Redakcja: Czym są rozbłyski gamma?

Dr hab. Agnieszka Pollo: Rozbłyski gamma to impulsy promieniowania gamma, które przybywają do nas z odległego wszechświata i są odbierane średnio nieco ponad jeden raz dziennie. Od momentu odkrycia w latach 60. rozbłyski gamma przez długi czas były uznawane za zjawiska dość tajemnicze. Toczyły się dyskusje, czy pochodzą one gdzieś z naszego bliskiego otoczenia, np. Układu Słonecznego lub naszej galaktyki, czy może jakichś dalszych rejonów wszechświata. Wielkim promotorem teorii, że wywodzą się z bardzo odległego wszechświata był znany polski astrofizyk prof. Bohdan Paczyński. Problem z tą teorią polegał jednak na tym, że jej słuszność oznaczałaby, iż rozbłyski gamma wynikają ze zdarzeń, przy których wydzielana jest ogromna energia. Pod koniec lat 90. rzeczywiście zaobserwowano pierwszy rozbłysk w promieniowaniu innym niż gamma, który pozwolił powiązać te rozbłyski z konkretnymi galaktykami. Okazało się, że faktycznie wywodzą się one z tych bardzo odległych miejsc, co oznacza, że wybuchy, które je tworzą są niezwykle potężne. Mówi się nawet, że są to najpotężniejsze wybuchy we wszechświecie od czasu Wielkiego Wybuchu.

Tu oczywiście rodzi się wielkie pytanie, skąd takie wybuchy się biorą? Jakie mogą być mechanizmy powstawania tak potężnych eksplozji? Przez lata powstawało wiele teorii, z czego za najbardziej prawdopodobne uważamy w tej chwili dwie. Obie równorzędne, ponieważ łączymy je z różnymi typami rozbłysków gamma, występującymi w różnych podtypach i wariacjach. Jeden typ wiążemy ze zdarzeniami, w których dochodzi do zderzenia dwóch tzw. obiektów zwartych, czyli np. dwóch gwiazd neutronowych. Drugi typ to zaś wybuchy kończące życie najbardziej masywnych gwiazd, czyli hipernowe, supermasywne gwiazdy, które bardzo szybko ewoluują i kończą życie w postaci eksplozji wyrzucającej część materii w kosmos, gdzie reszta materii zapada się tworząc czarną dziurę. Te obiekty są bardzo istotne i ciekawe, ponieważ wydaje się, iż tego rodzaju duże, masywne gwiazdy, które ewoluowały nawet szybciej niż dzisiejsze masywne gwiazdy, istniały we wczesnym wszechświecie. Nie jest więc wykluczone, że niektóre z odbieranych przez nas rozbłysków gamma powstały w epoce wszechświata tak wczesnej, że nie jesteśmy nawet w stanie rejestrować światła galaktyk z niej pochodzącego.

W związku z tym rozbłyski gamma są nadal zagadką, którą próbujemy zrozumieć i z wielu powodów rozwikłać. Po pierwsze chcemy się dowiedzieć, jakie dokładnie są to mechanizmy i co dzieje się w samym centrum takiego wybuchu, że prowadzi on do emisji tak ogromnych energii w postaci promieniowania gamma. Druga kwestia, bardziej praktyczna, polega na tym, że skoro już wydaje nam się, że rozumiemy, czym te rozbłyski gamma są, to chcemy też wiedzieć, w jaki sposób można je wykorzystać do pogłębienia naszej wiedzy o tym, jak wszechświat ewoluował, zmieniał się i co w nim się działo.

Kto odpowiada za eksperyment POLAR-2 i na czym on będzie polegał?

Jak wiemy z codziennego życia, promieniowanie gamma jest dla ludzi raczej niebezpieczne i nie chcielibyśmy, żeby docierało ono do nas z kosmosu na co dzień.  W tej chwili nie dociera, ponieważ na Ziemi chroni nas przed nim atmosfera. Dlatego też wszystkie eksperymenty, które badają promieniowanie gamma z kosmosu to eksperymenty satelitarne, umieszczone na orbicie ziemskiej. Satelitów obserwujących rozbłyski gamma znajduje się w tej chwili na orbicie Ziemi kilka. Próbują one przede wszystkim badać natężenie promieni gamma oraz dostarczać możliwie dokładne informacje, które następnie pozwalają szukać miejsc, z których rozbłyski gamma pochodzą.

Jeden z problemów z badaniem rozbłysków gamma jest taki, że na podstawie samego promieniowania gamma bardzo trudno jest je zlokalizować na niebie. Zazwyczaj możemy określić pewien dość duży obszar, z którego się wywodzą, ale wybranie konkretnej galaktyki, z jakiej promieniowanie przyszło jest już znacznie trudniejsze. W związku z tym istnieją projekty i eksperymenty, które obserwują oraz łapią promienie gamma. Oprócz natężenia promieniowania istnieje poza tym jeszcze jedna cecha, która może nam coś powiedzieć o własnościach tego, co dzieje się u źródła eksplozji. Jest nią polaryzacja, czyli takie uporządkowanie światła, które mierzy się trochę innymi metodami i w sposób nieco trudniejszy niż samo natężenie światła.

Projektów, które zmierzałyby do tego rodzaju pomiaru nie powstało jak dotąd wiele. Jednym z pierwszych i najbardziej dotychczas udanych był eksperyment POLAR. Polaryzacja promieni gamma jest w tym przypadku ważna, ponieważ to uporządkowanie światła może nam coś powiedzieć o mechanizmach powstawania samych promieni gamma. W szczególności o tym, czy zderzające się gwiazdy neutronowe lub wybuchająca hipernowa musi być wyposażona w pole magnetyczne i czy odgrywa ono jakąś rolę? Jest to niezwykle istotne pytanie, którego wciąż nie udało się do końca rozpracować.

Z technicznego punktu widzenia POLAR był stosunkowo niedużym szwajcarsko-chińsko-polskim projektem, wyniesionym na orbitę na pokładzie chińskiej stacji kosmicznej w roku 2016. W czasie pół roku swojego działania zaobserwował on 55 rozbłysków gamma, które następnie starannie analizowano i na podstawie pięciu najlepszych pomiarów powstała publikacja, którą w tym roku opublikowało prestiżowe pismo „Nature Astronomy”. Jak to często w takich przypadkach bywa okazało się jednak, że rzeczywistość jest bardziej skomplikowana, niż byśmy się spodziewali. Sygnał polaryzacji, czyli uporządkowanie światła rzeczywiście bowiem zmierzono, ale okazało się też, że właściwie dla każdego ze zmierzonych rozbłysków wygląda to trochę inaczej, a ponadto sygnał polaryzacji najwyraźniej zmienia się z czasem, co też oznacza, że w sercu wybuchu dzieją się jakieś bardziej skomplikowane rzeczy, niż zdawało nam się wcześniej.

Jakiś czas później zaplanowano wyniesienie na orbitę kolejnej chińskiej stacji kosmicznej, która miałaby się tam znaleźć w 2024 r. Do ogłoszonego przez Chiny we współpracy z narodami zjednoczonymi międzynarodowego konkursu na eksperymenty, które polecą na tejże stacji zgłoszono wiele projektów, spośród których następnie wybrano 9. Na szczycie listy znalazł się właśnie POLAR-2, trochę większy już eksperyment, będący w stanie mierzyć nawet znacznie słabsze rozbłyski. Mamy więc nadzieję, że uda nam się ten projekt przeprowadzić i że za kilka lat powie nam on więcej o tym, co tak naprawdę w sercu rozbłysków gamma się dzieje.

Oglądaj całość