Mrugające światła kosmosu

Wkrótce po dostrzeżeniu błysku przez polski teleskop do obserwatoriów dotarł sygnał wysłany przez satelitę SWIFT, który wykrył jednoczesny rozbłysk promieniowania gamma. Gdy SWIFT przesłał na Ziemię informację o lokalizacji błysku, natychmiast w jego kierunku ustawione zostały setki teleskopów. Godzinę później Very Large Telescope w Chile metodą wyznaczania przesunięcia widma ku czerwieni określił, że źródło błysku jest odległe o 7,5 mld lat świetlnych. Szybko gasnące źródło rozbłysku, zwanego przez naukowców GRB (Gamma Ray Burst), obserwowane było w bardzo szerokim zakresie widma. Była środa, 19 marca 2008 roku.

Udała się najpełniejsza i najdokładniejsza obserwacja GRB w historii. Podsumowanie obserwacji błysku, który astronomowie nazwali GRB080319B, przynosi dzisiejsze wydanie „Nature”. W międzynarodowym gronie autorów jest dziesięciu naukowców z Polski, członków zespołu „Pi of the Sky”.

Błyski gamma zostały odkryte w latach 60. ubiegłego wieku przez amerykańskie satelity szpiegowskie poszukujące promieniowania towarzyszącego próbom jądrowym. To krótkie, trwające od ułamka sekundy do kilkuset sekund, i bardzo intensywne wybuchy promieniowania elektromagnetycznego.

Rozbłyski promieniowania gamma to jedna z największych zagadek astrofizyki, choć od ich odkrycia minęło już ponad 40 lat. – Jest wiele modeli, które próbują wyjaśnić, jak dochodzi do wybuchów, które są źródłem rozbłysków, ale wciąż nie mamy wystarczających danych, żeby rozstrzygnąć o istocie tego zjawiska – tłumaczy dr hab. Lech Mankiewicz z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, jeden z kierujących projektem „Pi of the Sky”. – Z powodu obserwowanej intensywności GRB bardzo długo uważano, że ich źródłem są procesy zachodzące w naszej galaktyce. Dopiero po 30 latach kolejna generacja satelitów umożliwiła precyzyjne pomiary. Analiza tzw. przesunięcia ku czerwieni pokazała, że mamy do czynienia ze zjawiskami zachodzącymi bardzo daleko we wszechświecie, w odległościach liczonych w miliardach lat świetlnych.

Na razie wiadomo, że błyski można podzielić na dwa rodzaje: krótkie, o czasie trwania rzędu ułamków sekund, i dłuższe, rejestrowane przez kilka – kilkaset sekund. W nielicznych przypadkach dłuższych rozbłysków naukowcy odkryli związek między rozbłyskiem gamma a wybuchem gwiazdy supernowej. Długie błyski wiązane są z modelem tzw. kolapsu: zapadaniem się masywnej gwiazdy do gwiazdy neutronowej, a następnie do czarnej dziury.

Większość naukowców jest zdania, że przyczyną krótkich rozbłysków gamma może być zderzenie dwóch obiektów, na przykład gwiazd neutronowych. Prawdopodobnemu powstawaniu czarnej dziury i w tym przypadku towarzyszy rozbłysk gamma.

Ponieważ promieniowanie gamma pochłaniane jest w atmosferze ziemskiej, może być wykrywane jedynie przez instrumenty zainstalowane na pokładzie satelitów. Natomiast rejestrację towarzyszącego rozbłyskom gamma światła widzialnego można prowadzić za pomocą teleskopów na Ziemi.

Obecnie najważniejszym źródłem informacji o rozbłyskach gamma jest wystrzelony w roku 2004 satelita SWIFT wyposażony w specjalny detektor oraz teleskop optyczny i rentgenowski. 11 czerwca na orbitę wysłany został satelita GLAST zaprojektowany do wykrywania tego rodzaju rozbłysków.

