Swift

[Scorus]

Satelita astronomiczny Swift (Swift Gamma Ray Burst Explorer) jest amerykańskim (NASA) obserwatorium astrofizycznym służący do badań błysków gamma w zakresie promieniowania gamma, oraz monitorowania poświat błysków w promieniowaniu rentgenowskim, ultrafioletowym i widzialnym. Jest to pierwsze multispektralne obserwatorium przeznaczone do badania błysków gamma, wykonujące obserwacje multispektralne zaraz po początku błysku, oraz obserwujące poświatę przez wiele dni, w celu zaobserwowania zmian w jej obrębie. Umożliwia ono wykonywanie spektroskopii w zakresie widmowym 1800 - 6000 A i energetycznym 0.2 - 150 keV, obrazowanie w sześciu kolorach w zakresie widmowym 1800 - 6000 A, oraz wyznaczanie pozycji błysków gamma z rozdzielczością kątową 0.3 - 5''. Rozdzielczość widmowa umożliwia poszukiwanie linii w promieniowaniu rentgenowskim błysków i ich pozostałości.

Do głównych zadań naukowych satelity należą: wykrywanie początków błysków gamma; umożliwienie sklasyfikowania błysków gamma i odnalezienia ich nowych typów; określenie sposobu ewolucji i oddziaływania z otoczeniem fali uderzeniowej towarzyszącej powstaniu błysku gamma; oraz użycie błysków gamma do wykonania badań młodego Wszechświata. Do dodatkowych zadań naukowych pojazdu zaliczają się: wykonanie pierwszego przeglądu niema w twardym promieniowaniu rentgenowskim z dużą wrażliwością 0.6 mCrab w wysokich szerokościach galaktycznych i 2 mCrab wzdłuż płaszczyzny Galaktyki; wykonanie poszukiwań AGN typu Seyfert-2; oraz skanowanie pól na niebie każdego dnia w celu poszukiwań przejściowych źródeł.

W badaniach błysków gamma pojazd ten pomaga w wykrywaniu galaktyk macierzystych rozbłysków i rozpoznania klas obiektów powodujących ich powstanie; zdefiniowaniu procesów fizycznych odpowiedzialnych za emisję błysków różnych klas; bezpośrednich pomiarach odległości do błysków; oraz badaniach sposobu rozchodzenia się i oddziaływań z ośrodkiem fal uderzeniowych emitowanych w trakcie błysków. Jeśli chodzi o badania wczesnego Wszechświata satelita ten umożliwia wykorzystanie błysków jako "latarni morskich" czyli standardu w wyznaczaniu odległości; oraz użycie absorpcji rentgenowskiej do badań ośrodka międzygalaktycznego i wnętrz gromad galaktyk. Instrumenty satelity są czulsze około 3 razy niż instrument BATSE na pokładzie Teleskopu Comptona, co umożliwia wykrywanie rozbłysków krótszych i słabszych do tego pojazdu.

Szczegółowy opis misji:
http://www.astronautyka.org/index.php/topic,47.0.html


Teleskop UVOT został zastsowany również do obsereacji komety 73P/Schwassmann-Wachmann 3. Obserwacje takie pozwalają na badania składu gazów komy, emisji pyłu, oraz określania rotacji jądra.

XRT obserwował też kometę 17P/Holmes podczas pojaśnienia, ale nie jest jasne, czy jej emisja została zarejestrowana. W przypadku komet promieniowanie rentgenowskie emitują jony wiatru słonecznego po przejęciu elektronów z atomów komy.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/cool_comet.html

[Scorus]

