Monstrózní gama záblesk v blízkém vesmíru  
V dubnu 2013 rozzářil oblohu v oblasti vysokých energií blízký gama záblesk GRB 130427A, jehož fotony dosáhly rekordních 95 GeV. Něco takového jsme ještě neviděli.


 

Zvětšit obrázek
Gama záblesk GRB 130427A pohledem observatoře Fermi. Kredit: NASA/ DOE/ Fermi LAT Collaboration.


Od doby, co jsme začali intenzivně pozorovat vesmír z oběžné dráhy, staly se pro nás gama záblesky docela všední záležitostí. Výkonným lovcem gama záblesků je robotická observatoř Swift, celým jménem Swift Gamma-Ray Burst Mission, která pod taktovkou Goddardova kosmického střediska NASA vyhledává ve vesmíru gama záblesky a pozoruje i jejich dosvit (afterglow) na vlnových délkách gama, rentgenového, ultrafialového a viditelného záření. Je docela roztomilé, že „Swift“ není akronym z výrazů souvisejících s programem, ani nejde o věhlasného astrofyzika. Ve skutečnosti je to přezdívka „rorýs“, odkazující na mrštné pohyby observatoře, které jsou při dramatickém lovu gama záblesků nezbytné. Loví je jako rorýs mouchy. Od svého vypuštění v roce 2004 jich observatoř dostala více než 800 a je to od pohledu poměrně pestrá sebranka. Občas se ale objeví gama záblesk, který se vymyká naší dosavadní zkušenosti.

 

Zvětšit obrázek
Daniele Malesani. Kredit: Copenhagen University.


Krásným příkladem je nedávný, vpravdě monstrózní gama záblesk, který šokoval i otrlé astrofyziky. Observatoř Swift a prakticky zároveň s ní i gamaobservatoř Fermi zachytily v dubnu 2013 rekordní gama záblesk, označený posléze jako GRB 130427A. Zaznamenané gama záření záblesku dosáhlo u fotonů energie až 95 GeV, což je nejvíce co jsme kdy viděli. Vesmírné observatoře daly hned po zachycení gama záblesku vědět pozemním observatořím programu RAPTOR (RAPid Telescopes for Optical Response). Jeho součástí jsou i teleskopy Los Alamos National Laboratory v Novém Mexiku, s nimiž vědci pozorovali viditelný záblesk odpovídající hvězdě 7. magnitudy. Shodou okolností to byl druhý nejjasnější záblesk v oblasti viditelného záření, se kterým jsme se setkali při gama záblesku.

 

Zvětšit obrázek
Jak vzniká běžný gama záblesk. Kredit: NASAs Goddard Space Flight Center.


Pokud jde o délku záblesku, tak GRB 130427A je dlouhým gama zábleskem (protože trval déle než 2 sekundy) a patří dokonce k těm nejdelším gama zábleskům, o nichž víme. Odehrál se ve vzdálenosti 3,6 miliardy světelných let, což z něj poněkud ironicky dělá jednoho z nejbližších gama záblesků, a trval 20 hodin. Držitelem absolutního rekordu je záblesk, či spíše jev GRB 110328A, o němž jsme psali před časem na OSLU. Ten v roce 2011 zářil celé měsíce, v jeho případě šlo ale nejspíš o něco jiného, než u ostatních dlouhých gama záblesků. Je stále záhadou, ale pravděpodobně jsme tehdy byli svědky sežrání bílého trpaslíka supermasivní černou dírou.


 

Zvětšit obrázek
Záblesk GRB 130427A, 27. dubna 2013. Kredit: NASA/ Swift/ Stefan Immler

V početném týmu šťastných objevitelů záblesku GRB 130427A byl i Daniele Malesani z Centra temné kosmologie na Kodaňské univerzitě. Po analýze několik měsíců trvajícího dosvitu záblesku dospěl s kolegy k závěru, že se před našima očima odehrál dramatický zánik obří hvězdy. Tato hvězda podle všeho velmi rychle rotovala, její hmotnost odpovídala 20 až 30 Sluncím, ale svými rozměry by se vešla do pouhých 3 až 4 Sluncí. Nejspíš šlo o velice hustou hvězdu, přinejmenším ve fyzikálním smyslu slova. Malesani tipuje, že to bývala zuřivá Wolf‑Rayetova hvězda.

