Vesmír je plný tajemství a úžasných jevů a my máme obrovské štěstí, že máme dostatečně velký mozek, který nám umožňuje zkoumat a odhalovat pravdy o samotné podstatě života. Je to ve skutečnosti velmi pozoruhodné, jak něco tak malého zkoumá doslova nekonečný vesmír. Jak je to možné? Zejména díky robotickým průzkumníkům, kteří to díky svému důmyslnému designu umožňují. Některé se těší velkému zájmu a jiné jsou naopak v ústraní. Další dálkovou observatoří pro průzkum vesmíru na okraji zájmu je právě XPoSat, která nám může být skvělým příkladem, jak vlastně probíhá naše snaha o porozumění kosmu. Kdo by to řekl, že něco tak (ne)obyčejného jako světlo je jedním z hlavních zdrojů našeho porozumění vesmíru? Je to v podstatě elektromagnetické záření, které má různé vlnové délky a frekvence. Na základě těchto charakteristik ho kategorizujeme a označujeme jako elektromagnetické spektrum. Součástí této škály je i rentgenové záření, které spadá do kategorie vlnových délek 0,01-10 nm (nanometr). Abychom na tomto místě ocenili důležitost této mise, je vhodné se zpětně podívat na vývoj astronomických přístrojů. Všechno to začalo vynálezem optického dalekohledu před více než čtyřmi sty lety. S připevňováním kamer pro fotografování oblohy na teleskopy se naše možnosti dále rozšířily. Takové zobrazovací dalekohledy umožňovaly snímkování planet a sledování fluktuací světla hvězd. Později jsme se ponořili do analýzy frekvenčních složek ve hvězdném světle, čímž jsme ze spektroskopie učinili důležitý nástroj v astronomii. Spojením metod zobrazování a spektroskopie se objevily přístroje schopné zachytit nebeská tělesa na různých vlnových délkách. Mezi pozoruhodné příklady patří úchvatné snímky Slunce ve viditelné, ultrafialové a rentgenové vlnové délce, z nichž každá odhaluje aspekt spletitého příběhu Slunce. Kromě zobrazování, studia fluktuací světla ze zdroje a spektroskopie se objevil další nástroj pro pozorovací astronomii. Byla to polarizace, která je považována za jednu z vnitřních vlastností světla. Vzhledem k tomu, že každé frekvenční pásmo v astronomii má svůj příběh, tak polarizace rentgenového záření slouží jako klíčový diagnostický nástroj pro zkoumání mechanismu záření a geometrie nebeských zdrojů a umožňuje hlubší vhled do procesů kosmických objektů.

Wilhelm Conrad Röntgen, fyzik, který 8. listopadu 1895 objevil elektromagnetické záření s krátkou vlnovou délkou, jež nazval paprsky X (dnes je známé jako rentgenové záření). Foto: Wikipedia

V mezinárodním měřítku nabývá kosmické studium polarizace rentgenového záření na významu. Dlouhá léta byla i trochu neprávem na druhé koleji. Velká mise NASA zaměřená na polarizaci je Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). Observatoř byla vypuštěna teprve 9. prosince 2021 a je zaměřená na zkoumání polarizace rentgenového záření napříč různými nebeskými objekty. IXPE se věnuje odhalování záhad obklopujících některé z nejextrémnějších jevů ve vesmíru. Patří mezi ně studium pozůstatků po explozích supernov, proudů částic emitovaných černými dírami a dalších zajímavých kosmických událostí. Právě XPoSat lze vnímat jako rozšíření teleskopu IXPE. To znamená, že až budou obě observatoře v provozu ve stejném časovém rámci, jejich koordinované pozorování poskytne široké pozorovací okno v energetickém rozsahu 2-30 keV pro polarimetrická pozorování jasných rentgenových zdrojů. Nic podobného tu nikdy nebylo!