Za pomocą danych ze Swifta, Obserwatorium Kecka oraz innym obserwatoriom po raz pierwszy zidentyfikowano cząsteczki w gazie w galaktyce macierzystej błysku gamma. Badany był rozbłysk GRB 080607 zaobserwowany 7 lipca 2008r. W świetle pośiwaty błysku zaobserwowano linie wodoru cząsteczkowego oraz tlenku węgla. Są to cząstekczki charakterystyczne dla regionów gwiazdotwórczych, więc rozbłysk zaszedł w gęstej mgławicy. Błysk został wykryty za pomocą BAT, co pozwoliło na wyznaczenie jego pozcyji. Dzięki temu możliwe były jego badania za pomocą spektrometru Resolution Imaging Spectrometer w Obserwatorium Kecka, oraz za pomocą teleskopów automatycznych Peters Automated Infrared Imaging Telescope (PAIRITEL) na Mt. Hopkins i Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT) w Obserwatorium Licka. Spektrogramy z Kecka pozwoliły na wyznaczenie odległości do błysku na 11.5 miliarda lat świetlnych. Chmura molekularna w której zaszła eksplozja była bardzo gęsta, tylko 1 procent promieiowania poświaty błysku mogło ją spenetrować. Daje to wyjaśnienie tzw. ciemnych błysków bez poświaty. Światło poświaty zostało w tych wypadkach całkowicie pochłonięte przez gaz.

Obserwacje takie pozwalająponadto na badaniaprocesówgwiazdotwórczych w bardzo młodych galaktykach.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/molecules_host.html

[Scorus]

Za pomocą teleskopu BAT wykonane zostały obserwacje jąder bliskich galaktyk aktywnych, co dało możliwość ich porównania z odległymi odpowiednikami. Między błyskami gamma BAT wykonuje przegląd nieba w zakresie twardego promieniowania rentgenowskiego. Instrument w ciągu dnia obserwuje około połowy nieba. Obecnie łączny czas ekspozycji na prawie całym niebie wynosi około 10 tygodni. BAT wykonywał obserwacje galakty w odległości do 600 milionów lat świetlnych, co pozwoliło na stwierdzenie, czy posiadają one aktywne jądra. Do tej ppry nie było pewności, ponieważ jądro może być  zasłonięte przez gazy i pyły blokujące światło widzialne, UV i miękkie proimieniowanie rentgenowskie. Badania wykazały, że galaktyki w odległości 600 milionów lat świetlnych charakteryzują się średnim tępem formowania gwiazd. Większość  nich to galaktyki spiralne i nieregularne o normalnych masach, a 30% z nich jest w czasie kolizji. Wcześniejsze badania za pomocą Chandry i XMM-Newton wykazały natomiast, że bardzo odległe galaktyki aktywne, w odległości 7 miliardów lat świetlnych nie wykazują formowania gwiazd.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/active_galaxies.html

[Scorus]

Swift wykonał serię obserwacji rozbłysków rentgenowskich z pulsara w gwiazdozbiorze Węgielnica. Jest to magnetar, a takie rozbłyski są charakterystyczne dla powtarzalnych źródeł miękkiego promieniowania gamma (Soft Gamma-Ray Repeter - SGR). Znanych było do tej pory  5 tego typu obiektów, a ten został sklasyfikowany jako 6 przypadek i oznaczony SGR J1550-5418.

Obiekt ten rozpoczął emisje serii rozbłysków w październiku 2008r, a potem jego aktywność zanikła. Rozbłyski pojawiły się ponownie 22 stycznia 2008r. Wyprodukował on wtedy 100 rozbłysków w czasie 20 minut. Najsilniejszy niósł tyle energii ile Słońce może wyprodukować w czasie 20 lat. Rozbłyski prawdopodobnie powstają, gdy energia pola magnetycznego zostanie uwolniona  na skutek powstania pęknięć  skorupie gwiazdy (gwiazdy neutronowe mają sztywną powierzchnię). Promieniowanie rentgenowskie z najsilniejszego rozbłysku zostało rozproszone na chmurach pyłu międzygwiazdowego, co utrudnia wyznaczanie odległości do tego obiektu.

Na obrazach z teleksu XRT widoczne są więc pierścienie rozproszonego promieniowania rentgenowskiego. Największy powstał w najbliższej nam chmurze pyłu. Pierścienie wydają się powoli rozszerzać. Jest to złudzenie spowodowane skończoną szybkością rozchodzenia się promieniowania elektromagnetycznego. Obserwacje pierścieni pozwolą na lepsze wyznaczanie odległości do źródła, a także do chmur pyłu.