 

 

Zvětšit obrázek
Ústav fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity. Kredit: UF FPF SU.

Online publikace rekordního gama záblesku v časopisu Science přišla vhod a objevila se den před zahájením konference Prague Synergy 2013. Pod vedením týmu Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě se zde propírají horká astrofyzikální témata.

 

 

 


Literatura

NASA News 21. 11. 2013, Niels Bohr Institute News 21. 11. 2013, Science online 21. 11. 2013, Wikipedia (Gamma-ray burst, Swift Gamma-Ray Burst Mission, GRB 130427A).

Datum: 26.11.2013 10:05
Tisk článku

Záblesk v temnotě - Dawkins Richard
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 421 Kč
cena: 354 Kč
Záblesk v temnotě
Dawkins Richard
Související články:

Jak udělat kvantový hologram černé díry z grafenové vločky?     Autor: Stanislav Mihulka (26.07.2018)
Temné gama záblesky z lůna kosmického prachu     Autor: Stanislav Mihulka (13.06.2014)



Diskuze:

Josef Jindra,2013-11-27 11:32:13

V okoli hmotneho objektu existuje zakriveni prostoru, to co se Vam jevi jako primka je ve skutecnosti svetocara, tedy krivka po ktere se pohybuje prave svetlo. Tedy to co vypada jako tri body v zakrytu na primce ( pozorovatel, foton, cerna dira ) jsou ve skutecnosti tri body na svetocare. Viz. obrazek treba tady : http://www.livingfuture.cz/clanek.php?articleID=10252

Odpovědět


Marek Šarmír,2013-11-27 12:30:00

To čo je na obrázku mi je jasné a vedel som to aj ked som položil otázku. Skôr by zaujímal ten samotný efekt, pretože výsledná gravitačná sila čiernej diery pôsobí presne proti smeru pohybu fotónu a teda aký bude mať taká svetočiara tvar? Pri gravitačnej šošovke sa svetlo ohne a vytvorí krivku v tvare bumerangu, vtedy však pôsobí gravitačná sila na svetlo pod určitým uhlom a nie priamo proti nemu.

Odpovědět


Josef Jindra,2013-11-28 09:15:06

Aha, uz chapu kde je zakopanej pes, kdyz se podivate na ten slavny obrazek a tu nakreslenou sit kolem hmotneho bodu tak to neni prubeh intenzity gravitacniho pole, i kdyz znazorneni grav. pole by melo stejny nebo velmi podobny prubeh. V tomto pripade je to znazorneni deformace vlastniho prostoru kolem hmotneho bodu - a protoze lze obtizne nakreslit tvar trirozmerneho prostoru na dvourozmerny papir je pro nazornost pouzit dvourozmerny prostor (plocha) a treti osa je pouzita pro znazorneni jeho deformace. V realu je prostor trojrozmerny a musela by se pouzit ctvrta fiktivni osa, coz se blbe kresli. Proto mate pocit ze v realnem prostoru se od stradu cerne diry to svetlo pohybuje po primce, ono se ale pohybuje po svetocare, coz je prave v tom obrazku ta sit, kdyz si to do toho nakreslite tak uvidite ze se i od stredu k okraji bude pohybovat po krivce te site.

Odpovědět

Rychlost a barva svetla u cerne diry

Josef Jindra,2013-11-27 10:40:05

Zdravim, na Vasi otazku : velmi zjednodusene je to asi takhle : rychlost svetla je vzdy pro dane prostredi konstantni a je to maximalni mozna rychlost - pro vakuum je to znama rychlost svetla ve vakuu, v gravitacnim poli bude jeho rychlost ciselne zaviset na tom jestli pouzijeme system souradnic pozorovatele nebo fotonu, pro vnejsiho pozorovatele se to bude jevit jako rudy posuv daneho fotonu a pro foton vznikly limitne na horizontu udalosti se to bude jevit jako jeho zanik ( vychladnuti ). Nicmene nejedna se o nejakou ztratu energie, je to dano tim ze foton se v gravitacnim poli pohybuje po zakrivene care ktera je delsi nez primka spojujici dva body, pro foton pod horozontem tato cara konci ve stredu cerne diry, to je duvod proc se nic nemuze dostat ven. Technicky se to pocita pres dilataci casu v gravitacnim poli, coz je jiny pohled na zakriveni prostoru tamtez.

