Izbruhi sevanja gama kot okno v zgodovino vesolja in laboratorij visokoenergijske fizike

Izbruhi se kot nenapovedljivi bliski gama svetlobe pojavijo približno enkrat na dan v naključnih smereh neba, presvetlijo vse ostale izvore sevanja gama na nebu in običajno po nekaj sekundah ali minutah ugasnejo. So najmočnejše znane eksplozije v vesolju. Energija, ki se v tem času sprosti, je namreč tolikšna, kot jo bo naše Sonce oddalo v celem svojem življenju, v 10 milijardah let.

Ker Zemljino ozračje sevanja gama ne prepušča, so bili odkriti šele v dobi satelitov, konec 60. let. Prvih 30 let po odkritju so bili popolna neznanka, nato pa so znanstveniki ugotovili, da se izbruhi dogajajo v drugih galaksijah in da nastajajo na dva načina. Bodisi nastanejo ob zlitju dveh nevtronskih zvezd ali pa ob kolapsu sredice zelo masivne zvezde v nevtronsko zvezdo z zelo močnim magnetnim poljem ali črno luknjo, pravi profesorica Gomboc.

Med najpomembnejši sateliti za njihovo opazovanje sta Nasina satelit Swift in Fermi, ki po detekciji izbruha v manj kot minuti natančno določita njegovo lokacijo na nebu in jo sporočita teleskopom na Zemlji. Na podlagi tega sporočila robotski teleskopi samodejno pričnejo z opazovanji ustreznega dela neba.

Ko satelit zazna dogodek, postaja na Zemlji raziskovalcem razpošlje sporočilo SMS oziroma elektronsko pošto z obvestilom o zaznavi signala. Ker lahko raziskovalci obvestilo prejmejo tudi sredi noči, je eden od njih vedno dežuren, saj mora čim hitreje priti do računalnika, da preveri rezultate opazovanj s teleskopi na Zemlji, pojasnjuje znanstvenica.

Približno v polovici primerov astronomi opazijo na mestu detekcije izbruha tudi izvor vidne svetlobe, ki mu pravijo optični zasij. Svetloba optičnih zasijev izbruhov sevanja gama s časom sicer hitro upada, kljub temu pa jo lahko običajno opazujejo nekaj ur ali nekaj dni. Za opazovanje teh so najprimernejši hitri robotski teleskopi, kot je teleskop Liverpool.

Opazovanje te svetlobe pa med drugim omogoča tudi vpogled v to, ali je bilo v eksploziji prisotno magnetno polje ter kako pomembno vlogo igra, kar je tudi rdeča nit njihove raziskovalne skupine.

Magnetno polje

Raziskovalna skupina, v kateri deluje raziskovalka Gomboc, je konec leta 2013 v prestižni znanstveni reviji Nature objavila članek, v katerem raziskovalci ugotavljajo, da je v teh silovitih eksplozijah prisotno močno in urejeno magnetno polje. Magnetno polje namreč raziskovalcem pomaga razumeti, kakšen je mehanizem teh eksplozij, kaj jih poganja ter kako nastane svetloba, ki jo vidimo.

O njihovem članku je poročala tudi Nasa, dr. Enrico Costa, priznani mednarodni profesor pa je dejal, da gre za eno najpomembnejših odkritij na področju izbruhov sevanja gama v zadnjih 40 letih.

Ključ do odgovora na vprašanje ali je pri nastanku izbruhov sevanja gama prisotno močno magnetno polje in ali so njegove silnice urejene ali naključnih smeri, pa so meritve polarizacije svetlobe, ki nastane pri teh eksplozijah. Za tovrstne meritve so v skupini razvili tudi poseben instrument - polarimeter Ringo, ki so ga postavili na teleskop Liverpool. "Z njim lahko že nekaj minut po dogodku opazujemo in merimo polarizacijo svetlobe, ki pride do nas."

Za delo na področju meritev polarizacije zasijev izbruhov sevanja gama je slovenska astrofizičarka leta 2015 prejela tudi Zoisovo priznanje, leta 2014 je bilo njeno delo uvrščeno med 10 najodmevnejših raziskovalnih dosežkov Univerze v Ljubljani, leta 2013 pa med dosežke Odlični v znanosti 2013, projekta pod okriljem agencije za raziskovalno dejavnost.

