Jevů, za které jsou zodpovědné gravitační čočky, stále přibývá. Mohou nám zesílit světlo vzdálených objektů, které bychom za normálních okolností nemohli vidět. Mohou ale také pozměnit obraz běžných jevů a pozorovatele poněkud uvést do rozpaků. Dne 31. srpna 2010 byla v souhvězdí Vodnáře objevena supernova PS1-10afx, která měla zcela atypické vlastnosti. Podle spektrálních čar by mělo jít o supernovu typu Ia, tedy explodujícího bílého trpaslíka, který je součástí dvojhvězdy a jehož explozi způsobila látka přetékající z druhé složky. Mateřská galaxie supernovy byla ve vzdálenosti přibližně 10 miliard světelných roků. Problémem ale bylo, že supernova v maximu dosáhla třicetkrát vyšší jasnost než ostatní supernovy tohoto druhu. Hostitelská galaxie byla atypicky velká, supernova se vyvíjela nebývale rychle a její světlo bylo nezvykle červené. Na první pohled se zdálo, že astronomové objevili zcela nový, dosud neznámý druh supernovy. V roce 2014 bylo ovšem prokázáno, že za nezvyklé chování supernovy může galaxie, která se nachází mezi námi a supernovou a která obraz dávné exploze zesílila a zdeformovala jevem gravitační čočky.
Jev gravitační čočky. Mezilehlý objekt (v tomto případě kupa galaxií) zdeformuje časoprostor natolik, že obraz vzdáleného objektu (v tomto případě galaxie) je zesílen a deformován. Zdroj: CFHTLenS/NASA/ESA. |
Obecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1916. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svojí přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách. Gravitační čočka – efekt gravitační čočky předpověděl v roce 1924 ruský fyzik Orest Chvolson a v roce 1936 Albert Einstein. Hmotný objekt (zpravidla velká galaxie) ležící mezi zdrojem záření a pozorovatelem zakřivuje světelné paprsky podobně jako skleněná čočka v laboratoři. Jsou-li objekty dokonale na přímce, vznikne jako obraz vzdálené galaxie tzv. Einsteinův prstenec. Jsou-li objekty mimo osu, vznikne buď oblouk, několikanásobný obraz nebo zdeformovaný obraz vzdálené galaxie či kvazaru. První gravitační čočka byla objevena v roce 1979. Supernova typu Ia – závěrečné vývojové stádium těsné dvojhvězdy. Tvoří-li dvojhvězdu bílý trpaslík a obr (veleobr) nebo hvězda hlavní posloupnosti, může docházet k přenosu látky na bílého trpaslíka, který tak zvětšuje svoji hmotnost. Po překročení Chandrasekharovy meze (1,4 MS) se bílý trpaslík zhroutí do neutronové hvězdy, dojde k explozivnímu termonukleárnímu hoření C a O na 56Ni v celém objemu trpaslíka a uvolněná potenciální energie se projeví jako supernova typu Ia. Množství energie je vždy zhruba stejné, takže z relativní pozorované jasnosti lze vypočítat vzdálenost příslušné supernovy. Přesnější hodnoty se pak určí z tvaru světelné křivky (z průběhu nárůstu a poklesu jasnosti). Supernovu typu Ia lze identifikovat podle tvaru jejího spektra, ve kterém chybí čáry vodíku a jsou přítomné čáry křemíku. Bílý trpaslík – jedna z možných závěrečných fází vývoje hvězd. Hvězda, ve které degenerovaný elektronový plyn vyvíjí gradient tlaku (způsobený Pauliho vylučovacím principem), který odolává gravitaci. Poloměr je 1 000 km až 30 000 km, hustota řádově 103 kg cm-3, maximální hmotnost 1,4 MS. Hmotnější bílí trpaslíci jsou nestabilní, explodují jako supernovy typu Ia. Tuto tzv. Chandrasekharovu mez odvodil Subrahmanyan Chandrasekhar v roce 1930. Objev prvního bílého trpaslíka: Již v roce 1834 Fridrich Bessel předpověděl průvodce Síria A z newtonovské teorie na základě vlnovkovité trajektorie hvězdy Sírius. Tento průvodce (Sírius B) byl objeven v optické dílně bratří Clarků roku 1862 (Alvan Clark – test objektivu průměru 45 cm). Sírius B je prvním známým bílým trpaslíkem. Byla na něm demonstrována správnost newtonovské teorie (vlnovkovitá trajektorie Síria A) i potvrzena OTR (červený posuv). Sírius B je enormně malý a hustý bílý trpaslík s průměrem 11 736 km, ρ = 3×103 kg cm−3. Povrchová teplota je 24 800 K, vzdálenost 8,6 l.y. a hmotnost 1,03 MS. |
Přehlídkový projekt Pan-STARRS a supernova PS1-10afx
Ideální podmínky pro astronomická pozorování jsou na vrcholcích havajských sopek. Asi nejznámější je Mauna Kea, na které se nachází řada velkých astronomických přístrojů. Velmi výkonný přehlídkový projekt Pan-STARR (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) je umístěn na vrcholku vulkánu Haleakalā (3 055 m n. m.) na ostrově Maui. Do budoucna se na hledání zajímavých objektů (planetek, komet, supernov atd.) budou podílet čtyři dalekohledy, v současnosti jsou v provozu první dva, PS1 od roku 2010 a PS2 od roku 2013. Oba mají optický systém Ritchey-Chrétien a v ohnisku CCD pole s miliardou pixelů. Při přehlídce oblohy je snímkováno zorné pole velikosti 3°. Mezní magnituda pozorovaných objektů je 24.