Odpovědět


Marek Šarmír,2013-11-27 11:15:02

Dobrý, vdaka za další pohlad. Ak som to správne pochopil, tak podla toho čo ste napísali, ak sa v gravitačnom poli napr. v blízkosti horizontu udalostí vyžiari fotón s určitovu energiou, napr. 10 GeV, tak pri prechode gravitačným polom z tejto energie nič nestratí a zväčšenie vlnovej dĺžky vysvetluje to, že sa nebude pohybovať po priamke, ale po zakrivenej svetočiare. Pri gravitačnej šošovke si to viem predstaviť, ohnuté svetlo vzdialenej hviezdy alebo galaxie vytvorí dráhu dlhšiu ako priamka medzi pozorovatelom a daným objektom, ale v prípade priamky spájajúcej pozorovatela, smer letu fotónu a stred homogénnej čiernej diery si to neviem predstaviť. Tam by skôr prišlo logické vysvetlenie pána Kociána, že fotón stratí časť svojej energie, čím sa zväčší vlnová dĺžka pričom rýchlosť zostane konštantná. Vedeli by ste mi to nejak bližšie vysvetliť, teda myslím ten zakrivený pohyb fotónu, ktorý bol vyžiarený v smere priamky medzi pozorovatelom a stredom čiernej diery?

Odpovědět

Vdaka za odpovede

Marek Šarmír,2013-11-26 21:50:07

S tými teleskopmi som si myslel, že to bude tak nejak, ale nenapadlo ma v tej chvíly, že sa dá pozorovať záblesk pulzaru, myslel som na pozorovanie nejakej konštantne žiariacej hviezdy prípadne plynu rotujúceho okolo čiernej hviezdy. Čiže za takúto primitívnu nevedomosť sa hanbím.

Odpovědět

Off topic II

Frantisek Kroupa,2013-11-26 19:48:15

Pokouším si představit, jak asi vypadá řádně otrlý astrofyzik v postšokovém stavu z enormního gama záblesku a nějak mi to nejde ;-).

Odpovědět

Off topic

Marek Šarmír,2013-11-26 18:22:33

Mal by som otázku, ktorá síce nesúvisí s témou článku, ale odpoveď na ňu by možno zaujímala viac ludí. Zoberme si nasledovnú situáciu. Máme čiernu dieru o určitej hmotnosti, čím je hmotnejšia, tým lepšie pre výsledný efekt. Spoza horizontu udalostí tejto čiernej diery vdaka gravitácii neunikne nič, ani svetlo. Táto čierna diera zároveň pôsobí aj na svetlo letiace popri nej a vytvára gravitačnú šošovku pre pozorovatela v určitej vzdialenosti. Pridajme teraz na vonkajšiu stranu horizontu udalostí nejakú časticu, ktorá tesne predtým ako spadne do vnútra čiernej diery vyšle jeden fotón o určitej frekvencii. Stred čiernej diery, smer letu fotónu a vzdialený pozorovatel sú na jednej priamke a gravitačná sila teda pôsobí presne proti smeru letu fotónu. Tolko k popisu modelovej situácie.

Moja otázka znie: Bude ovplyvnená rýchlosť daného fotónu, t.j. spôsobí gravitácia, ktorá bude mať na úrovni kúsok za horizontom udalostí takmer rovnakú velkosť ako v jeho vnútri, že daný fotón poletí rýchlosťou menšou ako je rýchlosť svetla vo vákuu cca 300 000 km/s, kedže kúsok odtial spod horizontu udalostí už svetlo uniknúť nemôže?

Ešte podotázka: Robili sa nejaké merania rýchlosti svetla aj tak, že sa nejakým spôsobom merala rýchlosť svetla prichádzajúceho od objektov s velkou gravitačnou silou? Pýtam sa preto, že s energie žiarenia to zistiť asi nejde, nakolko jej velkosť závisí od frekvencie, respektíve E= h.f a nie od rýchlosti daného žiarenia. Pokusy pre určenie rýchlosti svetla boli vykonané na Zemi, t.j. v slabom gravitačnom poli.