Každý z Vás jistě někdy slyšel o rentgenu. Tedy přístroji, který dokáže odhalit každou zlomenou kost v těle. Ti znalejší vědí, že za objevením tzv. paprsků X stojí Wilhelm Conrad Röntgen. Stalo se tak 8. listopadu 1895 a za svůj objev dostal historicky vůbec první Nobelovu cenu za fyziku. Röntgenův objev zapříčinil velký rozvoj lékařské diagnostiky a vedl k mnoha dalším novým fyzikálním poznatkům počátku 20. století, například k objevu radioaktivity. Mnohem později pak došlo i k uplatnění v astronomii, neboť jeho detekce není možná na povrchu Země, kde je pohlcováno atmosférou. Pokusy tedy musely probíhat minimálně v horních vrstvách atmosféry, kde je vzduch mnohem řidší. První pokusy proběhly v září roku 1949, kdy Němci vypustili raketu V-2, která nesla malý Geigerův-Müllerův počítač a zachytili rentgenové záření Slunce. První rentgenový zdroj mimo Sluneční soustavu byl objeven 18. června 1962. Tým pod vedením Itala Giacconiho vypustil výškovou raketu Aerobee, která detekovala silný rentgenový zdroj v souhvězdí Štíra (Sco X-1). Kromě výškových raket se používaly i detektory umístěné na balónech, mezi jejich největší úspěch patří první přímé změření magnetické indukce hvězdy, konkrétně zdroje Her X-1 a to byl teprve začátek. Následoval díky rentgenové astronomii objev první černé díry (Cyg X-1) a přibývaly i vesmírné observatoře (Uhuru, ROSAT, Chandra a další). Na předešlé úspěchy by chtěl navázat právě XPoSat (X-ray Polarimeter Satellite). Rentgenová observatoř byla vypuštěna na nový rok 1. ledna 2024 raketou PSLV. Zajímavostí startu bylo využití horního stupně POEM-3 (PSLV Orbital Experiment Platform), který vynesl dalších 10 nákladů. Bohužel pro větší rozebrání této zajímavé platformy tu není prostor, ale byla by škoda ho úplně ignorovat, proto jsem se rozhodl, že napíšu i samostatný článek věnovaný pouze stupni POEM a už teď se na něj můžete těšit. 

Paprsky X

Rentgenové záření je vysokoenergetické záření s velmi nízkými vlnovými délkami, což mimo jiné znamená, že je oku neviditelné stejně jako další složky světla, jako například infračervené, nebo ultrafialové záření. V kosmu najdeme celou řadu zdrojů těchto složek elektromagnetického záření a jejich zkoumání nám významně pomáhá chápat podstatu vesmíru. Průzkum v rentgenovém spektru byl dlouho upozaděn a významného pokroku se podařilo dosáhnout až díky stále aktívnímu teleskopu Chandra, který byl velice drahý, ale jeho přínos nelze zpochybnit. Do kosmu jej vynesl raketoplán Columbia v rámci mise STS-93 23. července 1999 a se svými rozměry 13,8 x 19,5 m a hmotností 4 800 kg šlo o největší náklad, jaký kdy raketoplán Columbia vynesl na oběžnou dráhu! Chandra je pojmenována podle přezdívky britského astrofyzika indického původu Subrahmanyana Chandrasekhara, který v roce 1983 obdržel Nobelovu cenu za fyziku za přínos k objasnění fyzikálních procesů při vzniku a vývoji hvězd (zejména objev a výpočet tzv. Chandrasekharovy meze, stanovující maximální možnou hmotnost bílého trpaslíka na 1,44 násobek hmotnosti Slunce). Jeho matematické pojednání o vývoji hvězd přineslo mnoho současných teoretických modelů pozdějších vývojových stádií hmotných hvězd a černých děr. Mimo to fyzikovu přezdívku Chandra nese i asteroid (1958) Chandra. (Raději uvádím, aby mi nebylo zpětně vyčítáno, že jsem na to zapomněl…).

