Date post: | 03-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | india-guzman |
View: | 43 times |
Download: | 0 times |
Nejmohutnějšiacute exploze ve vesmiacuteru aneb
zaacutehada vzniku zaacuteblesků gama
bdquoNASA uacutespěšně vypustila kosmickou sondu Swift kteraacute maacute zkoumat zaacuteblesky gamardquo
z tiskoveacute zpraacutevy NASA 20 listopadu 2004
1 Uacutevod
2 Zaacuteřeniacute gama jeho vznik a detekce
21 Produkce zaacuteřeniacute gama 23 Jak interaguje s hmotou 24 Metody detekce
3 Vlastnosti zaacuteblesků gama
31 Intenzity 32 Doby trvaacuteniacute 33 Spektra a polarizace
34 Vzdaacutelenosti 35 Spojitost se supernovami
4 Hypoteacutezy o původu zaacuteblesků gama
41 Požadovaneacute vlastnosti a typy modelů 42 Model ohniveacute koule (bdquofireball modelldquo) 43 Model děloveacute koule (bdquocanonball modelldquo) 44 Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
6 Zaacuteblesk gama bdquobliacutezkoldquo Země
5 Zaacutevěr
Vladimiacuter Wagner
Uacutestav jaderneacute fyziky AVČR 250 68 Řež E_mail WAGNERUJFCASCZ WWW hpujfcascz~wagner
Přednaacuteška na Hvězdaacuterně ve Zliacuteně 23 listopadu 2007
Uacutevod
Zaacuteblesky gama objeveny na začaacutetku 70 let vojenskyacutemi družicemi Vela ndash hledaly zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama z jadernyacutech exploziacute
Družice Vela 5b
Zaacuteřeniacute gama ndash elektromagnetickeacute zaacuteřeniacute s velmi vysokou energiiacute
Vlnovaacute deacutelka λ le 10-10 mFrekvence f ge 1018 HzEnergie E ge 10 keV
E rarrlarr λ
Jeden z prvniacutech zaznamenanyacutech zaacuteblesků
Zaznamenaly zaacuteblesky přichaacutezejiacuteciacuteZ vesmiacuteru a ne ze Země darrNovyacute typ vesmiacuternyacutech jevů
Ruskyacute pokusnyacute jadernyacute vyacutebuch
Čas [s]
Čet
nost
sek
undu
Nejnovějšiacute družice Swift
Dlouho zůstaacuteval zaacutehadou původ jevu
Jednaacute se o velmi energetickeacute procesy
V minulyacutech letech obrovskyacute pokrok sledovaacuteniacute
Potvrzeniacute kosmologickyacutech vzdaacutelenostiacute rarr jedny z nejenergetičtějšiacutech jevů ve vesmiacuteru
Družice Compton
1) Noveacute sondy umožňujiacuteciacute přesnou pozici zaacuteblesku gama2) Internetovaacute siacuteť ndash umožňuje rychlou komunikaci a
rychleacute hledaacuteniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků3) Sondy s komplexem přiacutestrojů pro celeacute spektrum4) Robotickeacute optickeacute dalekohledy na Zemi
Sonda INTEGRAL
Robotickyacute dalekohled BOOTES spolupracuje se sondou INTEGRAL
Zdaacute se že se bliacutežiacuteme k pochopeniacute původu zaacuteblesků gama
Produkce zaacuteřeniacute gama
Radioaktivniacute rozpad
Rozpady elementaacuterniacutech čaacutestic
Brzdneacute (synchrotronoveacute) zaacuteřeniacute
Nabitaacute čaacutestice kteraacute se nepohybuje rovnoměrně přiacutemočaře vyzařuje elektromagnetickeacute zaacuteřeniacute (fotony) ndash brzdneacute zaacuteřeniacute
Pohyb nabiteacute čaacutestice v magnetickeacutem poli ndash synchrotronoveacute zaacuteřeniacute
Spojiteacute spektrum energiiacute
Jaacutedro se rozpadem beta nebo alfa rozpadaacute do vzbuzeneacuteho stavu rarr energie se zbavuje prostřednictviacutem vyzaacuteřeniacute zaacuteřeniacute gama
Charakteristickeacute diskreacutetniacute hodnoty energiiacute
Zaacutekladniacute stav
Mateřskeacutejaacutedro
Dceřineacute jaacutedro
Vzbuzeneacute stavy
Elektromagnetickyacute rozpad čaacutestic na fotonyπ0 rarr γ + γ a dalšiacute podobneacute
proton
zaacuteřeniacute gamaelektron
Vznik brzdneacuteho zaacuteřeniacute v poli atomoveacuteho jaacutedraUrychlovače relativistickyacutech čaacutestic (synchrotrony)
jsou zdrojem brzdneacuteho (synchrotronoveacuteho) zaacuteřeniacute tunel urychlovače LEP v CERNu
Obraacutecenyacute Comptonův jev ndash rozptyl vysokoenergetickyacutech čaacutestic na fotonech ndash fotony ziacuteskajiacute energii
Anihilace paacuteru elektron pozitron ndash čaacutestice a antičaacutestice se při anihilaci měniacute na paacuter fotonů s energiiacute 511 keV
anihilace v klidu ndash energie zaacuteřeniacute gama 511 keV anihilace za letu ndash energie daacutena kinetickou energiiacute pohybu paacuteru
bdquoTepelneacute zaacuteřeniacuteldquo objektu z velmi vysokou teplotou ndash maximu spektra je v oblasti zaacuteřeniacute gama spektrum maacute tvar zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa s danou teplotou
Dopplerův posuv ndash relativistickyacute pohyb zdroje elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s nižšiacute energiiacute uacutezce směrovanyacute svazek zaacuteřeniacute gama s uacutezkou oblastiacute energiiacute