Odpovědět


Vojtěch Kocián,2013-11-26 19:18:03

Ačkoliv nejsem odborník, zkusím si procvičit svou argumentační dovednost. Pak mě případně rozcupujte :-)

Podle prozatím platných teorií by měl mít takový foton stejnou rychlost jako jakýkoliv jiný. Jen ztratí většinu energie na překonání gravitačního působení černé díry, což se projeví jeho posunem k delším vlnovým délkám.

Lidé se často navážejí do Einsteinovy teorie relativity, ale rychlost světla dle jeho původu s ní nemá moc společného. Foton je (z jednoho úhlu pohledu) elektromagnetický vzruch, který musí respektovat Maxwellovy zákony (pokud je tedy považujeme za platné). To znamená, že ve stejném prostředí se musí pohybovat jakýkoliv foton stejně rychle nezávisle na jeho původu. Je to podobné jako u šíření zvuku. Je jedno, že zvuk vznikl třeba v akváriu, odkud se chvíli šířil ve vodě, potom sklem a nakonec vzduchem, nebo vznikl ve vzduchu a šířil se se přímo k pozorovateli. Obě zvukové vlny, ač se cestou od zdroje pohybovaly různou rychlostí, jsou v místě pozorovatele stejně rychlé.

Pokus s měřením rychlosti světla pocházejícího od velmi hmotných a zároveň malých objektů není velký problém uskutečnit. Stačí dva teleskopy na různých místech zaměřit na jeden pulsar. Vzhledem k tomu, že takovéto kosmické hodiny existují a jsou často pozorovány, si odvažuji tvrdit, že by se na nějaké výraznější nepřesnosti v měření rychlosti světla přišlo už dávno.

Odpovědět


Vdaka za reakciu

Marek Šarmír,2013-11-26 19:48:16

Ak by niekto ešte vedel niečo doplniť bolo by to super.

Odpovědět


Ešte dotaz k tým teleskopom

Marek Šarmír,2013-11-26 19:56:07

Nie som si istý akým spôsobom taký pokus pomocou tých 2 teleskopou prebehne. Môžete mi to, prosím, vysvetliť? Vďaka vopred.

Odpovědět


Ešte jednu vec

Marek Šarmír,2013-11-26 20:20:17

Ešte ma napadla jedna otázka ako reakcia na príspevok pána Kociána. Ak fotón stratí pri prechode gravitačným polom časť svojej energie, predpokladám že daná energia neurobí čelom vzad ale bud ju odoberú hypotetické gravitóny a nasmerujú ju do čiernej diery, čo by mohlo vysvetliť aj horizont udalostí, na ktorom by bola hustota gravitónov už taká velká, že by neprepustili ani kvantum energie alebo potom by mal nastať postupný rozptyl energie fotónu, kde časť energie by smerovala rovno vpred a zvyšok by sa vplyvom gravitačného pola rozptyloval do strán vzhladom na pohyb fotónu, čiže by to bolo niečo ako magnetické siločiary, ktorú by síce vychádzali z fotónu ale už by doň späť nevstupovali. Je to myslené samozrejme obrazne, neviem to momentálne lepšie popísať. Ako sa vlastne vysvetluje daný jav?

Odpovědět


2 teleskopy

Vojtěch Kocián,2013-11-26 21:03:33

No... Jeden bude k pulsaru blíž a druhý dál. Stačí pár metrů, ale není problém zařídit pár tisíc kilometrů. Oba musí mít synchronizované hodiny a z rozdílu časů, kdy zaznamenali záblesky, se rychlost fotonů spočte snadno.

A gravitony do toho plést nemusíte. Pro základní (možná nepřesnou newtonovskou) představu by mělo stačit to, že foton letící směrem od černé díry ji svým (nepatrným) gravitačním působením popotáhne za sebou, čímž ji předá tu část energie, o kterou přišel.