Rozbłyski zostały też wykryte przez monitor rozbłysków GBM na satelicie Fermi, przez satelitę INTEGRAL, oraz przez rosyjski instrument KONUS na satelicie NASA WIND. Fermi wykrył 92 rozbłyski. Dane z tych obserwacji pozwolą na lepsze poznanie procesów zachodzących wokół magnetarów.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/gammaray_fireworks.html

[Scorus]

28 stycznia 2009r satelita Swift wykonał obserwacje komety C/2007 N3 Lulin. Zastosowano tu instrumentu UVOT i XRT. Teleskop UVOT pozwolił na wykonanie obserwacji misji wodny. Jego grism pozwala na pracę w zakresie, w którym świeci grupa hydroksylowa powstająca na skutek rozkładu cząsteczki wody pod wpływem promieniowania UV Słońca. Woda jest emitowana przez ziarna pyłu oddalane od jądra komety przez promieniowanie słoneczne.

Swift to obecnie jedyny satelita pracujący w tej części ultrafioletu. Pozwala na uzyskanie unikanych danych na temat emisji wody z komety. Obserwacje wykazały, że chmura zawierająca grupy hydroksylowe rozciąga się na odległość do 250 000 mil, więcej niż odległość między Ziemią i Księżycem.

W większej odległości od komety również grupy OH rozpadają się na atomy tlenu i wodoru, tworząc obłok atomowy oddziaływujący z wiatrem słonecznym. Jony wiatru słonecznego przejmują elektrony z atomów tworzących tą część komy i emitują promieniowanie rentgenowskie. Zostało ono zaobserwowane przez teleskop XRT. Przyszłe obserwacje pozwolą na zebranie lepszych danych w zakresie promieniowania rentgenowskiego.

Na załączonym obrazie dane z UVIT są zaznaczone na niebiesko, a z XRT na różowo. Kierunek do Słońca jest po lewej.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/lulin.html

[Scorus]

Do tej pory Swift wykonał obserwacje 3 komet - 8P/Tuttle, 73P/Schwassman-Wachmann 3, oraz C/2007 N3 Lulin. Obserwacje z użyciem grismów teleskopu UVOT są użyteczne do badań otoczki gazowej komet i składu komet na tej podstawie. Ponadto obserwacje emisji rentgenowskiego powstającej podczas przejmowania elektronów z atomów komy przez jony wiatru słonecznego dostarcza informacji na temat zderzeń zimnego i gorącego gazu. Dostarcza to wglądu w procesy zachodzące w młodym układzie słonecznym, a  także w warunki panujące w wietrze słonecznym podczas jego przechodzenia przez Układ Słoneczny.

Kometa Lulin jest do tej pory przykładem najlepszych obserwacji komet w zakresie rentgenowskim wykonanych przez Swift. Produkuje ona dużo gazu i mało pyłu. Pył odbija światło dzięki czemu kometa jest jasna. W tym wypadku mała ilość pyłu sprawia, że kometa jest dostatecznie słaba, aby można było wykonać jej obserwacje za pomocą teleskopu XRT. Z powodu dużej ilości nie można wykonać obserwacje wielu komet w zakresie rentgenowskim. Z tego powodu Swift nie wykonał obserwacji rentgenowskich Schwassman-Wachmann 3 i Tuttle, ale wykrył je Chandra.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/observatory_webcast.html

[Scorus]

Swift w kwietniu zarejestrował rozbłysk gamma, który na podstawie naziemnych obserwacji został uznany za najodleglejszy z dotychczas odkrytych obiektów we Wszechświecie.

Rozbłysk GRB 090423 został wykryty przez teleskop BAT 23 kwietnia. Trwał 10 sekund i charakteryzował się umiarkowaną jasnością. Następnie miejsce w którym wystąpił rozbłysk było obserwowane za pomocą teleskopu ultrafioletu i światła widzianego UVOT oraz teleskopu rentgenowskiego XRT. W zakresie rentgenowskim udało się zaobserwować poświatę rozbłysku. Nie zarejestrowano natomiast żadnej emisji optycznej.