Spektra zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa pro různeacute teploty Vyzařovaacuteniacute v gama oblasti harr T ge 107 K
Feynmanův diagram anihilace paacuteru pozitron a elektron a jeho kreace
Jak zaacuteřeniacute gama interaguje s hmotou
1) Fotoefekt foton předaacute energii elektronu v atomoveacutem obalu
2) Comptonův rozptyl foton se rozptyacuteliacute na elektronu a předaacute mu čaacutest energie
3) Tvorba paacuterů elektron a pozitron v poli atomoveacuteho jaacutedra se vytvořiacute e+e- paacuter pozitron po ztraacutetě kinetickeacute energie anihiluje z elektronem Produkuje se dvojice kvant gama s E = 511 keV
Kvanta gama s velmi vysokou energiiacutestřiacutedavě brzdneacute zaacuteřeniacute a produkce paacuteru elektron pozitron rarr elektromagnetickaacute sprška složenaacute z velkeacuteho množstviacute elektronů pozitronů a kvant gama
e+
e-
γ
e-
γ
e-
γ
γ e-
Čiacutem zaacuteřeniacute gama loviacuteme
Detektory sondy INTEGRAL
Scintilačniacute detektory ndash vysokaacute efektivita horšiacute energetickeacute rozlišeniacute
Polovodičoveacute detektory ndash velmi dobreacute energetickeacute rozlišeniacute
HPGe ndash nutnost chladit na teplotu tekuteacuteho dusiacuteku
HPGe spektrometr sondy INTEGRAL
Spektru zaacuteřiče 24Na z HPGe detektoru
Prostoroveacute rozlišeniacutesegmentovaneacute detektory z viacutece vrstev (3D rozlišeniacute)
Spektrum zaacuteřiče 137Cs BGO scintilačniacuteho detektoru
BaF2 BGO NaITl
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Uacutevod
Zaacuteblesky gama objeveny na začaacutetku 70 let vojenskyacutemi družicemi Vela ndash hledaly zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama z jadernyacutech exploziacute
Družice Vela 5b
Zaacuteřeniacute gama ndash elektromagnetickeacute zaacuteřeniacute s velmi vysokou energiiacute
Vlnovaacute deacutelka λ le 10-10 mFrekvence f ge 1018 HzEnergie E ge 10 keV
E rarrlarr λ
Jeden z prvniacutech zaznamenanyacutech zaacuteblesků
Zaznamenaly zaacuteblesky přichaacutezejiacuteciacuteZ vesmiacuteru a ne ze Země darrNovyacute typ vesmiacuternyacutech jevů
Ruskyacute pokusnyacute jadernyacute vyacutebuch
Čas [s]
Čet
nost
sek
undu
Nejnovějšiacute družice Swift
Dlouho zůstaacuteval zaacutehadou původ jevu
Jednaacute se o velmi energetickeacute procesy
V minulyacutech letech obrovskyacute pokrok sledovaacuteniacute
Potvrzeniacute kosmologickyacutech vzdaacutelenostiacute rarr jedny z nejenergetičtějšiacutech jevů ve vesmiacuteru
Družice Compton
1) Noveacute sondy umožňujiacuteciacute přesnou pozici zaacuteblesku gama2) Internetovaacute siacuteť ndash umožňuje rychlou komunikaci a
rychleacute hledaacuteniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků3) Sondy s komplexem přiacutestrojů pro celeacute spektrum4) Robotickeacute optickeacute dalekohledy na Zemi
Sonda INTEGRAL
Robotickyacute dalekohled BOOTES spolupracuje se sondou INTEGRAL
Zdaacute se že se bliacutežiacuteme k pochopeniacute původu zaacuteblesků gama
Produkce zaacuteřeniacute gama
Radioaktivniacute rozpad
Rozpady elementaacuterniacutech čaacutestic
Brzdneacute (synchrotronoveacute) zaacuteřeniacute
Nabitaacute čaacutestice kteraacute se nepohybuje rovnoměrně přiacutemočaře vyzařuje elektromagnetickeacute zaacuteřeniacute (fotony) ndash brzdneacute zaacuteřeniacute
Pohyb nabiteacute čaacutestice v magnetickeacutem poli ndash synchrotronoveacute zaacuteřeniacute
Spojiteacute spektrum energiiacute
Jaacutedro se rozpadem beta nebo alfa rozpadaacute do vzbuzeneacuteho stavu rarr energie se zbavuje prostřednictviacutem vyzaacuteřeniacute zaacuteřeniacute gama
Charakteristickeacute diskreacutetniacute hodnoty energiiacute
Zaacutekladniacute stav
Mateřskeacutejaacutedro
Dceřineacute jaacutedro
Vzbuzeneacute stavy
Elektromagnetickyacute rozpad čaacutestic na fotonyπ0 rarr γ + γ a dalšiacute podobneacute
proton
zaacuteřeniacute gamaelektron
Vznik brzdneacuteho zaacuteřeniacute v poli atomoveacuteho jaacutedraUrychlovače relativistickyacutech čaacutestic (synchrotrony)
jsou zdrojem brzdneacuteho (synchrotronoveacuteho) zaacuteřeniacute tunel urychlovače LEP v CERNu
Obraacutecenyacute Comptonův jev ndash rozptyl vysokoenergetickyacutech čaacutestic na fotonech ndash fotony ziacuteskajiacute energii
Anihilace paacuteru elektron pozitron ndash čaacutestice a antičaacutestice se při anihilaci měniacute na paacuter fotonů s energiiacute 511 keV
anihilace v klidu ndash energie zaacuteřeniacute gama 511 keV anihilace za letu ndash energie daacutena kinetickou energiiacute pohybu paacuteru