Odpovědět


To: Vojtech Kocian

Jiri Bay,2013-11-27 06:35:56

"To znamená, že ve stejném prostředí se musí pohybovat jakýkoliv foton stejně rychle nezávisle na jeho původu."

Řekl bych, že uvedený předpoklad platí pouze pro vakuum. V reálném prostředí se fotony o různé frekvenci mohou pohybovat různými rychlostmi. Příkladem budiž barevná vada u skleněných čoček, způsobená různým indexem lomu (rychlostí šíření) pro různé barvy světla.

Odpovědět


Teleso vs. fotón v gravitačnom poli

Marek Šarmír,2013-11-27 09:58:20

Nechcem byť otravný, ale ešte by som mal jednu otázku. Aké je vysvetlenie pre situáciu, že pokial dodáme telesu počiatočnú energiu pre pohyb v určitom gravitačnom poli bude toto teleso postupne svoju rýchlosť znižovať, ale fotón s určitou energiou nie? Podla teórie relativity má fotón určitú relativistickú hmotnosť ak je v pohybe a ked si to vysvetlím tak, že odovzdá časť svojej energie telesu, ktoré naň pôsobí gravitáciou a zväčší svoju vlnovú dĺžku, ale nezmenší rýchlosť, prečo to tak nie je aj u telies? Prečo tiež nevydajú len časť svojej energie, ale zároveň si udržia konštantnú rýchlosť? Možno sa pýtam blbosť, ale keby mi to niekto vysvetlil bol by som rád, že sa niečo nové naučím.

Odpovědět


Těleso vs. foton v gravitačním poli

Martin Ondracek,2013-11-28 09:41:23

K poslední otázce M. Šamíra: Nejsem sice zběhlý v obecné relativitě, ale tohle lze myslím pochopit i pomocí představy převzaté ze speciální relativity. Rozdíl mezi chováním fotonu a tělesa s nenulovou klidovou hmotností je dán tím, že těleso se pohybuje podstvětelnou rychlostí, a obvykle výrazně podsvětelnou. Kdybyste si představil těleso, které se pohybuje téměř rychlosti světla, tak při úniku z gravitačního pole bude pořád ztrácet energii, ale bude to mít jen nepatrný vliv na jeho rychlost. Podobně, jako když naopak dodávám energii např. částici v urychlovači, která už se pohybuje skoro rychlostí světla, tak rychlost té částice už poroste jen malinko. Mezi fotonem a tělesem, které letí skoro rychlosti světla, tedy nebude zas tak velký rozdíl.

Odpovědět


Marek Šarmír,2013-11-28 12:15:46

Vdaka za reakciu. Takto, aby som to uviedol na pravú mieru, nenapísal som to totižto úplne presne. Podla TR má pohybujúci sa fotón určitú relatívnu hmotnosť. Čiže by, aspon ja si to tak myslím, preň mali platiť zákony ako pre hmotné telesá. Lenže zatialčo fotón v gravitačnom poli svoju rýchlosť nezmenší, akurát príde o časť svojej energie a zväčší sa tak jeho vlnová dĺžka u telesa sa zmenší jeho energia a zároveň aj rýchlosť, prípadne začne dané teleso padať volným pádom. Mňa zaujíma prečo konkrétne sa toto deje. Prídam aj svoj názor, podotýkam nie som fyzik, len ma táto oblasť baví.

Takže ked si zoberieme fotón, jeho celková energia je zložená z určitých kvánt. Ked tento fotón prechádza gravitačným polom pôsobia naň nejaké častice tohoto pola (gravitóny?) v smere ku telesu, ktoré danú gravitáciu vyvolalo. Toto pole má určitú hustotu, čím bližšie k telesu tým väčšiu. Odoberanie energie fotónu si predstavujem tak, že častice daného gravitačného pola interagujú s určitým počtom kvánt energie (ich počet je v závislosti od hustoty gravitačného pola) a tieto kvantá danému fotónu odoberú čím zmenšia jeho energiu a zväčšia vlnovú dĺžku. Ostatné kvantá daného fotónu, ktoré s polom neiteragovali však letia dalej nezmenenou rýchlosť a preto je rýchlosť svetla konštantná. Na horizonte udalostí je už taká hustota gravitačného pola, že neprepustí ani kvantum energie.