XPoSat během příprav na start. Foto: ISRO

Jeho odkazu si je samozřejmě vědoma i Indie a není divu, že se právě oblasti rentgenového záření chtějí věnovat. Na nový rok z kosmodromu Šríharikota odstartovala raketa PSLV ve verzi s dvojicí pomocných motorů s novou rentgenovou observatoří XPoSat na palubě. Jde o první kosmický teleskop Indie věnovaný studiu vesmíru v rentgenovém záření. Tento „prcek“ (observatoř je skutečně malá váží pouhých 469 kg a na délku měří tělo bez rozvinutých solárních panelů méně než metr) bude studovat různé objekty, které jsou rentgenovými zdroji jako: neutronové hvězdy, černé díry, pulsary a aktivní galaktická jádra (AGN). Než se však ponoříme do detailů XPoSatu, nejprve si ještě povíme něco o rentgenové astronomii. Pozorování různých planet, galaxií a souhvězdí pomocí dalekohledu za jasné noci je vždy vzrušující. Naše možnosti jsou však vždy omezené a to nejen díky husté atmosféře. Lidské oko je sice složité a velmi důmyslné, ale pro pozorování vesmíru rozhodně ne dokonalé. Můžeme totiž pozorovat jen ve viditelném světle a zbytek spektra nám zůstává skryt. Teď si ale představte, že máte schopnost vidět ve všech dostupných vlnových délkách. Rázem by se váš pohled na stejné objekty rapidně proměnil a k vidění by byla řada doposud skrytých detailů. Právě tyto detaily však mohou mít obrovskou vědeckou hodnotu. Nikdo z nás samozřejmě nemá superhrdinské schopnosti a tak je třeba k vidění skrytých vlnění použít různé přístroje. Dalším omezením je však naše atmosféra a tak nejlepším řešením je jednoduše vynést tyto přístroje na oběžnou dráhu Země, jak už jsme si ostatně vysvětlili. Rentgenová astronomie ušla od dob svého vzniku velký kus cesty. Zejména citlivost přístrojů umožňuje stále lepší výsledky. Známe fotometrii, snímkování, spektroskopii a polarimetrii, která patří k novějším způsobům, jak získat data. Jde tedy o doposud nedopsanou stránku astronomie. Pojďme si tedy ve stručnosti popsat jak důležitou roli polarizace v rentgenové astronomii má.

Polarizace

Znázornění polarizovaného světla. stačí, aby nepolarizované světlo prošlo polarizačním filtrem, a stává se polarizovaným. Obrázek: Jitka Hloušková

Polarizaci můžeme ve skutečnosti pozorovat všude kolem nás. Stačí si vzít jednoduchý polarizační filtr a otáčet s ním a nebo nasadit lepší sluneční brýle. Pokud na něj dopadá polarizované světlo mění se jas jim prošlého světla. Polarizaci můžeme pozorovat na světle procházejícím oblohou (dochází zde k jeho rozptylu). Fotografové vědí, že tato částečná polarizace způsobuje bledou oblohu na snímcích. A také světlo dopadající na vodní hladinu je polarizované a oslňuje. A věřím, že i sami přijdete na další příklady z praxe. Polarizace se týká orientace oscilací vlny a je vlastností určitých typů vln, jako elektromagnetické vlny. Jedním jejich typem je i viditelné světlo. Během toho tato vlna kmitá nebo vibruje a pochopením toho, jak něco vibruje nebo kmitá, nám umožňuje odemknout množství dalších znalostí o samotném objektu. Například jeho chování v extrémních podmínkách, jako jsou například supersilná magnetická pole a nebo extrémní gravitace. Poskytnutím dvou nezávislých parametrů – stupně a úhlu polarizace, nám pomáhá určit model pro zdroj rentgenového záření. Právě v tomto máme ale značné mezery. Studovali jsme různé aspekty rentgenového záření, jako je jeho rychlost změny, původ a složení. Určování polarizace se však odsouvalo na druhou kolej a zaostávalo. Což je podobné jako koupit si drahý kávovar, ale kupovat do něho nejlevnější kávu, či mít výkonný počítač, ale stále starý monitor. Moderní vesmírné observatoře, ale už poskytují výsledky i v oboru rentgenové polarizace a je to samozřejmě dobře.

Polarimetrická pozorování akrečních disků galaktických černých děr jsou velmi zajímavá také proto, že poskytují jedinečnou příležitost k ověření některých předpovědí obecné teorie relativity, které jsou jinými metodami nedostupné. Další skupinou zajímavých cílů pro pozorování polarizace jsou místa urychlování kosmického záření, jako jsou zbytky supernov a výtrysky v aktivních galaktických jádrech (AGN) nebo mikrokvasarech. (Podrobné vysvětlení těchto objektů je nad rámec tohoto článku. Pokud se chce čtenář o těchto objektech dozvědět více, může si objekty najít na internetu). Polarizační pozorování těchto míst poskytnou přímé informace o geometrii a také o struktuře a intenzitě magnetických polí v nich.

Shrňme si tedy následovně, proč je polarizace pro rentgenovou astronomii důležitá. Může nám poskytnout cenné informace o:

• Síle a rozložení magnetických polí ve zdrojích, podle kterých můžeme vytvářet fyzikální modely.
• Geometrické anizotropii ve zdrojích.
• O jejich orientaci vzhledem k zornému poli.
• Povaze urychlovače, který je zodpovědný za energie elektronů účastnících se záření a rozptylu.