bdquoTepelneacute zaacuteřeniacuteldquo objektu z velmi vysokou teplotou ndash maximu spektra je v oblasti zaacuteřeniacute gama spektrum maacute tvar zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa s danou teplotou
Dopplerův posuv ndash relativistickyacute pohyb zdroje elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s nižšiacute energiiacute uacutezce směrovanyacute svazek zaacuteřeniacute gama s uacutezkou oblastiacute energiiacute
Spektra zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa pro různeacute teploty Vyzařovaacuteniacute v gama oblasti harr T ge 107 K
Feynmanův diagram anihilace paacuteru pozitron a elektron a jeho kreace
Jak zaacuteřeniacute gama interaguje s hmotou
1) Fotoefekt foton předaacute energii elektronu v atomoveacutem obalu
2) Comptonův rozptyl foton se rozptyacuteliacute na elektronu a předaacute mu čaacutest energie
3) Tvorba paacuterů elektron a pozitron v poli atomoveacuteho jaacutedra se vytvořiacute e+e- paacuter pozitron po ztraacutetě kinetickeacute energie anihiluje z elektronem Produkuje se dvojice kvant gama s E = 511 keV
Kvanta gama s velmi vysokou energiiacutestřiacutedavě brzdneacute zaacuteřeniacute a produkce paacuteru elektron pozitron rarr elektromagnetickaacute sprška složenaacute z velkeacuteho množstviacute elektronů pozitronů a kvant gama
e+
e-
γ
e-
γ
e-
γ
γ e-
Čiacutem zaacuteřeniacute gama loviacuteme
Detektory sondy INTEGRAL
Scintilačniacute detektory ndash vysokaacute efektivita horšiacute energetickeacute rozlišeniacute
Polovodičoveacute detektory ndash velmi dobreacute energetickeacute rozlišeniacute
HPGe ndash nutnost chladit na teplotu tekuteacuteho dusiacuteku
HPGe spektrometr sondy INTEGRAL
Spektru zaacuteřiče 24Na z HPGe detektoru
Prostoroveacute rozlišeniacutesegmentovaneacute detektory z viacutece vrstev (3D rozlišeniacute)
Spektrum zaacuteřiče 137Cs BGO scintilačniacuteho detektoru
BaF2 BGO NaITl
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Nejnovějšiacute družice Swift
Dlouho zůstaacuteval zaacutehadou původ jevu
Jednaacute se o velmi energetickeacute procesy
V minulyacutech letech obrovskyacute pokrok sledovaacuteniacute
Potvrzeniacute kosmologickyacutech vzdaacutelenostiacute rarr jedny z nejenergetičtějšiacutech jevů ve vesmiacuteru
Družice Compton
1) Noveacute sondy umožňujiacuteciacute přesnou pozici zaacuteblesku gama2) Internetovaacute siacuteť ndash umožňuje rychlou komunikaci a
rychleacute hledaacuteniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků3) Sondy s komplexem přiacutestrojů pro celeacute spektrum4) Robotickeacute optickeacute dalekohledy na Zemi
Sonda INTEGRAL
Robotickyacute dalekohled BOOTES spolupracuje se sondou INTEGRAL
Zdaacute se že se bliacutežiacuteme k pochopeniacute původu zaacuteblesků gama
Produkce zaacuteřeniacute gama
Radioaktivniacute rozpad
Rozpady elementaacuterniacutech čaacutestic
Brzdneacute (synchrotronoveacute) zaacuteřeniacute
Nabitaacute čaacutestice kteraacute se nepohybuje rovnoměrně přiacutemočaře vyzařuje elektromagnetickeacute zaacuteřeniacute (fotony) ndash brzdneacute zaacuteřeniacute
Pohyb nabiteacute čaacutestice v magnetickeacutem poli ndash synchrotronoveacute zaacuteřeniacute
Spojiteacute spektrum energiiacute
Jaacutedro se rozpadem beta nebo alfa rozpadaacute do vzbuzeneacuteho stavu rarr energie se zbavuje prostřednictviacutem vyzaacuteřeniacute zaacuteřeniacute gama
Charakteristickeacute diskreacutetniacute hodnoty energiiacute
Zaacutekladniacute stav
Mateřskeacutejaacutedro
Dceřineacute jaacutedro
Vzbuzeneacute stavy
Elektromagnetickyacute rozpad čaacutestic na fotonyπ0 rarr γ + γ a dalšiacute podobneacute
proton
zaacuteřeniacute gamaelektron
Vznik brzdneacuteho zaacuteřeniacute v poli atomoveacuteho jaacutedraUrychlovače relativistickyacutech čaacutestic (synchrotrony)
jsou zdrojem brzdneacuteho (synchrotronoveacuteho) zaacuteřeniacute tunel urychlovače LEP v CERNu
Obraacutecenyacute Comptonův jev ndash rozptyl vysokoenergetickyacutech čaacutestic na fotonech ndash fotony ziacuteskajiacute energii
Anihilace paacuteru elektron pozitron ndash čaacutestice a antičaacutestice se při anihilaci měniacute na paacuter fotonů s energiiacute 511 keV
anihilace v klidu ndash energie zaacuteřeniacute gama 511 keV anihilace za letu ndash energie daacutena kinetickou energiiacute pohybu paacuteru
bdquoTepelneacute zaacuteřeniacuteldquo objektu z velmi vysokou teplotou ndash maximu spektra je v oblasti zaacuteřeniacute gama spektrum maacute tvar zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa s danou teplotou
Dopplerův posuv ndash relativistickyacute pohyb zdroje elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s nižšiacute energiiacute uacutezce směrovanyacute svazek zaacuteřeniacute gama s uacutezkou oblastiacute energiiacute