U častíc telesa je však situácia iná, v časticiach je vysoká hustota energie a preto ak na ne pôsobia častice gravitačného pola, ovplyvňujú tým celú častice a bud jej energiu dodávajú (samozrejme v smere ku gravitačne pôsobiacemu telesu) alebo mu ju odoberajú, čím vlastne spôsobujú spomalovanie častice v gravitačnom poli. Neviem však, ktorá z tých dvoch možností (dodávanie aleb odoberanie enegie) platí, respektíve či to vôbec je tak ako si myslím.

Keby mi to niekto ozrejmil bližšie, prípadne celé to čo som napísal vyvrátil, bolo by to super.

Odpovědět


xxx

Roman Gramblička,2013-11-28 12:55:12

Možná, že háček bude v rozdílu mezi klidovou hmotností a tou relativistickou. Potíž je v tom, že pro různé vlastnosti mikrosvěta se používají slova označující vlastnosti, které důvěrně známe, což nás může mást. Klidová hmotnost je taková, že zakazuje tělěsu dosáhnout "c", relat. hmotnost je vlastnost umožňující energii pohybovat se rychlostí "c", aniž by musela mít přímy vztah ke klidové hmotnosti.

Možná je to jako se spinem. taky se obrazně popisuje jako rotace, ale ve skutečnosti nik pořádně neví, co to je, pač nám chybí přímá zkušenost

Odpovědět


Marek Šarmír,2013-11-28 14:55:42

Máte pravdu, napríklad kludová hmotnosť fotónu je nulová, ale fotón v klude zase nemôže existovať čo je tiež zaujímavé, pretože ak je fotón zložený z kvánt energie tieto musia mať nejakú hmotnosť, čo usudzujem z toho, že ak anihilujú napr. elektrón s pozitrónom môžu sa premeniť (aj) na dva, prípadne tri fotóny. Čiže energia tých fotónov bola predtým časticami, ktoré mali určitú hmotnosť a po premene na fotón ju nemohli stratiť, respektíve aby som sa presne vyjadril jeden druh energie (častice) sa rozpadol/premenil na iný druh energie fotón.

To, že fotón nemôže existovať v pokoji by mohlo vysvetlovať aj spin tým, že by reprezentoval premiešavanie kvánt energie v časticiach, niečo ako hmýrenie mravcov v mravenisku, kde sa jednotlivé kvantá energie medzi sebou miešajú podla určitého mechanizmu, čiže kvantá sú stále v pohybe, fotón, ktorý častica pohltila (a kvantá energie, s ktorých sa častica skladá) nikdy nezanikne a pri určitých definovaných množstvách energie, respektíve pri interakcii medzi časticami dochádza k vyžiareniu energie prostredníctvom fotónov (preskok elektrónu medzi hladinami v atóme, atd.)čo by mohlo vysvetliť aj to, prečo je rýchlosť svetla vždy pri vyžiarení rovnaká tým, že fotón, ktorý pohltila častica plus samotná energia častice je stále v pohybe rýchlosťou rovnajúcou sa c vo vákuu. Opäť však musím poznamenať, že je to len moja predstava, čiže môže a asi to aj bude, blbosť.

Odpovědět

Vysvětlení nepřesnosti

Vladimír Wagner,2013-11-26 11:20:11

Energie tohoto záblesku opravdu nebyla 95 GeV, ta bývá u záblesku větší než 10^40 J, to je 10^50 GeV. I celková energie gamma záření zachycená detektorem sondy Swift byla mnohem větší než 95 GeV. To co bylo řečeno v původních zdrojích, je, že v tomto případě bylo zachyceno záření gama, jehož fotony měly extrémně vysoké energie a některé z nich měly energii až 95 GeV.

Odpovědět


Odkud se berou?

Lubomír Denk,2013-11-26 15:17:57

Existuje vysvětlení jakým mechanismem vzikají tak energetické gamma záření?

Odpovědět


vypadlo slovo elektron

Admin stránky,2013-11-26 18:25:14

V článku opraveno, vypadlé slovo foton bylo do věty doplněno. Děkujeme za upozornění.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace