Teleskop Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) XMM-Newton zaobserwował spektakularny układ rozszerzających się pierścieni w rejonie, gdzie na początku grudnia miał miejsce błysk gamma. Obserwowana prędkość ekspansji pierścieni jest tysiąc razy większa od prędkości światła. Po raz pierwszy tak zwane “echo” można obserwować w paśmie promieniowania rentgenowskiego. Echo powstaje, gdy promieniowanie wyzwolone podczas błysku gamma napotyka na swojej drodze międzygwiezdny pył i jest przezeń rozpraszane. Można ten efekt porównać do rozpraszania światła latarni morskiej we mgle. Pobudzony przez fale gamma pył zaczyna świecić, co pozwala na zbadanie jego rozkładu w przestrzeni i zidentyfikowanie miejsc, w których prawdopodobnie może zachodzić proces tworzenia się gwiazd i planet.

3 grudnia 2003 roku obserwatorium Integral należące do ESA wykryło silną wiązkę promieniowania gamma, emitowaną przez około 30 sekund. Sygnał pochodził z odległej galaktyki. Dzięki skomplikowanemu systemowi przekazywania informacji w ciągu kilku minut w ten rejon nieba skierowano całą baterię instrumentów. Tajemnicze źródło promieniowania nazwano GRB 031203. XMM-Newton także przyłączył się do polowania i wykonał szczegółowe zdjęcia celu za pomocą aparatu European Photon Imaging Camera (EPIC).

ESA

XMM-Newton to instrument do obserwacji w ultrafiolecie i promieniowaniu rentgenowskim, umieszczony na orbicie przez Europejską Agencję Kosmiczną (European Space Agency – ESA) 10 grudnia 1999 roku.

XMM-Newton jest w najczulszym teleskopem do obserwacji promieniowania rentgenowskiego, jaki dotychczas wystrzelono. Wyniosła go na orbitę rakieta Ariane-5 10 grudnia 1999 roku. Planowany czas eksploatacji XMM-Newtona to 10 lat. Promień jego orbity to jedna trzecia odległości od Ziemi do Księżyca. Dzięki temu obrazy, które przesyła są ostre i wyraźne.

Na zdjęciach wyraźnie widoczna jest centralna plamka promieniowania rentgenowskiego, tak zwana “poświata” po głównym błysku. O wiele większe wrażenie robią jednak dwa pierścienie rozchodzące się od poświaty, które zdają się poruszać z prędkością wielokrotnie większą od prędkości światła. Dr Simon Vaughan z University of Leicester przewodzi międzynarodowemu zespołowi naukowców badających GRB 031203. Wyjaśnia on, że te pierścienie są przez astronomów nazywane “echem”. Powstają, gdy promieniowanie rentgenowskie z odległego błysku gamma pada na pył znajdujący się w naszej Galaktyce. “Pył rozprasza część tych promieni X, przez co powstają takie pierścienie. Patrząc na światła samochodu zbliżającego się we mgle obserwujemy podobne efekty“.

Chociaż najjaśniejszym punktem na zdjęciach z XMM-Newtona jest poświata, pierścienie wokół niej są o wiele bardziej interesujące. “To jak krzyk w kościele” – obrazowo porównuje Vaughan. – “Chociaż krzyk gamma jest głośniejszy, to dzwoniące w Galaktyce echo jest znacznie bardziej przejmujące“. Pierścienie wydają się rozszerzać, ponieważ promieniowanie X pochodzące od pyłu znajdującego się dalej od kierunku, na którym wybuchł GBR 031203 potrzebuje więcej czasu, by do nas dotrzeć. Oczywiście nic nie może poruszać się szybciej od światła. “Przewidzeliśmy to bazując właśnie na skończonej prędkości światła” – mówi Vaughan. – “Nadświetlna prędkość ekspansji to tylko złudzenie, efekt czysto geometryczny“. Wraz ze współpracownikami Vaughan wyjaśnił, że widzimy dwa pierścienie, ponieważ między Ziemią a źródłem błysku gamma znajdują się dwie cienkie warstwy pyłu. Ta bliżej nas jest odpowiedzialna za szerszy pierścień, ta dalsza za węższy.

Ponieważ prędkość rozchodzenia się promieni Rentgena w przestrzeni kosmicznej jest dokładnie znana, zespół z Leicester wyznaczył odległość, w jakiej położone są względem nas obłoki pyłu na podstawie pomiarów szerokości obu pierścieni. Bliższy z nich jest oddalony od Ziemi o 2900 lat świetlnych i prawdopodobnie jest częścią mgławicy Guma, pozostałości po wybuchu supernowej. Dalszy znajduje się w odległości 4500 lat świetlnych. Badania rozkładu pyłu w naszej Galaktyce są o tyle ważne, że miejsca zagęszczenia pyłu wskazują obszary, w których mamy szanse zaobserwować skomplikowane procesy towarzyszące formowaniu się młodych gwiazd.

GRB 031203 to pierwszy zarejestrowany przypadek rozszerzających się pierścieni promieniowania X. Wolniej poruszające się pierścienie światła widzialnego obserwowano czasami wokół supernowych.

Zdjęcia z XMM-Newtona dają też sporo informacji o naturze samego błysku gamma. Błyski gamma to najpotężniejsze eksplozje, jakie obserwujemy we Wszechświecie, a astronomowie wciąż nie są pewni ich przyczyn. Czasem występują podczas wybuchu supernowej, ale jedynie najbardziej masywne gwiazdy, które po przejściu stadium supernowej zapadają się do czarnej dziury są w stanie wywołać błysk gamma. Opóźnione promienie Rentgena z GRB 031203 pozwalają określić jasność błysku z 3 grudnia, który je spowodował. Dotychczas naukowcy dysponowali jedynie danymi z teleskopu Integral. “Pomiary XMM-Newtona są kluczowym elementem potrzebnym do dokładniejszego zbadania mechanizmu błysku” – mówi dr Fred Jansen, naukowiec pracujący przy XMM-Newtonie. – “Im więcej szczegółów dowiemy się na temat błysków gamma, tym bliżsi będziemy zrozumienia jak powstają czarne dziury“.

Na dzień dzisiejszy dane z teleskopów XMM-Newton i Integral są najdokładniejszymi, jakimi dysponują badacze błysków gamma. W tym roku nowy satelita wyposażony w przyrządy do obserwacji promieniwania gamma nazwany Swift zostanie umieszczony na orbicie (więcej o satelicie Swift Postępy w budowie sondy Swift“>tutaj). Jest to efekt współpracy Stanów Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i Włoch. Swift dołączy do flotylli satelitów mających za zadanie wczesne wykrywanie błysków gamma, na które można później skierować większe teleskopy, takie jak XMM-Newton. Zapowiada się ciekawy sezon dla łowców błysków gamma.