Spektra zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa pro různeacute teploty Vyzařovaacuteniacute v gama oblasti harr T ge 107 K
Feynmanův diagram anihilace paacuteru pozitron a elektron a jeho kreace
Jak zaacuteřeniacute gama interaguje s hmotou
1) Fotoefekt foton předaacute energii elektronu v atomoveacutem obalu
2) Comptonův rozptyl foton se rozptyacuteliacute na elektronu a předaacute mu čaacutest energie
3) Tvorba paacuterů elektron a pozitron v poli atomoveacuteho jaacutedra se vytvořiacute e+e- paacuter pozitron po ztraacutetě kinetickeacute energie anihiluje z elektronem Produkuje se dvojice kvant gama s E = 511 keV
Kvanta gama s velmi vysokou energiiacutestřiacutedavě brzdneacute zaacuteřeniacute a produkce paacuteru elektron pozitron rarr elektromagnetickaacute sprška složenaacute z velkeacuteho množstviacute elektronů pozitronů a kvant gama
e+
e-
γ
e-
γ
e-
γ
γ e-
Čiacutem zaacuteřeniacute gama loviacuteme
Detektory sondy INTEGRAL
Scintilačniacute detektory ndash vysokaacute efektivita horšiacute energetickeacute rozlišeniacute
Polovodičoveacute detektory ndash velmi dobreacute energetickeacute rozlišeniacute
HPGe ndash nutnost chladit na teplotu tekuteacuteho dusiacuteku
HPGe spektrometr sondy INTEGRAL
Spektru zaacuteřiče 24Na z HPGe detektoru
Prostoroveacute rozlišeniacutesegmentovaneacute detektory z viacutece vrstev (3D rozlišeniacute)
Spektrum zaacuteřiče 137Cs BGO scintilačniacuteho detektoru
BaF2 BGO NaITl
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Produkce zaacuteřeniacute gama
Radioaktivniacute rozpad
Rozpady elementaacuterniacutech čaacutestic
Brzdneacute (synchrotronoveacute) zaacuteřeniacute
Nabitaacute čaacutestice kteraacute se nepohybuje rovnoměrně přiacutemočaře vyzařuje elektromagnetickeacute zaacuteřeniacute (fotony) ndash brzdneacute zaacuteřeniacute
Pohyb nabiteacute čaacutestice v magnetickeacutem poli ndash synchrotronoveacute zaacuteřeniacute
Spojiteacute spektrum energiiacute
Jaacutedro se rozpadem beta nebo alfa rozpadaacute do vzbuzeneacuteho stavu rarr energie se zbavuje prostřednictviacutem vyzaacuteřeniacute zaacuteřeniacute gama
Charakteristickeacute diskreacutetniacute hodnoty energiiacute
Zaacutekladniacute stav
Mateřskeacutejaacutedro
Dceřineacute jaacutedro
Vzbuzeneacute stavy
Elektromagnetickyacute rozpad čaacutestic na fotonyπ0 rarr γ + γ a dalšiacute podobneacute
proton
zaacuteřeniacute gamaelektron
Vznik brzdneacuteho zaacuteřeniacute v poli atomoveacuteho jaacutedraUrychlovače relativistickyacutech čaacutestic (synchrotrony)
jsou zdrojem brzdneacuteho (synchrotronoveacuteho) zaacuteřeniacute tunel urychlovače LEP v CERNu
Obraacutecenyacute Comptonův jev ndash rozptyl vysokoenergetickyacutech čaacutestic na fotonech ndash fotony ziacuteskajiacute energii
Anihilace paacuteru elektron pozitron ndash čaacutestice a antičaacutestice se při anihilaci měniacute na paacuter fotonů s energiiacute 511 keV
anihilace v klidu ndash energie zaacuteřeniacute gama 511 keV anihilace za letu ndash energie daacutena kinetickou energiiacute pohybu paacuteru
bdquoTepelneacute zaacuteřeniacuteldquo objektu z velmi vysokou teplotou ndash maximu spektra je v oblasti zaacuteřeniacute gama spektrum maacute tvar zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa s danou teplotou
Dopplerův posuv ndash relativistickyacute pohyb zdroje elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s nižšiacute energiiacute uacutezce směrovanyacute svazek zaacuteřeniacute gama s uacutezkou oblastiacute energiiacute
Spektra zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa pro různeacute teploty Vyzařovaacuteniacute v gama oblasti harr T ge 107 K
Feynmanův diagram anihilace paacuteru pozitron a elektron a jeho kreace
Jak zaacuteřeniacute gama interaguje s hmotou
1) Fotoefekt foton předaacute energii elektronu v atomoveacutem obalu
2) Comptonův rozptyl foton se rozptyacuteliacute na elektronu a předaacute mu čaacutest energie
3) Tvorba paacuterů elektron a pozitron v poli atomoveacuteho jaacutedra se vytvořiacute e+e- paacuter pozitron po ztraacutetě kinetickeacute energie anihiluje z elektronem Produkuje se dvojice kvant gama s E = 511 keV
Kvanta gama s velmi vysokou energiiacutestřiacutedavě brzdneacute zaacuteřeniacute a produkce paacuteru elektron pozitron rarr elektromagnetickaacute sprška složenaacute z velkeacuteho množstviacute elektronů pozitronů a kvant gama
e+
e-
γ
e-
γ
e-
γ
γ e-
Čiacutem zaacuteřeniacute gama loviacuteme
Detektory sondy INTEGRAL
