Zdroje záblesků gama

V úterý 20. dubna 1920 uspořádala americká Akademie věd v Přírodovědeckém muzeu ve Washingtonu veřejnou debatu o povaze spirálních mlhovin mezi předními americkými astronomy H. Shapleyem a H. Curtisem. Tehdy šlo zejména o polohu Slunce v Mléčné dráze (Galaxii), určení rozměrů Galaxie a o vzdálenosti spirálních mlhovin, kterým dnes říkáme galaxie. Shapley hájil názor, že naše Galaxie je ve vesmíru jedinečná, ostatní spirály jsou jakýmisi satelity na jejím okraji a Slunce není v centru Mléčné dráhy. Curtis si naproti tomu myslel, že Slunce je uprostřed Galaxie, ale ostatní spirální mlhoviny jsou rovnocennými vesmírnými „ostrovy“.

Trvalo pak asi 15 let, než se podařilo otázky tehdejší debaty uspokojivě vyřešit. Oba protagonisté se zčásti mýlili a zčásti měli pravdu – místy též hájili správné názory argumenty, které jsou z dnešního hlediska chybné. Víme již naprosto bezpečně, že Slunce se nachází dosti daleko od centra Galaxie, ale na druhé straně je jisté, že všechny spirální mlhoviny jsou vskutku rovnocennými hvězdnými ostrovy.

O tři čtvrtě století později v sobotu 22. dubna 1995 se v témže sále konala nová „velká debata“ a opět byla podstatou sporu stupnice vzdáleností – tentokrát šlo o povahu tajemných zábleskových zdrojů záření gama. Protagonisty diskuse, kterou moderoval královský astronom sir Martin J. Rees z britské Cambridže, byli tentokrát polský astronom B. Paczyński (tč. v Princetonu) a Američan D. Lamb z Chicaga.

Zábleskové zdroje záření gama byly odhaleny pomocí vojenských družic typu Vela r. 1973. Družice sloužily ke kontrole, zda se dodržuje smlouva o zákazu zkoušek atomových zbraní v kosmickém prostoru. Předchozí pokusy ukázaly, že takový výbuch se projeví zábleskem záření gama a tak detektory na družici byly schopny registrovat odpovídající záblesky kdekoliv za hranicí zemské atmosféry.

Skupina odborníků z Los Alamos však brzy zjistila, že takové záblesky vyrábí matka Příroda sama. Vyskytují se asi stokrát do roka, trvají obvykle jen několik málo sekund a maximum jejich energie spadá do pásma kolem 100 keV (viz též Vesmír 66, 447, 1987/8; 66, 517, 1987/9).

Snahy určit povahu zábleskových zdrojů narazily brzy na dvě překážky. Především detektory měkkého záření gama jsou víceméně všesměrové – neexistuje žádný způsob zobrazování, a tedy ani přesnějšího určení směru, odkud záblesk přišel. Zmíněnou nesnáz se podařilo do jisté míry obejít tím, že se záblesky souběžně zaznamenávaly družicemi a sondami co nejvíce vzdálenými od sebe. Pak bylo možno využít ostrého náběhu vzplanutí gama k určení časové prodlevy jevu pro různé přijímací aparatury. Jelikož fotony gama se šíří rychlostí světla, lze touto „časovou triangulací“ určit jednoznačně polohu zdroje na obloze, když máme údaje alespoň ze 4 kosmických stanovišť.

Tak lze získat dostatečně malé „chybové plošky“ na obloze a v nich se pokusit vzplanutí gama identifikovat s již existujícími astronomickými objekty. A tu se objevila zmíněná druhá překážka. V místě chybové plošky se vůbec nic nenašlo ani v jednom případě a v žádném oboru elektromagnetického spektra. Žádné vzplanutí gama se také nikdy neopakovalo na témže místě oblohy.

Není divu, že názory na povahu těchto zdrojů se diametrálně liší a různí autoři publikovali často velmi bizarní domněnky. Podle jedné jde o projevy dopadu komet na povrchu neutronových hvězd, kdežto podle jiné o srážku dvou černých děr. Vyskytl se dokonce názor, že se takto cizí civilizace navzájem likvidují termonukleárními hvězdnými válkami... Sám B. Paczyński je autorem hned několika navzájem neslučitelných domněnek. Prostě po dvaceti letech intenzivního výzkumu a více než 2 000 publikovaných prací jsou astronomové stejně na rozpacích jako v době, kdy skupina z Los Alamos zveřejnila svá první pozorování.

Proto se vkládaly velké naděje do aparatury BATSE na družici COMPTON, vypuštěné v r. 1991 a určené zejména pro studium záření gama z vesmíru. BATSE je totiž schopna zaměřit polohu vzplanutí gama sama, bez podpory časové triangulace, byť s velmi omezenou přesností na obloukové stupně. Až dosud získala BATSE údaje pro více než 1 000 vzplanutí, což dovolilo vykonat základní statistické testy. První test ukazuje, že rozložení zdrojů po obloze je naprosto náhodné. To znamená, že buď musí jít o objekty někde na okraji sluneční soustavy (to je téměř šílené, ale dosud ne zcela vyloučené), anebo o objekty mimo naši Galaxii. Objekty v naší Galaxii vykazují totiž vždy jistou afinitu k hlavní galaktické rovině.

Druhý test ukazuje, že ve všech směrech od nás prostorová hustota (počet vzplanutí v jednotce objemu) zřetelná klesá! Takový výsledek je náramně podezřelý, jelikož to pak vypadá, že Slunce je přesně uprostřed soustavy zábleskových zdrojů gama, což nápadně připomíná Curtisův omyl z velké debaty v r. 1920. Pokud však tento test bereme vážně, je v příkrém rozporu se závěrem, že zdroje vzplanutí gama jsou extragalaktické. Jinými slovy, pozorování jsou v rozporu s každým jen trochu myslitelným modelem a to je situace, v níž se astronomové ocitají velmi vzácně. Proto též ta nová velká debata, kterou sledovalo na místě několik set posluchačů.

Jak se dalo čekat, soustředili se oba řečníci na klíčovou otázku, jak daleko od nás zábleskové zdroje záření gama jsou. Paczyński tvrdil, že jde přece jen o objekty v kosmologických vzdálenostech řádu jedné miliardy světelných let a že jejich fyzikální podstata je naprosto záhadná. Naproti tomu D. Lamb hájil názor, že zdroje se vyskytují na periferii naší Galaxie a jejich povaha souvisí s jevy na povrchu neutronových hvězd. Jak se dalo očekávat, debata skončila nerozhodně a pouze zvýraznila, že spor bude možné rozhodnout jednak získáním dalšího a podstatně početnějšího pozorovacího materiálu v oboru záření gama, jednak případnou identifikací některého vzplanutí s úkazem v jiném spektrálním oboru, nejlépe v reálném čase (takový experiment vyžaduje celosvětovou koordinaci mnoha specializovaných observatoří po dobu více let).

Tento na první pohled ezoterický astronomický problém může mít své až drastické praktické dopady. Jak upozornil S. Thorsett, pokud se potvrdí, že má pravdu Paczyński a jde o populaci extragalaktických objektů, pak dříve či později dojde k takovému vzplanutí relativně blízko v některé nejbližší galaxii, nebo dokonce přímo v Mléčné dráze. V takovém případě by došlo k životu nebezpečnému ozáření Země pronikavými paprsky gama. Fakt, že se tak dosud evidentně nestalo, je silným „antropickým“ argumentem proti kosmologické povaze tajemných záblesků.