Přestože přehlídka Pan-STARRS netrvá příliš dlouho, má za sebou objevy několika zajímavých objektů, například hvězdy PS1-10jh, která je trhána slapovými silami, jimiž na ni působí blízká obří černá díra. Hned v počátcích projektu, 31. srpna 2010, byla objevena atypická supernova PS1-10afx s červeným kosmologickým posuvem z = 1,388. Od počátku byly ve hře dvě možnosti. Buď jde o zcela nový typ supernovy, nebo jde o běžnou supernovu typu Ia zesílenou gravitační čočkou. Druhou možnost prosazovala skupina vědců z Kavliho institutu pro fyziku a matematiku (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe), který sídlí v blízkosti japonského Tokia. Mezi supernovou a námi ovšem nebyla patrná žádná jiná galaxie, ani obří černá díra.
Na obrázku je mateřská galaxie supernovy PS1-10afx. Fotografie pochází z období před vzplanutím supernovy a byla pořízena Kanadsko-francouzským dalekohledem CFHT na Havaji. Ve výřezu je rozdílový snímek oblasti o rozměru 45″×45″, který vznikl jako rozdíl snímků po explozi a před explozí. Neměnné objekty se odečetly a zůstala patrná jen nezvykle červená supernova. Výřez je z práce [2]. |
Úspěšné pátrání
Kolektiv z Kavliho Institutu nejprve hledal, zda se mezi galaxií, ve které vzplanula supernova, a námi nenachází obří černá díra. Pátrání bylo neúspěšné a nakonec vyloučilo, že by se v oblasti černá díra vhodných parametrů nacházela. Pokud by za čočkování mohla mezilehlá galaxie, měla by její přítomnost deformovat světlo vzdálenější galaxie a navíc by ve spektru měly být dvě sady čar – jedna z mateřské galaxie pozorované supernovy, a jedna z mezilehlé galaxie. Po dlouhém pátrání se dvojitou sadu čar podařilo nakonec ve spektru dané oblasti opravdu nalézt. Spektrum bylo pořízeno v roce 2013 (tedy tři roky po explozi supernovy) dalekohledem Keck 1. Definitivně se tak potvrdilo, že nejde o nový druh supernovy, ale o zjasnění supernovy typu Ia gravitační čočkou, za kterou posloužila mezilehlá galaxie.
Dvojité sady spektrálních čar prozradily mezilehlou galaxii, která leží před mateřskou
'galaxií pozorované supernovy. Zdroj: [1].
Reálná situace – uvažovaná konfigurace supernovy, gravitační čočky
a nás jako pozorovatelů. Zdroj: Kavliho institut.
Závěr
Ukazuje se, že gravitační čočky jsou ve vesmíru velmi časté a mohou nám umožnit pozorovat jevy i v takových vzdálenostech, do kterých bychom naším současným přístrojovým vybavením zatím nedohlédli. Cílené vyhledávání velmi vzdálených objektů zesílených jevem gravitační čočky nám může pomoci i v porozumění ranému vesmíru a k pochopení některých dosud nejasných kosmologických souvislostí.
Čočkování supernovy PS-1 10afx. Zdroj Kavliho Institut.
Odkazy
- Robert M. Quimby et al.: Detection of the Gravitational Lens Magnifying a Type Ia Supernova; Science 344/6182 (2014) 396-399; arXiv:1404.6014 [astro-ph.CO], 24 Apr 2014
- R. Chornock et al.; PS1-10afx AT z = 1.388: PAN-STARRS1 Discovery of a New Type of Superluminous Supernova; Astrophysical Journal 767/2 (2014) 162
- Robert M. Quimby et al.: Extraordinary Magnification of the Ordinary Type Ia Supernova PS1-10afx; Astrophysical Journal Letters 768:L20, 1 May 2013
- Sci News: Astronomers Solve Mystery of Superluminous Supernova PS1-10afx; 25 Apr 2014
- James Morgan: Dazzling supernova mystery solved; BBC News, 4 Apr 2014
- The Daily Galaxy: Colossal Galaxy or Supermassive Black Hole Warped Spacetime to Create a Rare Supernova; 29 Apr 2014