Scintilačniacute detektory ndash vysokaacute efektivita horšiacute energetickeacute rozlišeniacute
Polovodičoveacute detektory ndash velmi dobreacute energetickeacute rozlišeniacute
HPGe ndash nutnost chladit na teplotu tekuteacuteho dusiacuteku
HPGe spektrometr sondy INTEGRAL
Spektru zaacuteřiče 24Na z HPGe detektoru
Prostoroveacute rozlišeniacutesegmentovaneacute detektory z viacutece vrstev (3D rozlišeniacute)
Spektrum zaacuteřiče 137Cs BGO scintilačniacuteho detektoru
BaF2 BGO NaITl
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Anihilace paacuteru elektron pozitron ndash čaacutestice a antičaacutestice se při anihilaci měniacute na paacuter fotonů s energiiacute 511 keV
anihilace v klidu ndash energie zaacuteřeniacute gama 511 keV anihilace za letu ndash energie daacutena kinetickou energiiacute pohybu paacuteru
bdquoTepelneacute zaacuteřeniacuteldquo objektu z velmi vysokou teplotou ndash maximu spektra je v oblasti zaacuteřeniacute gama spektrum maacute tvar zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa s danou teplotou
Dopplerův posuv ndash relativistickyacute pohyb zdroje elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s nižšiacute energiiacute uacutezce směrovanyacute svazek zaacuteřeniacute gama s uacutezkou oblastiacute energiiacute
Spektra zaacuteřeniacute absolutně černeacuteho tělesa pro různeacute teploty Vyzařovaacuteniacute v gama oblasti harr T ge 107 K
Feynmanův diagram anihilace paacuteru pozitron a elektron a jeho kreace
Jak zaacuteřeniacute gama interaguje s hmotou
1) Fotoefekt foton předaacute energii elektronu v atomoveacutem obalu
2) Comptonův rozptyl foton se rozptyacuteliacute na elektronu a předaacute mu čaacutest energie
3) Tvorba paacuterů elektron a pozitron v poli atomoveacuteho jaacutedra se vytvořiacute e+e- paacuter pozitron po ztraacutetě kinetickeacute energie anihiluje z elektronem Produkuje se dvojice kvant gama s E = 511 keV
Kvanta gama s velmi vysokou energiiacutestřiacutedavě brzdneacute zaacuteřeniacute a produkce paacuteru elektron pozitron rarr elektromagnetickaacute sprška složenaacute z velkeacuteho množstviacute elektronů pozitronů a kvant gama
e+
e-
γ
e-
γ
e-
γ
γ e-
Čiacutem zaacuteřeniacute gama loviacuteme
Detektory sondy INTEGRAL
Scintilačniacute detektory ndash vysokaacute efektivita horšiacute energetickeacute rozlišeniacute
Polovodičoveacute detektory ndash velmi dobreacute energetickeacute rozlišeniacute
HPGe ndash nutnost chladit na teplotu tekuteacuteho dusiacuteku
HPGe spektrometr sondy INTEGRAL
Spektru zaacuteřiče 24Na z HPGe detektoru
Prostoroveacute rozlišeniacutesegmentovaneacute detektory z viacutece vrstev (3D rozlišeniacute)
Spektrum zaacuteřiče 137Cs BGO scintilačniacuteho detektoru
BaF2 BGO NaITl
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Jak zaacuteřeniacute gama interaguje s hmotou
1) Fotoefekt foton předaacute energii elektronu v atomoveacutem obalu
2) Comptonův rozptyl foton se rozptyacuteliacute na elektronu a předaacute mu čaacutest energie
3) Tvorba paacuterů elektron a pozitron v poli atomoveacuteho jaacutedra se vytvořiacute e+e- paacuter pozitron po ztraacutetě kinetickeacute energie anihiluje z elektronem Produkuje se dvojice kvant gama s E = 511 keV
Kvanta gama s velmi vysokou energiiacutestřiacutedavě brzdneacute zaacuteřeniacute a produkce paacuteru elektron pozitron rarr elektromagnetickaacute sprška složenaacute z velkeacuteho množstviacute elektronů pozitronů a kvant gama
e+
e-
γ
e-
γ
e-
γ
γ e-
Čiacutem zaacuteřeniacute gama loviacuteme
Detektory sondy INTEGRAL
Scintilačniacute detektory ndash vysokaacute efektivita horšiacute energetickeacute rozlišeniacute
Polovodičoveacute detektory ndash velmi dobreacute energetickeacute rozlišeniacute
HPGe ndash nutnost chladit na teplotu tekuteacuteho dusiacuteku
HPGe spektrometr sondy INTEGRAL
Spektru zaacuteřiče 24Na z HPGe detektoru
Prostoroveacute rozlišeniacutesegmentovaneacute detektory z viacutece vrstev (3D rozlišeniacute)
Spektrum zaacuteřiče 137Cs BGO scintilačniacuteho detektoru
BaF2 BGO NaITl
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Čiacutem zaacuteřeniacute gama loviacuteme
Detektory sondy INTEGRAL
Scintilačniacute detektory ndash vysokaacute efektivita horšiacute energetickeacute rozlišeniacute
Polovodičoveacute detektory ndash velmi dobreacute energetickeacute rozlišeniacute
HPGe ndash nutnost chladit na teplotu tekuteacuteho dusiacuteku
HPGe spektrometr sondy INTEGRAL
Spektru zaacuteřiče 24Na z HPGe detektoru
Prostoroveacute rozlišeniacutesegmentovaneacute detektory z viacutece vrstev (3D rozlišeniacute)
Spektrum zaacuteřiče 137Cs BGO scintilačniacuteho detektoru