Právě polarizační měření některých objektu hlubokého vesmíru jsou hlavním úkolem kosmické observatoře XPoSat. Pochopitelně se na výsledky těší i vědecká komunita a ač se to nezdá, tak i takto malá vědecká sonda může být důležitá. Nedá mi to a na tomto místě bych rád vzpomenul na ambiciózní český projekt LVICE², protože mělo jít též o sondu menších rozměrů, která by byla neméně důležitým vědeckým přínosem, ale Ministerstvo dopravy se rozhodlo zafinancovat více konzervativní mise. Nicméně budíš nám XPoSat příkladem, že význam menších sond stoupá a nadějí, že i ČR se dočká významnějších misí. Podílet se na nějakém projektu je jistě záslužné, ale mít vlastní vědeckou sondu zkoumající doposud neznámé, je úplně jiná liga. No ale pojďme se raději podívat „pod sukni“ zajímavému teleskopu XPoSat. Dalekohled byl vyvinut Ramanovým výzkumným institutem (RRI) v úzké spolupráci se satelitním střediskem UR Rao Satellite Centre (URSC). Podle ISRO tato mise doplní a rozšíří měření teleskopu IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) od NASA a odhadovaná životnost je nejméně 5 let. Výhodou je i moznost dlouhého pozorovacího času na jednotlivé cíle. Vývoj začal okolo roku 2017 a jako základ posloužila platforma IMS-2 (Indian Mini Satellite bus). Konfigurace byla odvozena z družic IRS (Indian Remote Sensing Satellite) pro dálkový průzkum Země. Klíčové jsou dva vědecké přístroje POLIX (Polarimeter Instrument in X-rays) a XSPECT (X-ray Spectroscopy and Timing). A právě s nimi se teď seznámíme trochu blíže.

Základní popis XPoSat. Obrázek: ISRO/popis Karel Zvoník

Rentgenový polarimetr POLIX

Existují tři základní techniky měření lineární polarizace rentgenových fotonů, a to Braggův odraz, Thomsonův rozptyl a fotoelektronové zobrazování (IXPE). Braggův odraz je jednou z nejstarších a nejčistších technik měření polarizace rentgenového záření. Ze tří rentgenových polarimetrů vypuštěných do vesmíru, byly dva tohoto typu na palubě observatoří Arial-5 a OSO-8. Hlavní nevýhodou této techniky však je, že funguje pouze při diskrétním spektru. To má za následek velmi nízkou citlivost. Fotoelektronové zobrazování je náročné a vyžadovalo by mnohem nákladnější misi než jakou XPoSat je a proto byl zvolen přístroj na bázi Thomsonova rozptylu.

Základní popis přístroje POLIX. Obrázek: ISRO/popis Karel Zvoník

Tento přístroj funguje na základě techniky Thomsonova rentgenového polarimetru – způsob známý už asi 100 let. Tento polarimetr je navržený pro práci v energetickém pásmu 8-30 keV (1 keV je 1000 elektronvoltů). Elektronvolt je v běžných měřítkách extrémně malé množství energie. Energie pohybu letícího komára je přibližně bilion elektronvoltů! Pokud jsem v kapitole Paprsky X hovořil o superschopnostech, tak měření v podobných jednotkách je naše superschopnost, ale máme jí jen díky přístrojům, které jsme schopni vyrobit. Kam patří i Rentgenový polarimetr POLIX. Byl vyvinut Ramanovým výzkumným institutem (RRI) v Bangalore v Indii ve spolupráci s UR Rao Satellite Center (URSC). Přístroj je schopen detekovat minimální polarizaci 2-3 % pro 40 až 50 nejjasnějších zdrojů rentgenového záření v kosmu. Pojďme si popsat, jak vlastně funguje takový Thomsonův rentgenový polarimetr. Jak už název napovídá přístroj je založen na anizotropním (světlo, které prošlo přes polarizátor (rozptylovač)) Thomsonově rozptylu rentgenových fotonů. Máme zde tzv. rozptylovač ve spodní části přístroje složený z lithia a beryllia (nízké atomové číslo), který rozptyluje světlo přicházející ze zdroje přes kolimátor, který omezuje zorné pole přístroje na 3◦×3◦ a redukuje tak některé nepřesnosti způsobené pohybem teleskopu. Kolimátor je složen z buněk ve tvaru pláství. Toto rozptýlené světlo poté dopadá na citlivé detektory rentgenového záření na vnitřních stranách přístroje s anodovými dráty. POLIX obsahuje sérii čtyř nezávislých rentgenových detektorů, z nichž každý má oddělenou část a výpočetní elektroniku. Lokalizace rentgenového fotonu v detektorech se provádí metodou dělení náboje v sadě odporových anodových vodičů (drátů) zapojených do série. Analogová elektronika systému POLIX zahrnuje generování a řízení vysokého napětí pro provoz detektorů, zesilování nábojových impulsů, prahové porovnávání a počátečních parametrů. Pokud bych to měl popsat velmi jednoduše, tak tento přístroj je schopen měřit drobné odchylky světla od původního směru.