Rozbłyski gamma to jedna z największych zagadek astrofizyki

Informacje z satelity o zarejestrowanym błysku docierają do obserwatoriów na Ziemi z kilkunasto- lub kilkudziesięciosekundowym opóźnieniem. Często trwa to dłużej niż błysk. Nawet zrobotyzowane teleskopy potrzebują kolejnych kilkudziesięciu sekund na rozpoczęcie obserwacji. Dlatego większość dotychczasowych pomiarów optycznych dotyczyła jedynie tzw. poświaty – zanikającego promieniowania pochodzącego z miejsca, w którym nastąpił wybuch. Dotychczasowe obserwacje nie pozwalały rozstrzygnąć, czy błysk optyczny był równoczesny czy opóźniony w stosunku do błysku gamma.

Ogromne teleskopy obserwujące wycinki nieba przez wiele godzin okazały się mało przydatne. Aby zwiększyć szanse na rejestrację zjawisk pojawiających się na krótko, trzeba obserwować jak największy obszar i robić zdjęcia częściej.

Taki projekt pod nazwą „Pi of the Sky” zaproponowali nieżyjący już dziś prof. Bohdan Paczyński, wybitny polski astrofizyk od lat 80. pracujący na uniwersytecie Princeton, i dr Grzegorz Pojmański z Uniwersytetu Warszawskiego.

Powstała aparatura prototypowa, dzieło polskich naukowców i inżynierów – dwa teleskopy z kamerami wyposażonymi w migawki specjalnej konstrukcji, których żywotność zapewnia co najmniej milion otwarć.

Od czterech lat teleskopy testowane są w obserwatorium Uniwersytetu Warszawskiego w Chile. Przykładem zaawansowanej mechaniki precyzyjnej jest także tzw. montaż, czyli obrotowa platforma pozwalająca na kierowanie teleskopu.

Dzięki dotacji z MNiSW zestawiana jest pełna wersja aparatury, która składać się będzie z dwóch zestawów zawierających po 12 lub 16 teleskopów przymocowanych do sześciu ruchomych platform. Zestawy mają być oddalone od siebie o ok. 100 km.

Oprócz wyrafinowanej mechaniki dziełem polskich naukowców jest oprogramowanie do sterowania kamerami i montażami oraz do analizy napływających danych. Stworzyli je młodzi naukowcy: doktoranci i studenci pracujący w zespole „Pi of the Sky”.

Rz: Jaki jest główny cel projektów takich jak „Pi of the Sky”?

Aleksander Filip Żarnecki:

Celem projektu jest poszukiwanie błysków optycznych stowarzyszonych z błyskami gamma. Do tej pory rozbłyski gamma wykrywane były przez dedykowane satelity. Początkowo nie udawało się nawet określić kierunku, z którego pochodziły. Dopiero satelity z lat 90. pozwoliły na określenie kierunku i wtedy udało się skorelować błyski gamma z promieniowaniem w zakresie optycznym. Można było stwierdzić, jak daleko od nas są źródła błysków. Odkrycie, że rozbłyski są aż tak odległe, było zaskoczeniem. Rekordowy dystans to ok. 12 mld lat świetlnych, prawie na krańcu wszechświata. Rejestrując błysk światła towarzyszący wybuchowi promieniowania gamma możemy się dowiedzieć więcej o naturze tego zjawiska. Im więcej obserwacji, tym lepiej.

Na czym polega wasze osiągnięcie obserwacji zjawiska, które trwało zaledwie niecałą minutę?

Nasze dane, a także uzyskane przez eksperyment TORTORA, porównane z obserwacjami dokonanymi przez instrumenty satelity SWIFT pozwoliły po raz pierwszy stwierdzić, że błysk optyczny nastąpił jednocześnie z błyskiem gamma. Dotychczas sądzono, że promieniowanie gamma i później obserwowana poświata optyczna powstają na różnych etapach rozwoju GRB. Nasza obserwacja taki model zanegowała. Ale ilość energii, jaka dobiega do nas w formie promieniowania świetlnego, jest większa, niż moglibyśmy prognozować na podstawie natężenia promieniowania gamma. Wniosek z tego taki, że to nie może być jeden mechanizm. Czyli zamiast odpowiedzi na pytanie, mamy kolejną zagadkę.

A co by się stało, gdyby błysk o tak wielkiej mocy nastąpił w naszej galaktyce?