BaF2 BGO NaITl
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Intenzity zaacuteblesků gama
Označovaacuteniacute zaacuteblesků
Zaacuteblesk gama pozorovanyacute 23 ledna 1999 maacute označeniacute GRB990123a
Gamma ray burst rok měsiacutec den
Intenzity
GRB990123 (energie 40 keV ndash 2 MeV) detekovanyacute družiciacute BATSE i =268∙10-12 Jcm2
Za předpokladu symetrickaacute produkce je intenzita
Vzdaacutelenost z rudeacuteho posuvu (z = 16) rarr
rarr r = 127 Gpc = 41109 svl = 391025 m = 391027 cm
I = 4πr2i = 4314(391027)226810-12 J = 51045J
Slunce za dobu sveacuteho života (10 miliard let) vyzaacuteřiacute ~ 1044 J
Srovnaacuteniacute staacuteleacuteho zdroje zaacuteřeniacute gama (pozůstatek supernovy ndash Krabiacute mlhovina) a zaacuteblesku gama
V přiacutepadě symetrickeacuteho zdroje zaacuteblesku gama se v sekun-daacutech vyzaacuteřiacute o řaacutedy viacutece energie než Slunce během sveacute existence Asymetrickyacute zdroj rarr zmenšeniacute celkoveacute intenzity
Pořadiacute v daneacutem dni
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Doby trvaacuteniacute a četnost zaacuteblesků
Kraacutetkodobeacute zaacuteblesky kratšiacute než dvě sekundy ( ~ 25 přiacutepadů)
Dlouhodobeacute zaacuteblesky delšiacute než dvě sekundy ( ~ 75 přiacutepadů)
Rychleacute změny intenzity rarr velmi kompaktniacute zdroje
Rychlost světla 300 000 kms ~ ms rarr 300 km - rozměry kompaktniacutech objektů (neutronoveacute hvězdy) ~ 05 s rarr 150 000 km - rozměry hvězd
Četnost zaacuteblesků je ~3 denně rarr ~1000 ročně
Doba trvaacuteniacute ~ms - ~ 1000 s
Existuje struktura v čase ndash impulsy se středniacute dobou trvaacuteniacute 05 s
Přiacuteklady časovyacutech spekter zaacuteřeniacute gama zaacuteblesků (archiacutev sondy BATSE) GRB000313 - kraacutetkodobyacute GRB000526 - dlouhodobyacute GRB000323 a GRB000415 ndash dlouhodobeacute se strukturou
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Spektrum a polarizace zaacuteřeniacute gama
Sprška fotonů je poměrně uacutezce rozložena kolem 250 keV v oblasti 1 ndash 10 MeV nastaacutevaacute rychlyacute exponenciaacutelniacute pokles ovšem spektrum se může taacutehnout až do desiacutetek GeV
Pravděpodobně pozorovaacutena korelace mezi pozorovaacuteniacutem zaacuteblesku a spršky kosmickeacuteho zaacuteřeniacute od čaacutestice s velmi vysokou energiiacute rarr fotony s energiiacute až TeV (106 MeV)
Polarizace kmity elmg vlněniacute v jednom směru
Energie [MeV]
E2 N
E [
10-7J
(cm
s)]
T
ok [
foto
ny
(cm
2 sM
eV)]
Čaacutest spektra s nižšiacute energiiacute u zaacuteblesku GRB990123
Různeacute procesy vedou k různeacute polarizaci
Možnost identifikace probiacutehajiacuteciacutech procesů
Zatiacutem ziacuteskaacuteno jen minimum takovyacutech měřeniacute(např u GRB021206)
Důležiteacute i měřeniacute polarizace viditelneacuteho světlau dosvitu
Časovyacute průběh pro různeacute energie (archiacutev sondy BATSE)
25 ndash 50 keV50 ndash 100 keV100 ndash 300 keV gt 300 keV
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Vzdaacutelenosti zdrojů zaacuteblesků gama
Nutnost nalezeniacute optickeacuteho protějšku ndash určeniacute vzdaacutelenosti z rudeacuteho posunu (dnešniacute době nalezeny už desiacutetky takovyacutech přiacutepadů)
Izotropniacute rozloženiacute zaacuteblesků gama harr indikace kosmologickeacute vzdaacutelenosti jejich zdrojů
Rozloženiacute zaacuteblesků gama ziacuteskaneacute sondou Compton barva označujeIntenzitu zdroje
Nalezeniacute domovskeacute galaxie
Četnost vysokaacute rarr těžko vysvětlitelneacute bliacutezkyacutemi objekty
Po opadnutiacute intenzity optickeacuteho dosvitulze pozorovat mateřskou galaxii
Sniacutemek dosvitu zaacuteblesku GRB971214 na počaacutetku (vlevo) a po pohasnutiacute kdy je vidět mateřskaacute galaxie
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Dosvity (radioveacute optickeacute a rentgenoveacute protějšky)
Spojeniacute supernovy SN1998bw a zaacuteblesku GRB980425 (z = 00085 harr 30 Mpc = 01109 svl)
Byly nalezeny již stovky přiacutepadů optickyacutech radiovyacutech a rentgenovyacutech protějšků ve formě dosvitů a určeneacute vzdaacutelenosti jsou v rozmeziacute rudyacutech posuvů 01685 lt z lt 045 trvajiacute řaacutedově hodiny až desiacutetky dnů
Nověji supernovy SN2003dh a zaacuteblesku GRB030329 (z = 0169 harr 800 Mpc = 26109 svl)
Souvislost se supernovami
V některyacutech dalšiacutech dosvitech se objevujiacute zjasněniacute v pozdějšiacutech dnech za ktereacute by mohla by byacutet zodpovědnaacute supernova
Celkovaacute intenzita = dosvit zaacuteblesku + svit supernovy + svit mateřskeacute galaxie
