Czym tak właściwie są błyski gamma?
Błyski gamma są jednymi z najbardziej ekstremalnych zjawisk we Wszechświecie. W ciągu zaledwie kilku sekund uwalniają tyle energii, ile Słońce emituje przez całe swoje życie. Główny błysk trwa niewiele, od kilku sekund do kilku minut. Następnie obserwujemy poświatę, która może zanikać w ciągu kilku godzin, a nawet miesięcy.
Obserwujemy dwa typy błysków: (GRB) krótkie lub długie, w zależności od czasu ich trwania. Długie GRB pojawiają się w trakcie wybuchu wyjątkowo jasnych supernowych. Pomimo swojej ogromnej jasności, te pozagalaktyczne źródła są wyjątkowo trudne do wykrycia w zakresie najwyższych energii widma elektromagnetycznego ze względu na położenie w kosmologicznych odległościach oraz ich szybko gasnącą emisję.
Najjaśniejszy zaobserwowany błysk gamma
Międzynarodowa Współpraca CTAO LST (Cherenkov Telescope Array Observatory Large-Sized Telescope) opublikowała wyniki obserwacji najjaśniejszego zaobserwowanego błysku gamma (o nazwie GRB 221009A) w prestiżowym czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters".
Obserwacje zostały przeprowadzone w 2022 roku przez prototyp o nazwie LST-1 w fazie jego uruchamiania w Obserwatorium Roque de los Muchachos, na kanaryjskiej wyspie La Palma (Hiszpania) w północnej lokalizacji budowanego obecnie CTAO. Obserwacje wskazały ślad emisji promieniowania gamma, co stawia w nowym świetle zagadkową i złożoną naturę błysków gamma. Wyniki potwierdzają modele teoretyczne, zgodnie z którymi błyski gamma powstają w wielowarstwowych strugach plazmy, przyspieszających cząstki do relatywistycznych energii.
9 października 2022 roku obserwatoria kosmiczne, m.in. satelity Fermi i Swift należące do NASA, wykryły niezwykle jasny, długi błysk gamma o nazwie GRB 221009A. Błysk, uzyskał status „BOAT” (tzn. ang. “Brightest Of All Time”, czyli Najjaśniejszy wszechczasów), był tak intensywny, że wiele instrumentów obserwujących go osiągnęło kres swojej skali pomiarowej co zainicjowało jego dalsze obserwacje aparaturą rozmieszczoną na całym świecie.
Wszystko zaczyna się od błysku, czyli badanie błysku gamma za pomocą teleskopu LST
LST-1 rozpoczął obserwacje zdarzenia zaledwie 1,33 dnia po początkowej eksplozji. Obserwacje prowadzone przez LST-1, trwające ponad 20 dni, umożliwiły zespołowi LST zidentyfikowanie śladu emisji promieniowania gamma bardzo wysokich energii. Chociaż ślad ten nie osiągnął progu wymaganego do formalnego wykrycia, pozwolił zespołowi na ustalenie ścisłych ograniczeń na emisję promieniowania gamma w tym źródle. Wyniki te zostały porównane z modelami teoretycznymi strug w błyskach gamma.
Uważa się, że długie błyski gamma to superszybkie strumienie plazmy (strugi) wyrzucane z nowo-powstałej czarnej dziury. Jednak dokładny proces powstawania strugi pozostaje zagadką. Dane z LST-1 potwierdzają teorię, że struga w GRB 221009A zawierała złożoną strukturę zawierającą wąski, ultraszybki rdzeń otoczony szerszą, wolniej poruszającą się otoczką materii. Podważa to prostszą teorię jednorodnej strugi powszechnie stosowaną w dotychczasowych badaniach.
Obserwacje zostały wykonane w warunkach bardzo jasnego księżyca, co stanowi poważne wyzwanie dla teleskopów czerenkowskich typu LST ze względu na ich czułe kamery. Pełnia Księżyca w godzinach po wybuchu uniemożliwiła natychmiastowe śledzenie GRB 221009A przez LST. Rozwiązania techniczne opracowane przez Współpracę LST umożliwiły jednak, że LST-1, jako pierwszy teleskop czerenkowski, był w stanie obserwować to źródło.
Badania naukowców jeszcze bardziej szczegółowe? To możliwe, dzięki teleskopom nowej generacji CTAO
Wyniki pokazują ogromny potencjał teleskopów nowej generacji CTAO do eksploracji Wszechświata w zakresie bardzo wysokich energii, zapoczątkowując nową erę, w której naukowcy będą mogli badać wewnętrzne mechanizmy źródeł kosmicznych z niespotykaną dotąd szczegółowością.
Pod nadzorem CTAO trzy kolejne teleskopy LST są obecnie budowane przez Współpracę LST w tej samej lokalizacji. Dzięki niespotykanej dotąd czułości, jeszcze przed ukończeniem CTAO będziemy mieli możliwość badania błysków gamma i innych ekstremalnych zjawisk astronomicznych.
Czym tak właściwie jest LST?
LST to jeden z trzech typów teleskopów, których CTAO będzie używać do obserwacji szerokiego zakresu promieniowania elektromagnetycznego, od 20 GeV (gigaelektronovoltów) do 300 000 GeV.
Pomimo wysokości 45 metrów i wagi 100 ton, LST można nakierować na dowolny punkt na niebie w ciągu zaledwie 20 sekund. Zarówno ta szybka zmiana położenia, jak i niski próg energetyczny mają kluczowe znaczenie dla badań nad źródłami zmiennymi takimi jak błyski gamma.
Współpraca CTAO LST, odpowiedzialna za projektowanie i budowę tych teleskopów, czyni szybkie postępy w budowie północnego obserwatorium CTAO na hiszpańskiej wyspie La Palma. W 2018 roku zainaugurowano prototyp teleskopu LST, LST-1, który od tego czasu jest w fazie oddawania do użytku. Obecnie trwają prace nad budową kolejnych trzech teleskopów LST, których ukończenie planowane jest na wiosnę 2026 roku.
Poznaj CTAO!
CTAO będzie największym i najpotężniejszym na świecie obserwatorium astronomii promieniowania gamma. Niezrównana dokładność i szeroki zakres energii (20 - 300 000 GeV) pomogą w rozwiązaniu niektórych z najbardziej zagadkowych pytań astrofizyki, skupiając się na trzech głównych tematach: zrozumieniu pochodzenia i roli relatywistycznych cząstek kosmicznych; badaniu ekstremalnych środowisk, takich jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe; oraz eksploracji granic fizyki, poszukiwaniu ciemnej materii lub odchyleń od teorii względności Einsteina.
CTAO ERIC odpowiada za budowę i funkcjonowanie Obserwatorium. Grupa ta ściśle współpracuje z partnerami z całego świata w celu rozwoju Obserwatorium. Głównymi partnerami są współprace takie jak LST, które opracowują niezbędny sprzęt i oprogramowanie, a także Konsorcjum CTAO, międzynarodowa grupa badaczy zajmująca się naukowym wykorzystaniem Obserwatorium.
Więcej informacji:
- https://www.ctao.org/news/lst-collaboration-paper-provides-new-clues-about-gamma-ray-bur st-jets/;
- https://www.lst1.iac.es/index.html.
Teleskop LST-1
Źródło: Tomohiro Inada
Licencja: CC BY-NC-ND 2.0
Redakcja: Biuro Prasowe UŁ