Novinky

Na čem pracujeme: Rychlé rádiové záblesky malými dalekohledy

Jednou z velkých záhad současné astrofyziky jsou tzv. rychlé rádiové záblesky (Fast Radio Bursts – FRB). Martin Jelínek a Jan Štrobl z ASU společně se Sergejem Karpovem z Fyzikálního ústavu Akademie věd studovali po tři noci FRB 121102 a s pomocí relativně malého 50cm dalekohledu pátrali po možném optickém protějšku tohoto zábleskového zdroje.

FRB se vyznačují velmi krátkými a intezivními záblesky na rádiových vlnových délkách. Byly objeveny před více než desítkou let a doteď není jasný jejich původ. Délka rádiového záblesku je velmi krátká, typicky méně než několik málo milisekund, a signál vykazuje velkou disperzi. To naznačuje, že původce musí být poměrně kompaktní a hlavně být extragalaktického původu. Současně je téměř vyloučeno, aby byly FRB podobného původu jako jiné vysoce energetické přechodné jevy, jakými jsou například výbuchy supernov, zábleskové zdroje záření gama nebo aktivní galaktická jádra.  Dodnes nebyly rádiová pozorování rychlých rádiových záblesků doplněna o pozorování v jiném spektrální oboru.

FRB 121102 je zajímavý zejména tím, že jsou od tohoto zdroje rádiové záblesky pozorovány opakovaně. Záblesky se objevují nepravidelně s odstupy několika dní. Opakovatelnost jednak umožnila vyloučit jako původce destruktivní jevy jako například již zmíněné výbuchy supernovy, ale také umožnila lépe lokalizovat pozici zdroje. Původce se nachází v slabé trpasličí galaxii ve vzdálenosti tří miliard světelných let v souhvězdí Vozky.

Vzhledem ke krátkosti rádiových záblesků vyžaduje monitoring velmi rychlou kadenci pořizování dat, což je i v dnešní době technologickou výzvou pro optická pozorování. Tým autorů měl k dispozici 50cm zrcadlový dalekohled D50 operovaný ASU v Ondřejově, který se zapojit do třídenní koordinované kampaně společně se 100metrovým radioteleskopem v německém Effelsbergu, která proběhla mezi 27. a 29. září 2017. EMCCD kamera v ohnisku dalekohledu byla ovládána speciálním řídícím programem, který umožňoval velmi rychlé snímání a vyčítání čipu. Díky tomu mohly být expoziční doby v řádu několika málo setin sekundy a během tří nocí bylo tedy pořízeno celkově přes 2,5 milionu vědeckých snímků. Tyto snímky musely být redukovány  standardním postupem, jednotlivé kroky však musely být upraveny pro použití na krátkoexpozičních snímkách. Krátkoexpoziční snímky například obsahují šum, jehož statistické vlastnosti neodpovídají běžnému normálnímu rozdělení. Odstranění pozaďového signálu je v případě pořízených snímků také složitější.

Výsledné snímky byly za pomoci identifikace jednotlivých hvězd zarovnány v pozici, čímž se odstranily nepřesnosti vedení montáže a také atmosférické variace. Na souřadnicích FRB 121102 prováděli autoři klasickou aperturní fotometrii. Všechny statisticky významné výkyvy v pořízené světelné křivce byly jednotlivě studovány.

Bohužel, po dobu pozorovací kampaně nezaznamenal radioteleskop v Effelsbergu žádný záblesk od FRB 121102. Stejně tak se nepodařilo v optických pozorování objevit světelné změny související s tímto objektem. I negativní výsledek však může být nadmíru užitečný. Dlouhodobé pozorování umožnilo stanovit horní limit jasnosti objektu FRB 121102 v optickém oboru v období rádiového klidu. Ten pak odpovídá téměř 14 magnitudám pro 10-20milisekundové expozice bez filtru, přibližně o magnitudu méně pro 20ms expozice ve filtru I. Datová řada umožnila též posoudit fotometrickou stabilitu neustálých pozorování. Přesnost určení jasností objektů pak činí kolem 5 % pro jasnější objekty. V této variaci se projevují především nízkofrekvenční oscilace, jejichž původ je buď v měnících se atmosférických podmínkách, nebo ve vlivu elektroniky kamery, které však nejsou astrofyzikálního původu.

Práce především ukazuje, že i menší dalekohledy téměř amatérské třídy lze použít pro studium optických protějšků rychlých rádiových záblesků, pokud jsou propojeny s kamerou provádějící velmi rychlý záznam. Pro dlouhodobý monitoring méně častých astrofyzikálních událostí se známou lokalizací jsou pak takové dalekohledy velmi vhodné.

Michal Švanda

Citace práce

S. Karpov, M. Jelínek, J. Štrobl, Looking for fast optical bursts from FRB121102: case study for a small telescopes with sub-second temporal resolution, Astronomische Nachrichten v tisku, preprint arXiv:1909.00476

Kontakt: Mgr. Martin Jelínek, Ph. D., martin.jelinek@asu.cas.cz