Obrázek ukazuje celý přístroj POLIX včetně diagramu funkce vlevo dole. Vpravo nahoře je detail na kolimátor a pod ním je rozložená jedna ze čtyř buněk detektoru s anodovými vodiči (drát). Obrázek: ISRO/úprava Karel Zvoník

Přiznám se, že mé vědomosti v této oblasti jsou omezené a proto jsem neváhal oslovit kolegu Vítěslava Škorpíka, zda by dokázal čtenářům říci trochu více o Thomsonovo rozptylu, přeci jen to není něco, o čem bychom slýchávali často.  „Thomsonův rozptyl je elastický, tedy pružný, rozptyl záření (fotonů) na volných nabitých částicích, obvykle elektronech. Protože jde o rozptyl pružný, dochází k němu na částicích výrazně menších než je vlnová délka rozptylujícího se světla, které si díky tomu zachovává svou původní vlnovou délku, frekvenci a kinetickou energii. Zajímavé je, že koeficient rozptylu je u Thomsonova rozptylu pro každou jednu částici konstantní, nezávisí tedy na vlnové délce či frekvenci. Z některých mých článků si možná pamatujete Comptonův rozptyl, či inverzní Comptonův rozptyl. Při těchto jevech už nezůstávají parametry dotčených částic stejné, ale jejich energie a vlnová délka se mění. Nezmiňuji to zde náhodou, protože Thomsonův rozptyl je limitou Comptonova rozptylu pro nízké energie částic. Zatímco Thomsonův jev dokáže plně popsat a vysvětlit klasická fyziky, pro Comptonův jev již musíme použít kvantovou teorii elektromagnetismu.

I když si to možná nemusíme uvědomovat, s Thomsonovým rozptylem se můžeme setkat poměrně často i ve výzkumu nebo praktickém životě. Kupříkladu reliktní záření z počátku existence vesmíru je díky Thomsonovu rozptylu lineárně polarizované (polarizaci reliktního bude v budoucnu podrobně měřit japonská sonda LiteBIRD. Pozorujeme jej i u obřích hvězd, tzv. veleobrů nebo u Slunce, konkrétně u vrstvy atmosféry známé jako K-koróna. Praktické uplatnění má Thomsonův rozptyl například v tokamacích, stelarátorech zařízeních pro laserovou inerciální fúzi, kde díky němu dokážeme určit teplotu a hustotu částic ve vysoce zahřátém plazmatu. A opomenout nelze ani metodu rentgenové krystalografie, kde se využívá Thomsonova rozptylu rentgenového záření. Tato technika má široké uplatnění ve fyzice a chemii. Umožňuje nám navrhovat nová léčiva, vysvětlit chování různých materiálů či popsat chemické interakce látek. Množství aplikací nalezla též v biologii, kde nám dovoluje zkoumat důležité molekuly. Dorothy Crowfoot Hodgkin díky ní odhalila strukturu cholesterolu, penicilinu, vitamínu B12 a inzulinu. Patrně nejslavnější je ale to, že se díky rentgenové krystalografii (a tedy Thomsonovu rozptylu) podařilo nalézt 3D strukturu nukleové kyseliny DNA. Samotnou analýzu provedli roku 1952 Rosalind Franklin (po ní se jmenuje rover, který snad bude jezdit po Marsu v rámci projektu ExoMars) a Raymond Gosling. Správný dvoušroubovicový model pak představili v roce 1953 Francis Crick a James Watson.“

Tolik Vítěslav Škorpík k Thomsonovu rozptylu. Pokud to ještě zjednoduším, tak přístroj POLIX je jako kosmický kompas, který měří orientaci rentgenových světelných vln emitovaných nebeskými zdroji. Vědci mohou studiem polarizace odhalit základní fyzikální podstatu černých děr, neutronových hvězd a dalších kosmických objektů. Polarizace umožňuje vědcům poodhalit z dalších dílků složité skládačky dohromady další tajemství vesmíru.

