Záhadné kilonovy: dokážeme je vůbec objevit?

O gravitačních vlnách jste už jistě slyšeli a o James Webb Space Telescope (JWST), nástupci Hubblea jistě také. V současné době se vědci předhánějí v návrzích toho, co všechno by JWST měl pozorovat. Mezi horké kandidáty patří například kilonovy, tak trochu jiné ‘novy’, a gravitační vlny.

Pokaždé, když se schválí nová mise, astronomická komunita začne navrhovat možnosti vědeckého využití. Rámcový plán samozřejmě existuje už dopředu, ale konkrétní návrhy se sepisují až ve formě takzvaných ‘white papers’ – bílých článků. Jedním z návrhů, jak využít JSWT, je propojit jeho pozorování s observatoří LIGO (Laser Interferometry Gravity Observatory), která se pokouší o detekci gravitačních vln pomocí malých prostorových fluktuací detekovatelných dvěma výkonnými lasery.

LIGO, v dlouhých tunelech jsou schovány lasery, které slouží k měření. Zdroj LIGO, Caltech, NSF.

Co s tím mají společného kilonovy? ‘Nova’ je typicky označení pro nově rozzářenou hvězdu. Nemusíme ji nutně být schopní spatřit volným okem, stačí když ji zachytí dalekohledy. Supernova má s kilonovou společný víceméně jen základ názvu a to, že jde o nový, jasný objekt. Kilonova vzniká tak, že se srazí dva kompaktní objekty, jako jsou třeba malé, superhusté neutronové hvězdy. Ty se nikdy nesrazí napřímo jako kulečníkové koule. Naopak se k sobě přibližují po spirále.

To není koneckonců nic výjimečného, takto se chová většina objektů ve vesmíru, které mají kolizní směr. Obecně vzato, gravitace se kolem malých a těžkých neutronových hvězd chová dost divoce a relativistisky, pokud takové hvězdy krouží dvě okolo sebe, jejich gravitační působení spolu interagují a vytvářejí jakési záchvěvy, které by LIGO hypoteticky mělo být schopno detekovat.

Matematická simulace srážky produkující gravitační vlny. Zdroj Numerical Relativity group FSU Jena.

Problém je v tom, že detekce z LIGO byla dosud negativní. Mluvíme totiž o supercitlivém zařízení, které jako záchvěv detekuje i vlak několik desítek kilometrů daleko. O jakýchkoliv seismických záchvěvech nemluvě. Vědci nicméně nezahálejí a navrhují nové úpravy, které zvýší citlivost LIGO. Existuje tu ale jeden problém. Ve chvíli kdy bude detekován signál gravitačních vln, LIGO neumí přesně říct odkud přišel. Umí vymezit jen zhruba jedno procento oblohy, odkud by signál měl pocházet.

Tuhle oblast je pak nutné pozorovat nějakým vesmírným dalekohledem. Je totiž třeba potvrdit, že se ve vymezeném prostoru skutečně nachází něco, co by za gravitační vlny mohlo být zodpovědné. Problém je v tom, že po srážce neutronové hvězdy rychle ztrácí jasnost, a je tak třeba skoro okamžité pozorování. Navíc i v nejjasnějším stadiu, tedy v momentu srážky, jsou velmi slabě viditelné v optické části spektra.

Vyřeší to problém, nebo ne?

Právě tento problém by měl vyřešit JWST. Důvodů je hned několik. JWST má na palubě infračervenou kameru a kilonovy jsou nejjasnější v infračervené části spektra. Díky velikosti zrcadla je JWST schopen detekovat kilonovy už na dvousekundové expozici. Díky rychlému vyčítání by tak měl schopen pokrýt velkou část oblohy za krátký čas. I v tom je však háček. Natočit JSWT ve vesmíru není hračka a oskenovat procento oblohy tak bude trvat padesát hodin.

James Webb Space Telescope v umělecké představě. Zdroj JWST/NASA.

Vesmír samozřejmě na menších škálách není homogenní a tak se můžeme pokusit sledovat pouze oblasti, kde by se kilonovy měly vyskytovat, jako jsou třeba na ionizovaný vodík bohaté galaxie v relativní blízkosti naší Galaxie, a stáhnout tak čas potřebný k prohlídce procenta oblohy na dvě až tři hodiny. To už je o něco rozumnější odhad.

Jedno je jasné, JWST má rozhodně potenciál posunout i tak mladé obory, jakými jsou detekce a studium gravitačních vln.

Jana Poledniková