Fermi idealnym teleskopem do rejestrowania źródeł fal grawitacyjnych

14 września ubiegłego roku podróżujące od ponad czterech miliardów lat fala grawitacyjne zaburzyły czasoprzestrzeń w pobliżu Ziemi. Zaburzenie powstałe wskutek połączenia się dwóch czarnych dziur, zostało zarejestrowane przez obserwatorium LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) w Hanford, w stanie Waszyngton oraz w Livingston, w stanie Luizjana. Wydarzenie to zapisało się w historii jako pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych na Ziemi i zapoczątkowało powstanie nowej dziedziny nauki – astronomii fal grawitacyjnych.

Niecałe pół sekundy później instrument Gamma-Ray Burst Monitor (GBM) zainstalowany na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Gamma Fermi zarejestrował, krótki i słaby rozbłysk wysokoenergetycznego promieniowania pochodzącego z tego samego obszaru na niebie co fale grawitacyjne. analiza tego rozbłysku sugeruje, że prawdopodobieństwo zbiegu okoliczności wynosi 0.2%. Promieniowanie gamma pochodzące z połączenia czarnych dziur stanowiłoby niesamowite odkrycie ponieważ naukowcy oczekują, że czarne dziury łączą się w sposób “czysty”, bez emisji jakiegokolwiek promieniowania.

“To niesamowite odkrycie, a szansa na to, że jest to fałszywy alarm, jest niesamowicie mała. Jednak zanim zaczniemy pisać podręczniki na nowo, musimy poczekać na obserwacje kolejnych rozbłysków związanych z falami grawitacyjnymi pochodzącymi z łączenia czarnych dziur,” mówi Valerie Connahghton, członek zespołu GBM w National Space, Science and Technology Center w Huntsville w stanie Alabama, główna autorka artykułu opisującego rozbłysk. Artykuł został złożony do publikacji w The Astrophysical Journal.

Wykrycie promieniowania ze źródła fal grawitacyjnych pozwoli nam dużo lepiej poznać charakterystykę takiego zdarzenia. Instrument GBM obserwuje całe niebo nieblokowane przez Ziemię i jest czuły na promieniowanie rentgenowskie i gamma o energii między 8000 a 40 milionów elektronowoltów. Dla porównania energia promieniowania w zakresie widzialnym zawiera się w zakresie między 2 a 3 eV.

Dzięki szerokiemu zakresowi energii i dużemu polu widzenia, GBM jest idealnym instrumentem do wykrywania promieniowania krótkich rozbłysków gamma (GRB), które trwają mniej niż dwie sekundy. Uważa się, że tego typu rozbłyski emitowane są podczas zderzenia dwóch krążących wokół siebie kompaktowych obiektów takich jak np. gwiazdy neutronowe czy czarne dziury. Te same układy odpowiedzialne są za powstawanie fal grawitacyjnych.

“Jeżeli jedno wydarzenie powoduje powstanie rozbłysku gamma i fal grawitacyjnych, to będziemy mogli dowiedzieć się znacznie więcej o naturze krótkich rozbłysków promieniowania gamma,” mówi Lindy Blackburn, post-doc z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, MA i członek zespołu naukowego LIGO Scientific Collaboration.

Aktualnie obserwatoria fal grawitacyjnych charakteryzują się bardzo słabym wzrokiem, jednak to się z czasem poprawy gdy uruchamiane będą kolejne obserwatoria. Jak na razie, w przypadku wrześniowych fal grawitacyjnych (które oznaczane są GW150914), astronomowie byli w stanie zawęzić obszar, na którym znajdowało się źródło do łuku nieba rozciągającego się na 600 stopniach kwadratowych.

“To niesamowicie rozległy obszar nieba, jeżeli mamy na nim poszukać krótkiego rozbłysku GRB, który trwa bardzo krótko i jest bardzo słaby. Ale do tego właśnie służy nasz instrument,” mówi Eric Burns, członek zespołu GMB z University of Alabama w Huntsville.

Mniej niż pół sekundy po wykryciu przez LIGO fal grawitacyjnych, GBM zarejestrował słaby rozbłysk wysoko-energetycznego promieniowania rentgenowskiego trwający zaledwie około sekundy. Rozbłysk miał miejsce pod teleskopem Fermi i pod dużym kątem do detektora GBM, przez co tylko w ograniczonym stopniu udało się określić precyzyjne położenie źródła.

Źródło: NASA