Aktuality, Příběhy inovací  /  12. 8. 2020

Dalekohledy FRAM hledají zdroje gravitačních vln

Gravitační vlny vznikají při pohybu urychlovaných těles, tedy i při chůzi, když jedete autem, nebo když Země obíhá kolem Slunce. Astronomové používají detekované gravitační vlny ke studiu jejich zdrojů. Za vznikem většiny zachycených gravitačních vln byla pravděpodobně srážka černých děr nebo neutronových hvězd. Výsledky hledání zdrojů gravitačních vln v rámci projektu GRANDMA, ve kterém působí i Fyzikální ústav Akademie věd, nyní publikuje prestižní astronomický časopis Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Dalekohledy FRAM. Zdroj: Fyzikální ústav AV ČR

„Dva české robotické dalekohledy FRAM, které jsou umístěny v Argentině a na Kanárských ostrovech, se připojily v září 2019 ke sdružení dvaceti observatoří z dvanácti zemí a ihned začaly důkladně snímat přidělené části hvězdné oblohy,“ vysvětluje Sergey Karpov zapojení Fyzikálního ústavu do projektu GRANDMA (Global Rapid Advanced Network Devoted to the Multi-messenger Addicts). Dosud v jeho rámci proběhlo přes 20 pozorování, při kterých se astronomové snažili najít jakýkoliv nový světelný bod, který v dané části oblohy předtím nebyl. Ten totiž může pocházet ze zdroje, který stojí za vznikem gravitačních vln.

„Ke zpracování stovek snímků oblohy, které jsme během pozorování dalekohledy FRAM pořídili, jsme vyvinuli specializovaný program. I když naše dalekohledy nejsou nijak velké, mají průměr primárních zrcadel jen 30 cm a 25 cm, tak dokáží velmi rychle reagovat na příchozí výzvu k pozorování a začínají pozorovat přidělené pozice v řádu minut až hodin od příjmu takového upozornění,“ vysvětluje Karpov.

Vědci používají gravitační vlny teprve krátce ke studiu astrofyzikálních jevů, které se týkají velmi hmotných objektů jako jsou černé díry a neutronové hvězdy a jejich srážek. Speciálním typem srážek jsou tzv. kilonovy, kde alespoň jedním ze srážejících se objektů je neutronová hvězda. Ke vzniku intenzívního a prakticky do všech směrů vyzařovaného optického signálu by v případě kilonovy mělo dojít díky rozpadu nově vzniklých radioaktivních jader atomů v na neutrony velmi bohatém prostředí v těsném okolí objektů, které splynuly, tedy buď dvou neutronových hvězd, nebo neutronové hvězdy a černé díry.

V rámci projektu GRANDMA nebyl při pozorovací kampani nalezen optický protějšek gravitační vlny, a to navzdory značnému úsilí mnoha pozorovacích skupin. Pravděpodobně je to dáno několika důvody. Prvním z nich je, že detektory gravitačních vln nemají dostatečně velkou přesnost určení polohy objektu na obloze. Optické dalekohledy tedy musely pokrýt velkou část oblohy, aby měly přiměřenou šanci najít správné místo, odkud ve skutečnosti gravitační vlna přišla. Další skutečnost je taková, že jistě ne všechny srážky, které detekujeme gravitačně, dokáží vytvořit dostatečně jasný optický protějšek, který by byl viditelný i ze Země. Závisí to na typu a velikosti objektů, které se srážejí.

I negativní výsledek má pro vědce svoji hodnotu. Optické protějšky byly nejspíše příliš slabé na to, aby se na snímcích mohly detekovat. Tento poznatek umožnil astronomům stanovit limity pro podobu kilonovy a právě tyto výsledky výzkumu nyní publikuje jeden z nejvíce impaktovaných astronomických časopisů.

Projekt GRANDMA sdružuje 25 dalekohledů různých velikostí a na projektu spolupracuje 20 observatoří a 29 institucí z dvanácti zemí. Koordinovaná síť dalekohledů rozmístěných po celém světě umožňuje potenciálně identifikovat jakékoli proměnné zdroje světla, které by bylo možné objevit. Spolupráce tohoto typu vyžadují specializovanou organizaci lidí, postupy analýzy dat i způsob komunikace. Astronomové v projektu GRANDMA vytvořili také portál GRANDMA Kilonova catcher, který umožňuje zapojení do projektu i neprofesionálním astronomům.

Mnohopásmová či mnohazdrojová astronomie je založena na myšlence získat kompletnější představu o vesmíru s využitím mnoha zdrojů elektromagnetického záření či ještě lépe mnoha zdrojů různých signálů. Jedině tak je možné dostat úplnější obrázek o daném jevu či objektu, který nelze získat při pozorování pouze jednou metodou. Astronomové využívají řadu metod, kterými zkoumají vesmír: od pozorování viditelného světla, které vnímáme i naším zrakem, přes pozorování nabitých částic, které nám umožňují používat elektřinu, dále detekci neutrin, téměř nehmotných, slabě interagujících částic, které hojně produkuje naše Slunce a mnoho dalších astrofyzikálních jevů ve vesmíru. A lze využít také gravitačních vlny, coby důsledek gravitace.

Zdroj: Fyzikální ústav AV ČR