kozmos.hr
Astronomija

Gama-zrake: novi način mjerenja udaljenosti u svemiru

Otprilike sat vremena nakon što je otkriven GRB 221009A, Swiftov rendgenski teleskop snimio je njegov naknadni sjaj. X-zrake se raspršuju iz slojeva prašine unutar naše galaksije koji inače ne bi bili vidljivi. Ovo proizvodi svijetle prstenove koje vidimo na slici. Izvor: NASA/Swift/A. Beardmore (University of Leicester).
objavljeno

Analizom detektiranih bljeskova gama-zraka u svemiru znanstvenici su uspjeli naći poveznicu između njihove svjetlosne krivulje i apsolutne magnitude, što ih čini pogodnima za mjerenje udaljenosti.

Već nekoliko desetljeća u svemiru detektiramo bljeskove fotona visoke energije koje nazivamo bljeskovima gama-zraka (γ-zraka). Oni se obično nalaze stotinama milijuna, ako ne i milijardama svjetlosnih godinama daleko od nas, pa o načinima njihovog nastajanja znamo iznimno malo. Drugim riječima, bez obzira što smatramo da oni obično nastaju u visokoenergetskim događajima poput eksplozija masivnih zvijezda ili spajanja neutronskih zvijezda, sami mehanizmi njihova nastanka više-manje su nam nepoznanica.

Gama zrake iz središta galaksije. Izvor: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.
Gama zrake iz središta galaksije. Izvor: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.

Ljestve kozmičke udaljenosti

No to ne znači na ih ne možemo iskoristiti u pametne svrhe, a na samom vrhu tog popisa nalazi se njihova primjena za mjerenje udaljenosti u svemiru, kao što je pokazao novi rad predvođen profesoricom Mariom Dianotti s Nacionalnog japanskog astronomskog opservatorija. Taj rad nadovezuje se na istraživanja unutar područja koja je prof. Dianotti provela kroz posljednjih nekoliko godina.

Ukratko, sve udaljenosti u svemiru mjerimo sustavom aproksimacija gdje poznavanjem udaljenosti jednog objekta možemo utvrditi udaljenost drugog, poznavanjem udaljenosti drugog onda i udaljenost trećeg, i tako dalje. Taj model poznat je pod nazivom ‘ljestve kozmičkih udaljenosti’. Udaljenost najbližih objekata mjerimo paralaksom (prvi korak, ili prečka na ljestvama), preko paralakse znamo koliko su udaljene neke vrlo stabilne zvijezde koje zovemo standardnim svijećama (drugi korak), preko njih pak znamo koliko su udaljene još udaljenije supernove (treći korak), da bi na kraju došli do iznosa crvenog pomaka svjetlosti koja dopire do nas iz najudaljenijih kutaka svemira (četvrti korak). Udaljenosti svih objekata koje vidimo na nebu tako nam postaju otprilike poznate. Sada možda imamo još jednu dobru metodu određivanja udaljenosti, odnosno još jednu pouzdanu prečku na ‘ljestvama’.

Gama-zrake

Astronomi iz Dianottijinog tima promatrali su podatke o bljeskova gama-zraka prikupljene kroz zadnje 24 godine. Radi se o opservacijama učinjenima raznim teleskopima kao što su Subaru, RATIR (zemaljski) i Swift (svemirski), te ukupno oko petsto detektiranih bljeskova. Jednom kad su sve podatke usustavili i standardizirali, jer zbog crvenih pomaka nalazili su se u različitim pojasevima spektra, dobili su međusobno usporedive svjetlosne krivulje tih događaja, odnosno ovisnosti njihovih luminoznosti o vremenu. Od 500 krivulja, njih 179 pokazalo je vrlo korisnu zanimljivost: svojevrsnu ravninu ili plato otprilike na sredini krivulje, gdje se luminoznost (količina izbačene svjetlosti) bljeska privremeno stabilizira.

gamma_ray_bursts
Ovisnost trajanja bljeska gama-zraka, luminoznosti na njegovom početku, te luminoznosti za vrijeme platoa, mapirano u 3D koordinatni sustav. Izvor: Dianotti et al.

Analizom podataka znanstvenici tako dolaze do korelacije između triju vrijednosti: vremena u kojem se događa bljesak, iznosa luminoznosti na početku bljeska i iznosa luminoznosti na platou. Upravo iz te korelacije, zaključuju, moguće je pouzdano izračunati apsolutnu magnitudu, odnosno svjetlinu pojedinog izvora gama-zračenja. Značajno je to što takva trostruka korelacija nadomješta problem slabe luminoznosti nekih bljeskova koja bi inače onemogućila efektivnu usporedbu samo luminoznosti platoa i vremena i oštro smanjila broj bljeskova koji su nam korisni. Ako znamo apsolutnu magnitudu bljeska, znamo i koliko je daleko.

Radi se o principu, dakle, koji nije toliko različit od promatranja standardnih svijeća, gdje postoji dobro definirana korelacija između njihove stabilne pulsirajuće svjetlosne krivulje i apsolutne magnitude. Razlika je ovdje u tome što za razliku od standardnih svijeća koje su relativno slabog luminoziteta, tako nas ograničavajući na naše kozmičko susjedstvo, bljeskovi gama-zraka primjenjivi su na velike udaljenosti. U prilog nam ide i činjenica da se plato pojavljuje kod različitih tipova bljeskova gama zraka, odnosno i kod kratkih i kod brzih bljeskova. Gama-zrake, znači, mogu biti korisne samo kao vrlo pouzdana ‘prečka’ na koju se mogu osloniti druge metode mjerenja udaljenosti, ali zbog svoje kvalitete mogu i na neki način zamijeniti cijele ‘ljestve’.

 


Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr


Izvori:

Dianotti, M.G. et al. „The Optical Two- and Three-dimensional Fundamental Plane Correlations for Nearly 180 Gamma-Ray Burst Afterglows with Swift/UVOT, RATIR, and the Subaru Telescope“. The Astrophysical Journal, vol. 261, br. 2. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ac7c64#apjsac7c64f3 (24.1.2023.).

Kalinowski, Kamil Krzysztof. „UR: GRBs – New Standard Candles for Cosmology“. Astrobites, 2023. https://astrobites.org/2023/01/17/ur-grbs-new-standard-candles-for-cosmology/ (24.1.2023.).

„Measuring the Universe 4: Explanation of the cosmic distance ladder“. The University of Western Australia, 2011. https://www.uwa.edu.au/science/-/media/Faculties/Science/Docs/Explanation-of-the-cosmic-distance-ladder.pdf (24.1.2023.).

Zaljubljenik u astronomiju od malih nogu. Diplomirani anglist. U slobodno vrijeme vjerojatno s frendovima u obližnjem kafiću. U paralelnom svemiru sam nešto od sljedećeg: pomorac, fizičar, astronaut, pisac, željezničar.

Pratite Kozmos na Google Vijestima.

CroCube