Základní informace přístroje POLIX:

XSPECT (X-ray Spectroscopy and Timing)

Druhým a posledním přístrojem na teleskopu XPoSat je XSPECT, což je v podstatě doplněk hlavního přístroje,  který se zaměří na časování a spektroskopii nízkoenergetického rentgenového záření. Konkrétně je zaměřen na měkké rentgenové záření. Tento přistroj nám umožní dlouhodobě sledovat vesmírné jevy a studovat, jak se mění v rentgenovém rozsahu od 0,8 do 15 keV a může nám říct hodně o energii a načasování rentgenových paprsků. Jde v podstatě o přesný detektor, který má místo zrcadla teleskopu speciální zařízení zvané Swept Charge Devices (SCD; CCD-236), což je varianta rentgenových CCD.

Rentgenový spektroskop XSPECT. Obrázek: URSC/úprava Karel Zvoník

Tato zařízení dokážou rychle číst informace (10-100 kHz) a poskytnout nám slušné podrobnosti o rentgenových snímcích bez použití efektních čoček. Obdobné snímače jsou unikátní také tím, že nepotřebují důmyslné chlazení, na rozdíl od běžných rentgenových CCD. Používají pouze pasivní chlazení. Zorné pole je 1×1 stupeň. Mezi klíčové vědecké cíle patří pochopení dlouhodobého chování zdrojů rentgenového záření prostřednictvím korelace časových charakteristik se změnami spektrálního stavu a variacemi emisních čar. Spolu s rentgenovým polarimetrem může poskytnout téměř kompletní systém pro současné řešení energie fotonů, časování a polarizace.  XSPECT by měl zjistit, jak se zdroje rentgenového záření chovají v průběhu času. Bude sledovat změny spekter. Pokud to tedy opět trochu zjednoduším, tak přístroj XSPECT slouží jako kosmický spektrograf, který rozebírá spektrum a časování rentgenových emisí. Stejně jako hranol rozkládá bílé světlo na jednotlivé barvy, XSPECT rozkládá rentgenové záření, aby odhalil jeho teplotu, složení a další vlastnosti. Tyto informace poskytují  důležité informace o procesech, které řídí nejenergičtější jevy ve vesmíru. Přístroj má na svědomí Skupina vesmírné astronomie družicového centra U R Rao.

Z tohoto přístroje známe již první výsledky. XSPECT zachytil první světlo z pozůstatku supernovy Cassiopeia A (Cas A). Během fáze ověřování byl přistroj XSPECT zaměřen na intenzivní rádiový zdroj v souhvězdí Kasiopeji (Cassiopeia A). Což je standardní zdroj používaný pro kalibraci přístrojů. Pozorování bylo zahájeno 5. ledna 2024 a XSPECT zachytil emisní čáry pozůstatku supernovy odpovídající prvkům, jako jsou hořčík, křemík, síra, argon, vápník a železo. Spektrum zahrnovalo jak pozadí galaktického kosmického záření, tak pozadí kosmického rentgenového záření. Spektrum znázorněné na obrázku platí pro celkovou dobu snímání 20 ks (kilosekund, jedna kilosekunda je 16 minut a 40 sekund). Spektrum je tedy složeno z několika oběhů. Tento  objev není jen vědeckým triumfem, ale také připomínkou naší hvězdné linie. Když Carl Sagan kdysi řekl: „Dusík v naší DNA, vápník v našich zubech, železo v naší krvi, uhlík v našem jablečném koláči, to vše bylo utvořeno v nitrech kolabujících hvězd. Jsme stvořeni z hvězdného prachu.“ Tak ani zdaleka neměl pro své tvrzení tolik důkazů, jako máme my nyní. Jeho úsudek byl však správný a XPoSat to potvrzuje a to je teprve začátek.