1) Na počaacutetku vše přezařuje zaacuteře dosvitu (hodiny dny)2) Po jejiacutem poklesu je vidět supernova jejiacutež zaacuteře klesaacute pomaleji (dny)3) Nakonec zůstaacutevaacute jen konstantniacute zaacuteře mateřskeacute galaxie
V některyacutech dosvitek se objevujiacute čaacutery charakteristickeacute pro supernovy ( GRB030329 )
Krabiacute mlhovinapozůstatek po supernově
Velmi bliacutezkaacute supernova SN1998bwfotografovanaacute observatořiacute ESO
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Modely zdrojů zaacuteblesků gama
Modely založeneacute na vzniku nebo procesech spojenyacutech s velmi kompaktniacutemi objekty (neutronoveacute hvězdy černeacute diacutery)
1) Sraacutežka a splynutiacute kompaktniacutech objektů 2) Přeměna neutronoveacute hvězdy na podivnou (kvarkovou)3) Vznik neutronoveacute hvězdy nebo černeacute diacutery při vyacutebuchu supernovy (hypernova
kolapsarovyacute model model ohniveacute koule model děloveacute koule)
Vyacutechodiska 1) kosmologickeacute vzdaacutelenosti 2) vysokeacute uvolněneacute energie 3) maleacute rozměry zdroje 4) pravděpodobně asymetrickyacute průběh
Splynutiacute dvojhvězdy složeneacute z kompaktniacutech komponent
Existujiacute binaacuterniacute pulsary a pravděpodobně i dvojhvězdy s černyacutech děr
Vyzařovaacuteniacute gravitačniacutech vln rarr ztraacuteta energie rarr přibližovaacuteniacute rarr rarr splynutiacute rarr uvolněniacute velkeacuteho množstviacute energie
V současnosti se uvažuje spiacuteše jen pro vysvětleniacute kraacutetkyacutech zaacuteblesků gama
Splynutiacute dvojice neutronovyacutech hvězd v uacuteměleckyacutech představaacutech (zdroje NASA)
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Modely spojeneacute s exploziacute supernovy (hypernovy)
Model bdquoohniveacute kouleldquo (Fireball model)
Zaacuteblesky gama doprovaacutezejiacute buď všechny nebo některeacute vyacutebuchy supernov
Vnitřniacute kolize hmoty hroutiacuteciacute se hvězdy rarr extreacutemniacute teplota rarr urychleniacute čaacutestic na relativistickeacute rychlosti rarr fotony emitovaneacute takovyacutem zdrojem jsou uacutezce směrovaneacute a majiacute velmi vysokou energii
Původniacute představa ndash symetrickyacute kolaps rarr vyzařovaacuteniacute do všech směrů rarr uvolněniacuteenergie v řaacutedu 1047 J rarr představa extreacutemně jasneacute supernovy ndash hypernovy Vznikajiacuteciacute zhrouceniacutem extreacutemně hmotnyacutech Wolf-Rayetovyacutech hvězd do černeacute diacutery
Pohyb relativistickyacutech elektronů a pozitronů v magnetickeacutem poli rarr produkcesynchrotronoveacuteho zaacuteřeniacute
Současnaacute představa ndash asymetrickyacute průběh ve formě vyacutetrysku ve směru rotačniacute osy vznikajiacuteciacuteho při akreci hmoty na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt ndash uvažuje se černaacute diacutera Vyacutetrysk tuneluje povrch hvězdy (jejiacute jaacutedro zkolabovalo)vznikaacute vnitřniacute raacutezovaacute vlnaHvězda je vyacutetryskem a větrem z akrečniacuteho disku rozmetaacutenaDosvity - průchod vyacutetrysku hmotou vyvrženou z hvězdy Kolimace do uacutehlu ~ 4o rarr energie v řaacutedu 1044 J
Kolapsarovyacute modelZdroj animace ndash straacutenky NASA
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Model bdquoděloveacute kouleldquo
Alvaro De Rujula ndash autor modelu děloveacute koule
Scheacutematickyacute naacutekres modelu děloveacute koule
1) Při vyacutebuchu supernovy se z materiaacutelu kteryacute nezkolaboval vytvořiacute akrečniacute disk nebo toroid
2) Vyvrženiacute dopadajiacuteciacuteho materiaacutelu ve formě oddělenyacutech porciacute plazmy o hmotnosti ~ MZ (relativistickeacute rychlosti) Zpočaacutetku se rozpiacutenajiacute pozdějiacute se rozpiacutenaniacute zastavuje
Zaacuteblesky gama jsou průvodniacute jevy vyacutebuchů supernov
3) Interakce vyvrženyacutech porciacute plazmy s obaacutelkami plynu vyvrženyacutech při konečnyacutech staacutediiacutech mateřskeacute hvězdy darr 4) Plazma se prudce ohřeje a jejiacute zaacuteřeniacute je vlivem dopplerova posuvu posunuto do oblasti zaacuteřeniacute gama
Porciacute plazmy může byacutet i několik a jsou vystřelovaacuteny do vyčerpaacuteniacute materiaacutelu v akrečniacutem disku
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou
1) Co největšiacute počet dosvitů harr přesnaacute poloha co nejrychlejšiacute přenos informace
2) Nalezeniacute souvisejiacuteciacutech supernov (pokud existujiacute) a mateřskyacutech galaxiiacute
6) Zachyceniacute neutrin
3) Proměřeniacute spekter a polarizace zaacuteřeniacute gama
Určeniacute vzdaacutelenosti a podstaty zdrojů zaacuteřeniacute gama
