Dňa 22. marca 2021 odštartovala na obežnú dráhu slovenská družica GRBAlpha zostavená medzinárodným tímom, ktorá môže vyšliapať cestu k flotile CubeSatov určených na pozorovanie zábleskov gama žiarenia. O tom, aké sú jej ciele a prečo sú gama záblesky pre vedcov dôležité, sme sa rozprávali s astrofyzikom a vedeckým koordinátorom misie Norbertom Wernerom z Masarykovej univerzity v Brne.
Čo znamená označenie GRBAlpha?
GRB je sktratkou anglického výrazu gamma-ray burst, teda záblesk gama žiarenia a Alpha označuje to, že je to prvá družica určená na pozorovanie gama zábleskov. Ide o štandardizovaný nanosatelit typu 1U CubeSat, teda kocku s rozmermi 10 × 10 × 10 cm.
Norbert Werner je astrofyzik a vedúci výskumnej skupiny astrofyziky vysokých energií na Ústave teoretickej fyziky a astrofyziky Prírodovedeckej fakulty Masarykovej univerzity v Brne. Pomocou vesmírnych ďalekohľadov študuje tie najhorúcejšie miesta a najenergetickejšie javy vo vesmíre. Podieľal sa na objavoch horúceho plynu a tmavej hmoty vo vlákne spájajúcom kopy galaxií. Venuje sa výskumu vplyvu obrích čiernych dier na vývoj galaxií a využitiu nanosatelitov v astrofyzike. V rokoch 2008 až 2016 pracoval na Stanfordovej univerzite a pomáhal s prípravou vedeckého programu japonskej družice Hitomi. Podieľal sa na publikácii vyše 130 článkov s viac ako 5 300 citáciami. Nedávno mu bola udelená prestížna cena Ignaza L. Liebena (jedna z najstarších cien udeľovaná za vedecký výskum Rakúskou akadémiou vied) za prínos k röntgenovej astronómii.
Čo sú záblesky gama žiarenia?
Záblesky gama žiarenia boli objavené koncom 60. rokov americkými vojenskými družicami Vela, ktorých cieľom bolo monitorovať dodržiavanie zákazu pokusných jadrových výbuchov vo vesmíre. Až koncom 90. rokov sa zistilo, že tieto záblesky prichádzajú z ďalekého vesmíru. Znamená to, že na ich vznik je potrebné obrovské množstvo energie.
Teraz vieme, že gama záblesky vznikajú vtedy, keď sa veľmi hmotné, rýchlo rotujúce hviezdy na konci svojho života gravitačne zrútia a premenia na neutrónovú hviezdu alebo na čiernu dieru. Vzniknú pri tom dva výtrysky alebo tzv. jety, a keď výtrysk smeruje k Zemi, tak na oblohe uvidíme jasný gama záblesk trvajúci väčšinou niekoľko desiatok sekúnd.
Potom sú krátke gama záblesky, ktoré trvajú menej ako dve sekundy. Tie vznikajú vtedy, keď sa dve neutrónové hviezdy zrazia a splynú, pričom vznikne čierna diera. Veľmi krátke gama záblesky tzv. terrestrial gamma-ray flash môžu vznikať aj pri búrkach na Zemi.
Prečo sú pre astrofyzikov dôležité?
Dôvodov je množstvo, napríklad na objasnenie pôvodu prvkov. Po veľkom tresku boli vo vesmíre len vodík a hélium. Ťažké prvky, z ktorých sme zložení, ako uhlík, kyslík, železo alebo dusík, sú produktom termonukleárnych reakcií vo hviezdach. Ukazuje sa, že práve pri zrážkach neutrónových hviezd vzniká väčšina prvkov ťažších ako železo, ako sú napríklad zlato a platina.
