviezd vo vesmíre vznikalo pred vyše desiatimi miliardami rokov, keď bol vesmír ešte mladý, išlo zároveň o obdobie, keď vznikalo aj najviac gama zábleskov.“

Keďže gama záblesky sú také jasné, vidno ich až z hranice pozorovateľného vesmíru.

Snímky zachytené počas 12 dní röntgenovým teleskopom NASA na Swiftovom observatóriu sú zobrazené rôznymi farbami a tu sa spojili dokopy. Zdroj – NASA/Swift/A. Beardmore (University of Leicester)

Neveril, že detektor zachytí záblesk

S nápadom využiť cubesaty na výskum gama zábleskov prišiel v roku 2016 Norbert Werner s kolegom Andrásom Pálom z Konkolyho observatória astronomického ústavu maďarskej akadémie vied.

„András Pál bol vedúcim grantu a bez jeho zručností s elektronikou a programovaním by sme tento detektor nepostavili,“ pochválil prínos kolegu Norbert Werner.

Keďže táto technológia sa celosvetovo skúšala vôbec po prvý raz, slovenský astrofyzik nemal veľké očakávania a dúfal, že detektor a družica budú fungovať aspoň rok.

Lenže teraz je zariadenie v prevádzke už cez dva roky a vedci dúfajú, že fungovať by mohlo ešte ďalšie dva. „Keď sa družica vypúšťala, neveril som, že uvidíme gama záblesk. Naším hlavným cieľom bolo odskúšať koncept detektora, no funguje oveľa lepšie, ako som dúfal,“ povedal Werner.

Za obdobie, čo je družica vo vesmíre, zaznamenala 47 udalostí, z toho 27 gama zábleskov (7. marca 2023 aj druhý najjasnejší gama záblesk v histórii), 12 slnečných erupcií, dva záblesky magnetarov (neutrónová hviezda s extrémne silným magnetickým poľom) a jednu erupciu röntgenovej hviezdy.

Družica pokrýva 60 % oblohy, preto bola vysoká šanca, že zachytí aj dosiaľ najsilnejší záblesk. „No ak by ho zakryla Zem, nevideli by sme ho,“ dodal Werner. Výhodou bolo aj to, že v čase záznamu záblesku družica pozorovala 24 hodín denne (pred augustom 2022 to tak nebolo).

Družica zaznamenala najsilnejší záblesk vo chvíli, keď bola nad severným pólom. „Z toho dôvodu sme z neho zachytili asi 60 až 70 % a pozadie nad severným pólom nám znemožnilo, aby sme videli všetko.“

Príkaz, aby družica pozorovala vtedy, keď pozorovala, zadala Marianna Dafčíková, slovenská študentka astronómie na Masarykovej univerzite v Brne. „Celkovo platí, že študenti sa významne podieľajú na chode družice – vysielajú na ňu príkazy, spúšťajú pozorovania, sťahujú z nej údaje a analyzujú ich,“ povedal Werner.

Plánujú konšteláciu cubesatov

Softvér družice sa postupne vylepšuje, aby poskytovala čoraz kvalitnejšie údaje. „V blízkej budúcnosti by sme chceli zlepšiť jej časové rozlíšenie,“ povedal Norbert Werner.

Nevýhodou súčasnej družice je, že nepokrýva celú oblohu a nedokáže určiť ani zdroj explózií.

Norbert Werner a jeho kolegovia by tento nedostatok chceli odstrániť vyslaním konštelácie viacerých cubesatov na nízku obežnú dráhu Zeme. „Tvorilo by ju 10 až 20 satelitov,“ povedal o plánoch do budúcna Werner.

Podľa astrofyzika cubesaty nenahradia veľké družice, no ich potenciál považuje za „obrovský“, keďže dokážu „účinne dopĺňať prácu veľkých družíc“ najmä v konšteláciách viacerých zariadení. Pritom náklady na ich vývoj a prevádzku sú rádovo nižšie.