Obserwowana poświata rozbłysku powstaje, gdy nowo uformowana podczas eksplozji masywnej gwiazdy czarna dziura powoduje powstanie dżetów. Zderzają się one następnie z gazem wcześniej wyrzuconym przez gwiazdę.

Brak emisji optycznej sugerował, że rozbłysk był bardzo odległy. Światom widzialne z powodu przesunięcia ku czerwieni zostało przekształcone w podczerwień. Promieniowanie ultrafioletowe powinno zostać przesunięte w zakres widzialny, ale zostało ono pochłonięte przez chmury wodoru. Te ostatnie były gęstsze w odległej przeszłości.

3 godziny po rozbłysku poświata podczerwona została zaobserwowana za pomocą United Kingdom Infrared Telescope na Mauna Kea na Hawajach. Obserwacje w podczerwieni w przypadku błysków gamma dostarczają większości informacji na temat eksplodującej gwiazdy i jej otoczenia. Za pomocą teleskopu Gemini North również na Mauna Kea wykonane zostały zdjęcia poświaty rozbłysku w podczerwieni. Źródło zostało odnalezione na obrazach uzyskanych w zakresie fal długich, ale nie występowało na obrazach uzyskanych w zakresie fal krótszych (przy 1 mikronie). Sugerowało to przesunięcie ku czerwieni odpowiadające odległości 13 miliardów lat świetlnych.

Z powodu bardzo wysokiej odległości poświata była następnie obserwowana za pomocą innych teleskopów. Za pomocą Galileo National Telescope w La Palma na Wyspach kanaryjskich przesunięcie ku czerwieni zostało wyznaczone na 8.2. Prawie równoległe obserwacje zostały wykonane za pomocą należącego do ESO Very Large Telescopes w Cerro Parana w Chile. Uzyskano ten sam wynik. Przesunięcie odpowiadało odległości 13.035 miliarda lat świetlnych. Tym samym rozbłysk ten nastąpił w czasie gdy Wszechświat miał tylko 630 milionów lat. Został wytworzony przez gwiazdę z jednej z pierwszych powstałych generacji. Poprzedni rekordowo odległy rozbłysk - GRB 090423 charakteryzował się przesunięciem ku czerwieni 6.7 i był położony o 190 milionów lat świetlnych bliżej obserwatora.

Obraz poświaty GRB 090423 - na żółto zaznaczone jest promieniowanie rentgenowskie wykryte przez XRT, a na niebiesko - zielono - światło widziane zaobserwowane przez UVOT. W obrębie poświaty brak jest emisji optycznej.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/cosmic_record.html

[Scorus]

Przegląd serii 14 rozbłysków gamma odkrytych przez satelitę Swift dostarczył nowych informacji na temat procesu formowania gwiazd w młodym Wszechświecie.

Badane rozbłyski należały do niewielkiej grupy tzw. ciemnych rozbłysków gamma. Charakteryzują się one praktycznym brakiem poświaty optycznej. Jedną z teorii wyjaśniających brak poświaty była bardzo duża poległość do źródła. W takim wypadku światło pierwotnie widzialne na skutek przesunięcia do zakresu podczerwoni nie mogłoby zostać wykryte przez teleskopy optyczne.

Obserwacje lokalizacji 14 takich rozbłysków za pomocą Teleskopu Kecka pozwoliły jednak na wyrycie galaktyk macierzystych 11 z nich. W 3 wypadkach nie udało się wykryć galaktyki, ale te 3 rozbłyski posiadały bardzo słabą poświatę optyczną. Emisja widzialna  nie była więc przesunięta w podczerwień. Wskazuje to, że rozbłyski były położone bliżej niż 13 miliardów lat świetlnych.

Źródło rozbłysków musiało więc znajdować się w otoczeniu gęstego gazu i pyłu wytworzonego przez intensywną aktywność gwiazdotwórczą i umierające gwiazdy. Takie obłoki pochłaniały światło widzialne. Macierzyste galaktyki rozbłysków nie zawierają jednak śladów dużej zawartości pyłu. Pył musi więc tworzyć izolowane skupiska w postaci chmur i pasm.