Odprava Gaia

Gomboc sodeluje tudi pri misiji Gaia, ki jo je ESA izstrelila leta 2013, in meri razdalje in hitrosti približno milijarde zvezd v naši galaksiji. "Na ta način bomo dobili tridimenzionalno sliko naše galaksije. Poznane hitrosti pa nam bodo omogočile, da bomo čas lahko v računalniških simulacijah zavrteli nazaj ali naprej ter tako ugotovili, kakšna je bila galaksija v preteklosti oz. kakšna bo v prihodnosti."

Ko satelit Gaia skenira nebo, zazna tudi številne druge, kratkotrajne pojave, pojasnjuje Gombočeva. Tako lahko zazna tudi dogodke, kot je denimo plimsko raztrganje zvezde.

Plimsko raztrganje zvezde nastane, ko zvezdo po nesreči zanese v bližino črne luknje, kjer jo njena plimska sila raztrga. "Del zvezde lahko 'požre', drugi del pa razprši po okolici in ta del lahko še nekaj časa sveti. Z opazovanjem te svetlobe med drugim preučujejo lastnosti črnih lukenj. Gre za zanimivo področje astronomije, ki se odpira s pomočjo tehnologije," dodaja profesorica.

Med največjimi ugankami temna snov in temna energija

Ena velikih tem v prihodnje bodo po mnenju profesorice Gomboc gravitacijski valovi, ki jih je lani prvič neposredno zaznal observatorij LIGO in so nastali ob zlitju dveh črnih lukenj. Odpirajo namreč pot do razrešitve mnogih odprtih vprašanj o vesolju. Med največjimi ugankami pa po mnenju profesorice izstopata temna snov in temna energija, ki, kot pravi, določa prihodnost našega vesolja.

Vidna snov v vesolju, ki jo lahko dejansko zaznamo, namreč sestavlja samo približno pet odstotkov vesolja, približno 25 odstotkov pa predstavlja neka snov, ki jo imenujejo temna snov, a je zaenkrat še neznanka. "Vemo, da obstaja, ker s svojo gravitacijsko silo deluje na vidno snov, ne vemo pa, kaj ta je. Najbolj verjetni kandidati so subatomski delci oz. osnovni in fizikalni delci, ki pa zaenkrat še niso bili detektirani."

Temna energija pa predstavlja okrog 70 odstotkov vesolja in povzroča njegovo pospešeno širjenje. "Vemo, da se naše vesolje vedno hitreje širi, to širjenje pa lahko zaenkrat razložimo le z dodajanjem specifičnega člena v enačbo, ki mu pravimo temna energija," je še dodala astrofizičarka.

O dr. Andreji Gomboc

Profesorica Gomboc je do nedavnega predavala na ljubljanski fakulteti za matematiko in fiziko, od leta 2015 pa poučuje astrofiziko na Fakulteti za naravoslovje na Univerzi v Novi Gorici. Njeno raziskovalno področje sta astronomija in astrofizika, znotraj tega pa črne luknje, izbruhi sevanja gama in plimsko raztrganje zvezd.

Kot štipendistka programa Marie Curie se je med letoma 2002 in 2004 podoktorsko izpopolnjevala na Astrofizikalnem raziskovalnem inštitutu v Liverpoolu v Veliki Britaniji. V letih 2011-2014 je vodila projekt Evropske vesoljske agencije ESA z naslovom "Relativistični globalni navigacijski sistem satelitov".

Redno objavlja tudi poljudnoznanstvene članke s področja astronomije in astrofizike v astronomski reviji Spika in je ustanoviteljica in urednica spletnega Portala v vesolje. Je predsednica Slovenskega odbora za astronomijo pri DMFA Slovenije, predsednica nacionalne komisije za tekmovanje iz znanja astronomije, ki ga od leta 2009 organizira DMFA Slovenije, ter članica Evropskega astronomskega društva in Mednarodne astronomske zveze.