První pozorovaní přístroje XSPECT potvrdilo přítomnost prvků jako je hořčík, křemík, síra, argon, vápník a železo v Cassiopeia A (na obrázku vlevo). Což znovu potvrdilo roli zániku hvězd v kosmické chemii (tvorba prvků). Obrázek: ISRO/NASA

Za záhadami vesmíru

XPoSat je průkopnická mise ve světovém měřítku jde o indický debut ve specializovaných družicových misích zaměřených na měření rentgenové polarizace ve vesmíru. Indie se tak staví do popředí jako teprve druhý národ na světě, který podnikl takto zaměřenou misi. Dlouho nedoceněná oblast vesmírného výzkumu má tak konečně dalšího zástupce, která nám pomůže například při porozumění magnetickým polím kosmických zdrojů rentgenového záření. Magnetická pole hrají klíčovou roli při utváření vesmíru a ovlivňují vše od vzniku hvězd až po chování černých děr. Měřením polarizace rentgenového záření mohou vědci zmapovat rozložení a geometrii těchto magnetických polí, což vrhá světlo na kosmické síly, které jsou ve hře. Jsou zde ale i další exotické objekty jako neutronové hvězdy. Což jsou zdaleka nejhustší známé objekty ve vesmíru. Představte si kouli o velikosti krajského města, ale o hmotnosti našeho Slunce! XSPECT bude studovat magnetická pole těchto exotických objektů a odhalovat poznatky o jejich struktuře a chování. Pochopením neutronových hvězd mohou vědci odhalit tajemství hmoty v extrémních podmínkách. A mnohé nám teleskop odhalí i o černých děrách. Černé díry jsou kosmická monstra se silnou gravitační silou, ze které nemůže uniknout ani světlo. Pokud černé díry existují v párech, tvoří binární systémy, které emitují silné rentgenové záření. XPoSat si klade za cíl rozluštit záhady těchto binárních systémů a poskytnout cenný pohled na povahu černých děr a jejich kosmický tanec.

Rentgenové záření může pocházet z různých zdrojů, od magnetických pólů neutronových hvězd až po vnější oblasti magnetosfér pulsarů. Studiem vlastností rentgenových emisí pomůže XPoSat vědcům určit původ těchto záhadných paprsků a osvětlit procesy, které řídí kosmické jevy. Například záhady pozůstatků supernov. Supernovy jsou smrtí hmotných hvězd. Tichou explozí, které vytváří rázovou vlnu, která se šíří do okolního prostoru, interaguje se zbytky supernovy a mezihvězdnou hmotou. V důsledku toho zbytky supernov emitují rentgenové záření, které naznačuje jejich původ. XSPECT bude rozlišovat mezi různými mechanismy produkce rentgenového záření, což vědcům pomůže pochopit následky těchto kosmických explozí. Mise XPoSat v podstatě představuje pátrání po poznání v kosmickém měřítku. Využitím síly rentgenového záření se vědci snaží odhalit tajemství vesmíru, od hlubin černých děr až po srdce neutronových hvězd. Družice XPoSat se bez velkých fanfár na začátku roku vydala na svou vesmírnou expedici. Přitom s každým paprskem rentgenového světla zachyceným přístroji na palubě se přibližujeme k rozluštění dalších záhad vesmíru. Cesta může být dlouhá a náročná, ale odměna je v podstatě neomezená. V temnotě vesmíru září XPoSat jako další maják lidské zvědavosti a zkoumání, který nás vede k hlubšímu pochopení vesmíru a našeho místa v něm.

Doporučená literatura:
https://kosmonautix.cz/stitek/rentgenova-astronomie
https://kosmonautix.cz/2023/12/ixpe-blazary
https://kosmonautix.cz/2023/04/xmm
Marcus Chown: Čarodějná pec ISBN: 8072960466

Poznámka:
Rád bych poděkoval Vítěslavu Škorpíkovi za věcné připomínky a poskytnutí cenných informací použitích v textu, bez nich by článek nebyl takový, jaký je.

Zdroje informací:
https://cs.wikipedia.org/
https://cs.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
http://fullafterburner.weebly.com/
https://www.isro.gov.in/
https://en.wikipedia.org/
https://cs.wikipedia.org/
https://ui.adsabs.harvard.edu
https://arxiv.org.pdf
https://www.ursc.gov.in
https://www.isro.gov.in

Zdroje obrázků:
https://chandra.si.edu
https://upload.wikimedia.org
https://static.theprint.in
https://e-manuel.cz
https://sites.astro.caltech.edu.pdf Str.2
http://fullafterburner.weebly.com
https://sites.astro.caltech.edu.pdf
https://pbs.twimg.com