Tajemné záblesky gama – z vesmíru i ze Země

I přes všechen pokrok posledních let představují dodnes kosmické záblesky záření gama jednu z největších astrofyzikálních záhad. Tyto krátké jevy představující největší známá uvolnění energie, které vzniká vesměs ve velmi vzdáleném vesmíru, můžeme často pozorovat i v normálním viditelném světle a v záření rentgenovém. Někdy i rádiovém. Gama jevy nás ovšem překvapují nejen jako záblesky z vesmíru, ale i jako záblesky přicházející ze zemského povrchu.

První detekce a diskuse těchto jevů vedly v 70. letech minulého století k velkému rozvoji experimentů, vesměs na družicích Země, které měly dané jevy detailněji studovat. Zajímavostí je, že první záznamy kosmických gama záblesků pořídily americké družice Vela, jejichž úkolem nebylo pozorování vesmíru, ale naopak monitorování zemské atmosféry a okolozemního prostoru při sledování sovětských jaderných pokusů.

S frekvencí přibližně jeden záblesk denně jde o poměrně časté jevy. Přestože je na jejich detekci obvykle třeba nákladné vesmírné vybavení, existuje zajímavá metoda, jak tyto jevy zaznamenat i na zemském povrchu, a to poměrně jednoduchým a nenákladným zařízením.

Na lovu záblesků gama
Jde o tzv. ionosférickou detekci, k níž je potřebujeme anténu VLF rádiových vln o velmi nízké frekvenci a přijímač signálu ze vzdáleného rádiového vysílače (například vysílače signálu pro mobilní komunikaci ponorek). Přijímač detekuje ionosférické poruchy, k nimž patří i projevy kosmických gama záblesků. Signál ze vzdáleného vysílače (řádově 1000 km) se šíří odrazy mezi zemským povrchem a tzv. D vrstvou ionosféry jako ve vlnovodu.

První detekci gama záblesku touto metodou prokázal tým prof. J. Fishmana z americké NASA v roce 1988. Poté však tato metoda upadla v zapomnění, takže do nedávné doby byly tímto způsobem zaznamenány pouhé tři gama záblesky. Čtvrtá detekce se podařila slovenskému amatérskému radioastronomovi Rudolfovi Slošiarovi z Bojnice před 4 lety, který o ní referoval v českém časopisu amatérských pozorovatelů proměnných hvězd Perseus.

Od publikace k mezinárodnímu uznání
Publikace stála i na počátku naší spolupráce, která posléze v horizontu několika let vedla k prezentaci dosažených výsledků na významných zahraničních profesionálních konferencích i ve světovém odborném tisku. Šlo o vstup na poměrně tenký led, reakce mezinárodní světové komunity se v té době dala jen těžko předvídat. Vše ale dopadlo dobře, přijetí mezinárodní komunitou bylo výrazně pozitivní: Závěr: jde o slibný a významný doplněk k pozorování a výzkumu kosmických gama záblesků s možností dokonce přispět k vědecké fyzikální analýze, například odhadu rozložení energie ve spektru zdroje. Zejména je zdůrazňována originalita nápadu a jednoduchost a nenákladnost potřebného vybavení. Je ale třeba konstatovat, že k rozeznání gama záblesku je třeba velké zkušenosti s interpretací tohoto druhu dat. A tu pan Slošiar má.  

Dnes již má pan Slošiar na kontě další detekce a své zařízení v chodu předvedl účastníkům mezinárodního workshopu IBWS2009 v Karlových Varech. Jím vyrobený přijímač byl uveden do provozu i na observatoři v Ondřejově a na dalších místech. Předpokládáme, že se do zpracování dat zapojí i studenti.

Gama jevy nejen z vesmíru
Experiment BATSE na americké družici Compton GRO byl již podobně jako řada dalších konstruován na pozorování záblesků záření gama z vesmíru. Velkou, avšak málo známou zajímavostí se stal fakt, že experiment kromě několika tisíc kosmických gama záblesků zaznamenal i několik desítek gama záblesků přicházejících ze zemského povrchu. Gama jevy ze zemského povrchu nakonec tedy byly opravdu objeveny, jakkoli mimo souvislost s jadernými pokusy.

Astrofyziky, kteří navrhovali přístroje na družicích, záblesky ze zemského povrchu příliš nezajímaly, takže tyto jevy dodnes zůstávají tak trochu na okraji zájmu. Přesto jde o velmi zajímavé atmosférické jevy, při nichž jsou v zemské atmosféře generovány částice energetického gama záření o energii až 20 milionů eV. Ve vesmíru tak vysoké energie vznikají například v okolí černých děr.

Poprvé již v roce 1994
Družice speciálně sestrojené pro detekci kosmických gama záblesků začaly překvapivě zaznamenávat i jevy, jejichž pozice je konzistentní ze zemským povrchem, poprvé v roce 1994. Americká družice Compton GRO jich za 9 let činnosti zaznamenala 70, druhou družicí se pak stala RHESSI americké agentury NASA, zachytila jich za 6 let již přes 800. Třetím satelitem, který tyto jevy detekuje, je malá italské družice AGILE. Na kontě jich zatím má již 20.  

Že by tropická energie?
Jevy jsou velmi krátké v trvání jen několika milisekund. Výška je neznámá, ale existují náznaky, že jevy vznikají těsně nad tropickými bouřkovými mraky poblíž tropické tropopauzy. Odhaduje se, že uvolněná energie je řádu tisíce až statisíce joulů.

Jevy nastávají většinou v oblasti zemského rovníku. Dosavadní pozorování naznačují, že jevy souvisejí s oblastmi intenzivních tropických bouří v oblasti zemského rovníku, a že jsou patrně důsledkem extrémně silných elektrických výbojů ve výškách kolem několika desítek kilometrů. Oblasti tropických bouří s sebou tedy nesou velmi silný energetický potenciál.

Protože jevy velmi pravděpodobně vysílají i emisi v oblasti rentgenového záření, je možné, že k jejich studiu v budoucnosti přispějí rentgenové monitory se širokoúhlou optikou typu rybí oko, vyvinuté v České republice pro kosmické aplikace. Vše nasvědčuje tomu, že by při instalaci na balonu a při nasměrování k zemskému povrchu mohly tyto jevy zachytit a zobrazit. Připravuje se i rentgenový monitor na bázi kódované desky pro modul Kolumbus mezinárodní kosmické stanice ISS.