Multi-messenger astronomie je oblast astronomie a astrofyziky, která studuje vesmírné objekty a jevy kombinací několika nezávislých informačních kanálů (v anglické terminologii označovaných jako messengers). Vedle tradičního pozorování elektromagnetického záření využívá také detekci gravitačních vln, neutrin a kosmického záření.
Jednotlivé informační kanály vznikají různými fyzikálními procesy a poskytují odlišné informace o pozorovaném zdroji. Jejich kombinace umožňuje získat úplnější obraz energetických astrofyzikálních událostí, například výbuchů supernov, splynutí černých děr nebo neutronových hvězd, záblesků gama záření a procesů v okolí aktivních galaktických jader.
Významnou součástí multi-messenger astronomie je koordinace pozorování mezi různými observatořemi a detektory. Kombinace signálů pocházejících ze stejné astronomické události umožňuje zpřesnit určení jejího původu, fyzikálních vlastností a mechanismů, které ji způsobily.
Princip Základním principem multi-messenger astronomie je využití skutečnosti, že různé fyzikální procesy probíhající při jedné astrofyzikální události mohou vytvářet odlišné druhy pozorovatelných signálů. Každý informační kanál je citlivý na jiné vlastnosti zdroje a může zachycovat jinou fázi nebo oblast probíhajícího procesu.
Elektromagnetické záření poskytuje informace o prostředí, teplotě a interakci látky se zářením, zatímco neutrina a gravitační vlny mohou přinášet informace z oblastí, které jsou pro elektromagnetické pozorování obtížně dostupné. Kombinace těchto měření proto umožňuje podrobněji zkoumat například kolapsy hmotných hvězd, splynutí kompaktních objektů nebo vysokoenergetické procesy v aktivních galaktických jádrech.
Důležitou součástí tohoto přístupu je časová a prostorová souvislost jednotlivých detekcí. Pokud jsou různé signály zaznamenány ve shodném časovém období a pocházejí ze stejné oblasti oblohy, mohou být interpretovány jako projevy jedné astronomické události. Tento postup umožňuje následná cílená pozorování dalšími přístroji.
Základní informační kanály Multi-messenger astronomie využívá několik různých druhů signálů, které se liší způsobem vzniku, šířením vesmírem i metodami detekce. Jejich kombinace umožňuje spojovat informace o různých fyzikálních procesech probíhajících ve stejném astrofyzikálním zdroji.
Elektromagnetické záření Elektromagnetické záření je tradičním a nejdéle využívaným zdrojem astronomických informací. Pozorování v různých částech elektromagnetického spektra, od rádiových vln po gama záření, umožňuje studovat vlastnosti látky, teplotu, chemické složení a procesy probíhající v okolí astronomických objektů.
Elektromagnetická pozorování často slouží k přesnější lokalizaci zdrojů detekovaných jinými metodami a ke sledování jejich dalšího vývoje v čase.
Gravitační vlny Gravitační vlny jsou poruchy časoprostoru vznikající při zrychleném pohybu velmi hmotných objektů. V multi-messenger astronomii jsou významné zejména při studiu splynutí kompaktních objektů, například dvojic černých děr nebo neutronových hvězd.
Protože gravitační vlny interagují s látkou velmi slabě, mohou přinášet informace přímo o dynamice oblastí, které nejsou dostupné běžným elektromagnetickým pozorováním.
Neutrina Neutrina jsou elementární částice se slabou interakcí s látkou. Díky tomu mohou unikat z hustých oblastí, například z nitra explodujících hvězd, a přinášet informace o procesech probíhajících hluboko uvnitř zdroje.
Na rozdíl od nabitých částic nejsou neutrina významně vychylována magnetickými poli, takže jejich směr může ukazovat k oblasti, ze které pocházejí. Významnou roli mají zejména při studiu supernov a vysokoenergetických astrofyzikálních procesů.
Kosmické záření Kosmické záření tvoří převážně vysokoenergetické nabité částice přicházející z vesmíru. Jeho studium poskytuje informace o extrémních urychlovacích procesech, například v okolí aktivních galaktických jader nebo jiných vysokoenergetických zdrojů.