To sa zistilo na základe pozorovania objektu GW170817 zo 17. augusta 2017, keď sa detektorom LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) podarilo zaznamenať gravitačné vlny zo zrážky neutrónových hviezd a súčasne zachytila gama záblesk aj družica Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope). V tomto prípade sa podarilo zistiť, kde na oblohe úkaz nastal. Astronómovia tam teda mohli namieriť svoje ďalekohľady a objekt dlhodobo pozorovať. Doteraz je tento objekt jediný, pri ktorom sme pozorovali aj gravitačné vlny, aj elektromagnetické žiarenie, teda gama záblesk. Naším cieľom je, aby sme takéto pozorovania robili rutinne, a tak sa o zdrojoch gravitačných vĺn dozvedeli viac. Pri novom spôsobe pozorovania je tiež šanca objaviť niečo úplne nové. Gama obloha je premenná a okrem gama zábleskov dochádza aj k ďalším javom, ktoré produkujú prechodné javy gama žiarenia.
Ako vznikol nápad využiť CubeSaty na ich pozorovanie?
Nápad sme dostali spoločne s Andrásom Pálom z Maďarského astronomického ústavu na jar roku 2016 po havárii japonskej röntgenovej družice Hitomi, na príprave ktorej som niekoľko rokov spolupracoval.
Premýšľali sme o tom, aká prelomová veda by sa dala robiť pomocou CubeSatov, ktorých vývoj je časovo aj finančne menej náročný. Napadlo nám práve pozorovanie gama zábleskov, ktoré sú veľmi jasné a detektor na CubeSate by ich tak mal šancu detegovať.
Napriek tomu, že sa ani jeden z nás gama zábleskom primárne nevenoval, pripadalo nám to ako úžasný nápad.
Keby sme mali celú flotilu takýchto nanosatelitov rovnomerne rozloženú na obežnej dráhe, tak by nám v budúcnosti nijaký gama záblesk neušiel. Súčasťou nápadu bolo aj to, že by každý CubeSat detegoval gama záblesk s istým časovým posunom. Z týchto časových odchýlok by sme potom dokázali lokalizovať miesta, odkiaľ záblesky gama žiarenia pochádzajú, a uskutočniť ďalšie pozorovania.
Čo bolo ďalej?
Ďalšie štyri roky som pôsobil na Univerzite Loránda Eötvösa v Budapešti, kde som viedol tím astrofyziky vysokých energií, s ktorým sme sa pustili do štúdie uskutočniteľnosti takého projektu. Začali sme rozmýšľať o tom, aký detektor by sme mali na CubeSat umiestniť, aby bol čo najcitlivejší. Vtedy sme dospeli k myšlienke, že detektor by nemal byť umiestnený vnútri CubeSatu, ale na jeho povrchu.
Bolo teda potrebné urobiť tenký detektor s veľkou plochou a mohli by sme s ním pokryť aj dve strany CubeSatu. Misiu sme nazvali CAMELOT (Cubesats Applied for Measuring and Localising Transients, teda CubeSaty aplikované na meranie a lokalizáciu prechodných javov). Článok, v ktorom sme tento koncept misie predstavili, sme publikovali v roku 2018. V rovnakom čase sme vyhrali grant Maďarskej akadémie vied. Tento grant nám umožnil nielen vývoj detektora, ale aj jeho vyskúšanie na obežnej dráhe na 1U CubeSate, hoci v misii CAMELOT počítame s 3U CubeSatmi. Následne sme oslovili odborníkov, ktorí na Slovensku uskutočnili misiu skCUBE. Tí sa pre projekt nadchli, a tak sme sa pustili do misie GRBAlpha.
Kto sa podieľal na vývoji družice?
Vývoj detektora viedlo Konkolyho observatórium v Budapešti, ktoré je aj hlavným objednávateľom misie. Letecká fakulta Technickej univerzity v Košiciach zaregistrovala družicu, zabezpečila jej vypustenie, vyvinula jej pasívny stabilizačný systém a je zodpovedná za jej prevádzku. Samotnú družicu s väčšinou jej subsystémov postavili firmy Spacemanic a Needronix. Na vedeckej náplni misie sa podieľa Ústav teoretickej fyziky a astrofyziky Masarykovej univerzity v Brne, Univerzita Eötvösa Loránda v Budapešti a Hirošimská i Nagojská univerzita. Zabudnúť by sme nemali ani na Výzkumný a zkušebný letecký ústav (VZLU), ktorý nám poskytol technickú podporu, Technickú univerzitu v Brne, ktorá nám pomáha s komunikáciou s družicou a Slovenskú technickú univerzitu v Bratislave.
Za rozhovor ďakuje redakcia Quarku
Foto archív autora
