Jak fungují záblesky gama záření – největší exploze ve vesmíru

Během několika oslnivých sekund dokáže záblesk gama záření (GRB) uvolnit více energie, než Slunce vyprodukuje za celou dobu své existence, která trvá deset miliard let. Tyto kataklyzmatické záblesky vysokoenergetického záření jsou nejmohutnějšími explozemi ve známém vesmíru – zhruba milionkrát bilionkrát jasnější než Slunce – a ve vesmíru k nim dochází téměř každý den.

Náhodný objev

Záblesky gama záření byly objeveny zcela náhodou. V roce 1967 americké satelity Vela – navržené ke sledování dodržování Smlouvy o zákazu jaderných zkoušek Sovětským svazem – zachytily záhadné záblesky gama záření, které neodpovídaly žádné signatuře jaderných zbraní. Po letech pečlivé analýzy publikovali astrofyzici Ray Klebesadel, Ian Strong a Roy Olson v roce 1973 objev, který odstartoval jeden z nejdéle trvajících detektivních příběhů moderní astronomie.

Po desetiletí nebyli vědci schopni určit, odkud GRB pocházejí nebo co je způsobuje. Průlom nastal v únoru 1997, kdy italsko-nizozemská družice BeppoSAX detekovala záblesk a poprvé zachytila jeho slábnoucí rentgenový dosvit. Tento dosvit umožnil astronomům vystopovat záblesk do vzdálené galaxie, což dokázalo, že GRB pocházejí z miliard světelných let vzdálených míst, a proto musí být nepochopitelně silné.

Dva druhy kosmického běsnění

Astronomové klasifikují záblesky gama záření do dvou širokých kategorií na základě trvání.

Dlouhotrvající záblesky trvají déle než dvě sekundy – někdy i minuty – a vznikají, když jádro masivní hvězdy, alespoň pětadvacetkrát hmotnější než Slunce, spotřebuje jaderné palivo a zhroutí se do černé díry. Novorozená černá díra vypustí dva úzké proudy částic téměř rychlostí světla, které prorazí umírající hvězdou a vyzařují do vesmíru intenzivní gama záření. Astronomové nazývají tento mechanismus kolapsarový model a téměř každý dobře prostudovaný dlouhý GRB byl spojen s galaxií s rychlou tvorbou hvězd a v mnoha případech i se supernovou.

Krátkodobé záblesky trvají méně než dvě sekundy a vznikají z velmi odlišného scénáře: srážky dvou neutronových hvězd nebo neutronové hvězdy a černé díry. Tyto ultra-husté pozůstatky se po miliony let spirálovitě přibližují, přičemž uvolňují energii jako gravitační vlny, dokud je slapové síly neroztrhají a nesplynou do jediné černé díry. Splynutí vyšle krátké, silné proudy, které produkují záblesk gama záření.

Gravitační vlny potvrzují teorii

Po léta byla teorie o splynutí neutronových hvězd jako zdroji krátkých GRB pouze teorií. Poté, 17. srpna 2017, detektory gravitačních vln LIGO a Virgo zachytily signál nazvaný GW170817: nezaměnitelné vlnění v časoprostoru od dvou srážejících se neutronových hvězd. Jen 1,7 sekundy poté detekovala družice Fermi NASA krátký záblesk gama záření ze stejné oblasti oblohy. Byl to poprvé, co byl GRB pozorován společně s gravitačními vlnami, a potvrdilo to původ splynutí nade vší pochybnost.

Stejná událost vytvořila kilonovu – radioaktivní záři z nově vytvořených těžkých prvků. Astronomové potvrdili, že splynutí neutronových hvězd vytváří velkou část zlata, platiny a dalších těžkých kovů ve vesmíru, čímž vyřešili desetiletí starou záhadu o původu těchto prvků.

Jak je vědci detekují

Zemská atmosféra blokuje gama záření, takže GRB lze detekovat pouze z vesmíru. Observatoř Swift NASA, vypuštěná v roce 2004, nese citlivý detektor gama záření a palubní rentgenové a optické teleskopy, které se automaticky natočí k novému záblesku během několika sekund a zachytí dosvit dříve, než vybledne. Vesmírný teleskop Fermi Gamma-Ray, vypuštěný v roce 2008, detekuje několik stovek záblesků ročně pomocí svého monitoru záblesků gama záření. Společně tyto mise katalogizovaly tisíce GRB a pokračují v hledání událostí, které zpochybňují stávající modely.

Mohl by GRB ohrozit Zemi?

Stručná odpověď: téměř jistě ne v dohledné době. Smrtící energie GRB je soustředěna do úzkých paprsků a v okruhu dvou set světelných let od Slunce nejsou žádné hvězdy, které by mohly jeden produkovat. V nejhorším případě by blízký záblesk namířený přímo na Zemi mohl poškodit ozonovou vrstvu a vystavit povrch škodlivému ultrafialovému záření – a někteří vědci spekulovali, že to mohlo přispět k masovým vyhynutím v hluboké minulosti Země. Ale statisticky zasáhne Zemi záblesk tak silný jako rekordní GRB 221009A pouze jednou za deset tisíc let.

Proč na nich záleží

Záblesky gama záření jsou víc než jen velkolepé světelné show. Protože jsou viditelné na obrovské vzdálenosti, slouží jako kosmické majáky, které osvětlují chemii a strukturu raného vesmíru. Odhalují, jak umírají masivní hvězdy, jak se tvoří těžké prvky a jak se samotný časoprostor ohýbá za extrémních podmínek. Každá nová detekce – zejména ty, které porušují zavedená pravidla – posouvá fyziky blíže k pochopení nejnásilnějších procesů v přírodě.