14 stycznia 2019 roku o 20:57:03 UTC kilka teleskopów wykryło wyjątkowo jasny i długi rozbłysk promieniowania gamma oznaczony jako GRB 190114C. To najbardziej energetyczny rozbłysk gamma, jaki kiedykolwiek zarejestrowano. Miał energię bilion razy większą od światła widzialnego. W ciągu zaledwie 25 sekund informacja obiega obserwatoria na całym świecie. Kolejne pół minuty później teleskopy na hiszpańskiej wyspie La Palma ustawiają się w kierunku błysku i rozpoczynają obserwacje. Tak udało się zarejestrować najbardziej energetyczny błysk gamma, jaki kiedykolwiek zmierzono. W środę naukowcy zaprezentowali szczegóły obserwacji.

Błyski gamma są najpotężniejszymi eksplozjami we Wszechświecie. Te wybuchowe zdarzenia trwają od ułamku sekundy do kilku minut i są efektem katastrofalnych zdarzeń, takich jak śmierć bardzo masywnej gwiazdy lub połączenie dwóch gwiazd zdegenerowanych (białych karłów lub gwiazd neutronowych). Emitują ogromną ilość energii w promieniach gamma, które są znacznie bardziej energetyczne niż światło widzialne, które możemy zobaczyć na własne oczy. Taki rozbłysk w ciągu kilku sekund może wyemitować więcej energii niż nasze Słońce dostarczy w ciągu całego swojego życia.

W styczniu tego roku teleskopy Swift i Fermi, a także wyspecjalizowane obserwatoria H.E.S.S. oraz MAGIC zarejestrowały wyjątkowo jasny i długi – trwający około pół godziny – rozbłysk gamma (GRB – gamma-ray burst). Rozbłysk skatalogowany przez badaczy jako GRB 190114C był rekordowy pod względem niesionej przez siebie energii. Część wykrytego promieniowania miała energię 1 teraelektronowolta (TeV). To około biliona razy więcej energii na foton niż promieniowania widzialne.

Wyniki obserwacji ukazały się w czasopiśmie „Nature”.

Teleskop Magic i błysk GRB 190114C (Gabriel Pérez Díaz, IAC)

Rekordowy rozbłysk gamma

Minęły dekady od odkrycia pierwszego rozbłysku gamma, ale niektóre z ich podstawowych cech nadal pozostają niejasne. Uczeni od dawna próbowali zaobserwować tak wysoką emisję energii z GRB, więc odkrycie to jest uważane za kamień milowy w astrofizyce wysokich energii. Może pomóc w zrozumieniu procesów fizycznych zachodzących podczas tych wydarzeń.

– Ta bardzo wysoka emisja energii była wcześniej przewidywana w badaniach teoretycznych, ale nigdy wcześniej nie była bezpośrednio obserwowana – powiedział Alexander van der Horst z George Washington University. – Po ponad 45 latach obserwacji GRB, właśnie potwierdziliśmy istnienie jeszcze jednego nieznanego składnika w ich poświatach, który dramatycznie zwiększa ogólny budżet energii rozbłysku gamma – dodała Chryssa Kouveliotou z tej samej uczelni.

Styczniowe odkrycie zapoczątkowało szeroko zakrojoną kampanię obserwacji w całym spektrum elektromagnetycznym z wykorzystaniem ponad 20 obserwatoriów i instrumentów na całym świecie. Do obserwacji zaangażowano także Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Ten wspólny wysiłek umożliwił międzynarodowemu zespołowi zebranie nowych danych na temat GRB 190114C.

Wcześniejsze obserwacje wykazały, że aby osiągnąć taką energię, materia musi być emitowana z prędkością 99,999 proc. prędkości światła. Na jej drodze stoi gaz otaczający gwiazdę i to właśnie przebicie się materii przez gaz powoduje powstanie fali uderzeniowej, która odpowiada za rozbłysk promieniowania gamma.

– Obserwacje z Hubble’a sugerują, że ten konkretny wybuch nastąpił w bardzo gęstym środowisku, w samym środku jasnej galaktyki znajdującej się w odległości 5 miliardów lat świetlnych oda nas – wyjaśnił jeden ze współautorów publikacji, Andrew Levan z Radboud University w Holandii.

Uczeni od razu zbadali też układ skąd pochodził GRB 190114C. To układ składający się z pary oddziałujących ze sobą galaktyk. Właściwości tego środowiska mogły przyczynić się do powstania tak ekstremalnego rozbłysku gamma. Rozbłysk miał miejsce w jądrze masywnej galaktyki. Środowisko to jest znacznie bardziej gęsto do tego, w którym zazwyczaj obserwuje się rozbłyski gamma. Być może właśnie to odpowiada za obserwacje wysokoenergetycznych fotonów.

Te obserwacje są istotnym krokiem naprzód w naszym zrozumieniu błysków gamma, ich bezpośredniego otoczenia i tego, jak zachowuje się materia, gdy porusza się z prędkością 99,999 proc. prędkości światła – zaznaczył główny autor publikacji, Antonio de Ugarte Postigo z Instituto de Astrofísica de Andalucía w Hiszpanii.

Błysk GRB 190114C i obserwatorium Magic (Gabriel Pérez Díaz/IAC)

Odkrycie przy udziale naukowców z Uniwersytetu Łódzkiego

Swój udział w tych badaniach mieli także Polacy. W obserwacjach wzięli udział naukowcy z Uniwersytetu Łódzkiego, którzy pracują przy projekcie MAGIC. – 14-tego stycznia 2019 nowy błysk gamma został zaobserwowany przez dwa satelity: Neil Gehrels Swift Observatory oraz Fermi Gamma-ray Space Telescope. W ciągu 22 sekund informacja o nim obiegła świat i dotarła również do Współpracy MAGIC. Teleskopy MAGIC zostały automatycznie ustawione na kierunek źródła i obserwacje rozpoczęły się zaledwie 50 sekund od pierwszego momentu zaobserwowania błysku GRB 190114C. Analiza danych zebranych w pierwszych dziesiątkach sekund pokazała emisję sięgającą energii bilion razy większych niż światło widzialne. Co więcej, w tym czasie strumień promieniowania dochodzący ze źródła ustanowił nowy rekord najjaśniejszego obiektu widzianego w tym zakresie energii.  Pomimo, że galaktyka, z której pochodzi GRB 190114C, jest oddalona od nas o około miliardy lat świetlnych, jej emisja była 100-krotnie silniejsza od najjaśniejszego stabilnego źródła w tym zakresie energii, tj. mgławicy Kraba – powiedział cytowany na stronach Uniwersytetu Łódzkiego prof. Julian Sitarek, jeden z łódzkich naukowców współpracujących przy obserwacjach rekordowego GRB.

MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) jest parą 17-metrowych teleskopów czerenkowskich umieszczonych na wyspie La Palma w Hiszpanii. Teleskopy zostały zbudowane i są użytkowane przez 280 osobową współpracę naukowców, inżynierów i techników z 12 krajów. Grupa 4 naukowców z Katedry Astrofizyki, Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej, Uniwersytetu Łódzkiego jest członkiem współpracy MAGIC od ponad 15 lat.

 

 

 

Źródło, źródło2NASAUniwersytet ŁódzkiHubble Space Telescope, Nature, MAGIC, DESY