5) Pozorovaacuteniacute vysokoenergetickyacutech čaacutestic
Identifikace konkreacutetniacutech probiacutehajiacuteciacutech procesů (tepelneacute nebo synchrotronoveacute zaacuteřeniacute) Identifikace konkreacutetniacutech vznikajiacuteciacutech čaacutestic
4) Proměřeniacute spekter a polarizace dosvitů v různyacutech oblastech elmg spektra
Obrovskyacutem zdrojem dat bude praacutevě vypuštěnaacute sonda Swift (obr NASA)
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Jak tato data ziacuteskaacuteme
Noveacute družice detekujiacuteciacute gama (přesneacute polohy a spektra) i dalšiacute obory spektra
robotickeacute dalekohledy
detektory neutrin
Detektory kosmickeacuteho zaacuteřeniacute
propojeniacute internetovou siacutetiacute
Družice Swift (znamenala zlom)
Detektor KamlandČeskyacute robotickyacute dalekohled BART (AsUacute Ondřejov)
Experiment Auger
Celosvětovaacute siacuteť GRID (obr CERN)
Družice Glast (2008)
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Potvrzeniacute ultrarelativistickyacutech rychlostiacute při produkci zaacuteblesků gamma
REM (Rapid Eye Mount)Malyacute průměr (06 m) rychleacute nastaveniacute
GRB 060418 a GRB 060607 A
Rychlaacute reakce dalekohledu 39 resp 41 sekund po nahlaacutešeniacute objevu
Z naměřeneacute světelneacute křivky Naacuteznaky rychlosti vyvrhovaacuteniacute materiaacutelu 99999 c
Zlom v počtu pozorovanyacutech dosvitů mezi leacutety letech 2004 a 2005 (družice SWIFT) gama rentgen optickyacute radiovyacute zaacuteblesk dosvit dosvit dosvit 2003 37 8 15 3 2004 38 8 10 1 2005 109 84 45 13 2006 122 105 64 5Celkově 479 248 174 49
93 a 115 miliard světelnyacutech let
Častějšiacute vznik v minulosti
Prvniacute amaterskyacute astronom zachytil dosvit v r 2003 (Berto Monard v Jižniacute Africe
GRB 060729 velmi dlouhyacute dosvit ndash 125 dniacute (možnaacute uvnitř magnetar)
GRB 070110 trvaacuteniacute vysokeacute konstantniacute intenzity rentgenu 5 hod
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Zaacuteblesk gama v bliacutezkosti Země
Velmi hmotnaacute hvězda eta Carinae ndash budouciacute supernovaA možnyacute zdroj zaacuteblesku gama
Naacutesledky ( přiacuteklad - Eta Car ndash vzdaacutelenost 2 kpc M ~ 140 MS)
1) Zaacutesah zaacuteřeniacutem gama s vysokou energiiacute
GRB990123 127 Gpc 41∙109 sv l 27∙10-11 Jcm2 Eta Car 2 kpc 65∙103 svl 11 Jcm2
ekvivalent atomoveacute bomby 1 kt TNT na každeacutem km2
Zničeniacute ozoacutenoveacute vrstvy raacutezovaacute vlna v atmosfeacuteře gigantickeacute globaacutelniacute bouře a požaacutery
2) Zaacutesah vysokoenergetickyacutem kosmickyacutem zaacuteřeniacutem
Fotony a čaacutestice z velmi vysokou energiiacute ( ~ TeV) rarr rarr v atmosfeacuteře intenzivniacute produkce mionů rarr pronikajiacute hluboko pod vodu i pod zem
Normaacutelniacute hustota mionů na povrchu ~10-2 cm-2s-1
Při zaacuteblesku gama z ety Car ~51010 cm-2
Celotěloveacute ozaacuteřeniacute by vedlo k 50 uacutemrtnosti do 30 dnů
rarr třiacuteštěniacute jader rarr radioaktivniacute prvky v atmosfeacuteře
Zaacuteblesk gama mohl byacutet zodpovědnyacute za některaacute hromadnaacute vyhynutiacute živočichů v minulosti
Může za vymřeniacute dinosaurů bliacutezkyacute zaacuteblesk gama
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi
Zaacutevěr
1) V 70 letech byly objeveny zaacuteblesky zaacuteřeniacute gama
4) Potvrdilo se že zdroje většiny zaacuteblesků gama majiacute kosmologickeacute vzdaacutelenosti (rozloženiacute po obloze četnost nalezeniacute optickyacutech a rentgenovyacutech protějšků)
2) Zdroje musiacute byacutet spojeny s velmi energetickyacutemi procesy
3) Rychleacute časoveacute změny rarr velmi kompaktniacute objekty
5) Alespoň čaacutest spojena se supernovami
6) Modely spojeny s procesy ktereacute probiacutehajiacute při vzniku nebo existenci velmi kompaktniacutech objektů (neutronovyacutech podivnyacutech hvězd černyacutech děr)
7) Nejviacutece přijiacutemaneacute modely s uacutezce směrovanyacutem vyacutetryskem materiaacutelu při akreci materiaacutelu na vznikajiacuteciacute kompaktniacute objekt a jeho interakci s dřiacuteve vyvrženyacutem materiaacutelem
10) Technickyacute pokrok spojenyacute s vesmiacuternyacutemi gama teleskopy internetem a pozemniacute robotickyacutemi dalekohledy slibuje brzkeacute objasněniacute podstaty těchto jevů (počet pozorovanyacutech dosvitů v řaacutedech stovek ročně)
8) Nemusiacute jiacutet o jedinyacute typ zdrojů a tedy mohou byacutet různeacute spraacutevneacute modely
9) Bliacutezkyacute zaacuteblesk gama rarr potenciaacutelniacute ohroženiacute života na Zemi