Rozbłyski gamma mogą być dobrą metodą do badań procesów gwiazdotórczych w galaktykach odległych na tyle, że nie można w nich obserwować rejonów gwiazdotwórczych bezpośrednio. Mogą pozwolić na określenie tempa formowania gwiazd w takich galaktykach i szybkości wzrostu młodych galaktyk.

Brak dużej ilości ciemnych rozbłysków w odległościach ponad 12.9 miliarda lat świetlnych wskazuje, że we wcześniejszym okresie życia Wszechświata aktywność gwiazdotwórcza była niższa. Szacuje się, iż tylko 7% rozbłysków gamma jest położonych dalej niż 13 miliardów lat świetlnych.

Obrazy galaktyk macierzystych ciemnych rozbłysków z Teleskopu Kecka.

http://astronomynow.com/090608DarkGRBsilluminateearlystarformation.html

[Scorus]

Swift uzyskał najdokładniejszą do tej do tej pory mozaikę Galaktyki w Andromedzie (M31) w zakresie ultrafioletu. Powstała ona ze zdjęć wykonanych przy pomocy teleskopu UVOT.

M31 jest położona w odległości 2.5 miliona lat świetlnych. Jest to najbliższa nam galaktyka spiralna. Średnica jej dysku jest szacowana na 220 000 lat świetlnych.

Dane do mozaiki były zbierane w okresie od 25 maja do 26 lipca 2008r. Łącznie wykonano 330 zdjęć. Dane łącznie miały objętość 85 gigabajtów, a ich obróbka trwała prawie 10 tygodni. Zdjęcia zostały wykonane przez 3 filtry UV - 192.8, 224.6 i 260 nanometrów. Pozwala to na badania procesów gwiazdotwórczych w tej galaktyce bardziej szczegółowo niż dotychczas. Swift wykrył łącznie 20 000 źródeł ultrafioletu w tej galaktyce. Są to głównie gorące, młode gwiazdy. Część z tych źródeł to też gęste gromady gwiazd.

Na mozaice widać, że obszar centralny galaktyki jest wizualnie bardziej gładki niż jej dysk, a emisja z niego jest bliższa czerwonej części spektrum. Jest to wywołane obecnością starszych, chłodniejszych gwiazd. W obszarze dysku widoczny jest pierścień młodych gromad gwiazd. Ma on średnicę 150 000 lat świetlnych. Powstanie tej struktur jest prawdopodobnie związane z siłami pływowymi wywieranymi na dysk M31 przez jej galaktyki satelitarne. Spowodowały one zainicjowanie procesów gwiazdotwórczych w obłokach materii międzygwiazdowej.

Obserwacje pobliskich galaktyk w zakresie ultrafioletu mają duże znacznie dla programu naukowego misji Swift. Pozwalają one na badania szczegółów procesów gwiazdotwórczych, które zachodziły bardzo gwałtownie w młodych galaktykach, z których pochodzą błyski gamma.

http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/uv_andromeda.html

[Scorus]

Analizy obserwacji najodleglejszego wykrytego do tej pory błysku gamma -  GRB 090423 przynoszą nowe informacje na temat natury obiektów występujących w młodym Wszechświecie.

GRB 090423 został odkryty przez satelitę Swift w kwietniu 2009r. Odległość do niego została oszacowana na około 13 miliardów lat świetlnych. Powstał on więc na skutek eksplozji gwiazdy w okresie w którym Wszechświat miał tylko 630 milionów lat. Można więc przypuszczać, że gwiazda która wytworzyła rozbłysk należała do pierwszej generacji gwiazd we Wszechświecie.

Za pomocą systemu radioteleskopów VLA (Very Large Array) zaobserwowano emisję radiową na tydzień przez detekcją rozbłysku przez Swift. Emisja radiowa była potem rejestrowana przez 2 miesiące, po czym zanikła. Obserwacje radiowe wraz z danymi uzyskanymi w zakresie promieniowania podczerwonego i rentgenowskiego pozwoliły na oszacowanie warunków fizycznych w których zaszła eksplozja.