Interpretace kosmického záření je obtížnější než u neutrin nebo gravitačních vln, protože nabité částice jsou při průchodu mezihvězdnými a mezigalaktickými magnetickými poli vychylovány. Kombinace s dalšími informačními kanály proto pomáhá při určování jejich možných zdrojů.
Koordinace pozorování Multi-messenger pozorování vyžadují spolupráci mnoha různých observatoří a detektorů rozmístěných po celém světě. Některé astrofyzikální události, například splynutí kompaktních objektů nebo záblesky gama záření, probíhají v krátkých časových intervalech, a proto je důležitá rychlá výměna informací mezi jednotlivými experimenty.
K multi-messenger pozorováním se využívají rozsáhlé mezinárodní sítě specializovaných detektorů a observatoří. Gravitační vlny detekují například interferometry LIGO, Virgo a KAGRA, vysokoenergetická neutrina observatoře IceCube a ANTARES Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch project a kosmické záření velmi vysokých energií například Pierre Auger Observatory nebo Telescope Array Project. Elektromagnetická pozorování zajišťuje široká síť pozemních i kosmických observatoří, například Fermi Gamma-ray Space Telescope, Swift, MAGIC Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes, ALMA nebo Chandra.
Při detekci potenciálně významné události mohou specializované systémy rozesílat upozornění dalším observatořím, které provedou následná pozorování (anglicky follow-up observations) v jiných oblastech elektromagnetického spektra nebo pomocí jiných detekčních metod.
Jedním z projektů zaměřených na koordinaci multi-messenger pozorování je Astrophysical Multimessenger Observatory Network (AMON), který propojuje různé astronomické observatoře a částicové detektory za účelem vyhledávání časových a prostorových souvislostí mezi jednotlivými událostmi.
Významná pozorování
SN 1987A SN 1987A představuje jeden z prvních významných příkladů pozorování jedné astronomické události více nezávislými metodami. Výbuch supernovy ve Velkém Magellanově oblaku byl v roce 1987 pozorován pomocí elektromagnetického záření a současně byly zaznamenány neutrinové signály v několika podzemních detektorech.
Detekce neutrin před příchodem viditelného záření potvrdila základní představy o procesech probíhajících při gravitačním kolapsu jádra hmotné hvězdy. SN 1987A se proto považuje za významný předstupeň moderní multi-messenger astronomie.
GW170817 náhled|vlevo|Změny optického a blízkého infračerveného spektra kilonovy v galaxii NGC 4993 po detekci události GW170817.
Událost GW170817, zaznamenaná v roce 2017 detektory LIGO a Virgo, byla prvním pozorováním splynutí dvou neutronových hvězd pomocí gravitačních vln. Krátce po detekci gravitačního signálu byl zaznamenán také záblesk gama GRB 170817A a následně elektromagnetické záření v dalších částech spektra.
Kombinace gravitačních a elektromagnetických pozorování umožnila určit vlastnosti zdroje a sledovat vznik tzv. kilonovy. GW170817 je považována za první plně rozvinutý příklad multi-messenger pozorování zahrnující gravitační vlny.
TXS 0506+056 náhled|Poloha objektu TXS 0506+056 pozorovaná v gama záření (energie vyšší než 1 GeV) pomocí Fermi Gamma-ray Space Telescope. TXS 0506+056 je blazar typu BL Lac, který byl původně objeven jako rádiový zdroj a později identifikován jako aktivní galaxie. Objekt byl před rokem 2017 znám také jako zdroj vysokoenergetického gama záření pozorovaného například družicemi EGRET a Fermi Gamma-ray Space Telescope.
V roce 2017 zaznamenala observatoř IceCube vysokoenergetické neutrino označené IceCube-170922A. Následná pozorování v elektromagnetickém spektru ukázala možnou souvislost se zvýšenou aktivitou blazaru TXS 0506+056.
Tato událost představovala jeden z prvních případů, kdy bylo vysokoenergetické neutrino spojeno s pravděpodobným extragalaktickým zdrojem pomocí kombinace neutrinových a elektromagnetických pozorování.
Odkazy
Poznámky
Reference
Související články Astronomie Neutrinová astronomie
Kategorie:Astronomie Kategorie:Astrofyzika Kategorie:Vesmír