Zebrane informacje pozwoliły na stwierdzenie, że eksplozja gwiazdy uwolniła więcej energii niż podczas typowego rozbłysku gamma. Wybuch był prawie sferyczny i zaszedł w jednorodnym i dosyć rzadkim otoczeniu gazowym.

Pierwsze gwiazdy we wszechświecie powinny być znacznie masywniejsza i jaśniejsze od gwiazd kolejnych generacji. Nie ma bezpośrednich dowodów, że rozbłysk GRB 090423  wytworzyła taka bardzo masywna gwiazda. Jednak budowane obecnie systemy radioteleskopów pozwolą w przyszłości na dużo łatwiejsze wykrywanie bardzo odległych rozbłysków gamma i lepsze zaplanowanie och obserwacji. Łatwą detekcję zapewni system ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array). System EVLA (Expanded Very Large Array) pozwoli natomiast na dokonywanie obserwacji radiowej poświaty rozbłysku znacznie dłużej niż VLA. Zarówno ALMA jak i EVLA powinny być operacyjne w 2012r.

http://www.astronomynow.com/news/n0910/29GRB/

[Scorus]

Obserwacje poświaty błysku gamma GRB 090102 wykrytego przez satelitę Swift 2 stycznia 2009r po raz pierwszy pozwoliły na zmierzenie pola magnetycznego towarzyszącego rozbłyskowi.

Poświata rozbłysku była badana za pomocą kamery RINGO umieszczonej na teleskopie Liverpool Telescope należącym do Liverpool John Moores University (LJMU). Znajduje się on w La Palma na Wyspach Kanaryjskich. Jest obsługiwany zdalnie przez Internet. Instrument pozwala na pomiary polaryzacji dzięki zastosowaniu odpowiedniego polaryzatora.

Obserwacje zmian jasności źródła podczas obrotu dysku polaryzatora pozwoliły na oszacowanie właściwości pola magnetycznego w jego obrębie. Cały cykl obserwacji, od wykrycia rozbłysku przez Swift do jego badań  za pomocą RINGO odbył się całkowicie automatycznie w czasie mniejszym od 3 minut, bez udziału człowieka.

Obserwacje takie są istotne dla badań procesów fizycznych zachodzących podczas rozbłysków gamma. W przyszłości mogą być też rozciągnięte na inne gwałtowne zjawiska zachodzące we Wszechświecie.


http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/magnetic_power.html

[Scorus]

Symulacje komputerowe potwierdziły, że za emisję krótkotrwałych błysków gamma są odpowiedzialne zderzenia gwiazd neutronowych:
http://www.nasa.gov/topics/universe/features/gamma-ray-engines.html

Przegląd nieba za pomocą BAT potwierdził, że za rentgenowskie promieniowanie tła odpowiedzialne są w większości niewidoczne jądra galaktyk aktywnych:
http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/active-galactic-nucleus.html

[Scorus]

Obserwacje skutków uderzenia małej planetoidy w planetoidę 596 Scheila:
http://www.nasa.gov/topics/universe/features/asteroid-collision.html

Błysk gamma GRB 090429B z 2009r okazał się jak dotąd najodleglejszym:
http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/swift-20110527.html

Podwójna supermasywna czarna dziura w galaktyce Markarian 739 (NGC 3758):
http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/monster-black-holes.html

Przejściowe źródło Swift J1644+57 - czarna dziura obserwowana w chwili rozrywania gwiazdy?
http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/devoured-star.html

Obserwacje planetoidy 2005 YU55:
http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/asteroid-yu55.html

[Scorus]

Obserwacje supernowych typu Ia w zakresie rentgenowskim i ultrafioletowym wykazały, że znakomita większość z nich powstaje w układach podwójnych dwóch białych karłów, a nie białego karła i normalnej gwiazdy.
http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/supernova-narrowing.html

[Scorus]

Teleskop XRT został wykorzystany do badań ultarjasnych źródeł rentgenowskich w galaktyce M31.
http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/Ultraluminous-Xrays.html