Swift pracuje w kosmosie już od 22 lat. Teraz NASA musi zapłacić miliony za niezbędną korektę jego kursu
Swift został wystrzelony przez NASA na niską orbitę okołoziemską w 2004 r., a jego zadaniem jest wykrywanie błysków gamma (gamma ray bursts). Wspaniale wykonywał i w zasadzie wciąż wykonuje swoją pracę. Namierzył już tysiące takich błysków i zidentyfikował najsilniejsze, bardzo odległe oraz nietypowe. Warta pół miliarda dolarów misja teleskopu napotkała jednak nie lada wyzwanie. Wzmożona aktywność Słońca w ostatnich kilku latach spowodowała nagrzanie się i powiększenie atmosfery ziemskiej na tyle, że Swift zwolnił z powodu oporu atmosferycznego, z którym musi się zmagać na swojej drodze wokół Ziemi, i zaczął coraz bardziej zacieśniać orbitę, czyli zniżać ją i niebezpiecznie zbliżać się do naszej planety. Początkowo orbitował na wysokości 600 km nad Ziemią, teraz ta wysokość zmalała do trzystu kilkudziesięciu km. Oszacowano, że Swift zejdzie poniżej bezpiecznej granicy 300 km już w październiku br. Grozi mu więc zderzenie z warstwami atmosfery i spłonięcie. Niestety, nie posiada on systemu korekcji położenia, a więc silników, które odpalone w odpowiednim czasie i w odpowiednim kierunku mogłyby podwyższyć orbitę. Potrzebna była misja ratunkowa z Ziemi.
Samolot, rakieta i sonda
Misja Swift Boost rozpoczęła się 3 lipca. Rakietę znanej zbrojeniowo-kosmicznej korporacji Northrop Grumman o nazwie Pegasus XL podwieszono pod potężnym odrzutowcem tej firmy L-1011 Stargazer (zmodernizowana wersja samolotu Lockheed Martin). Pegasus to trzystopniowa rakieta o długości 16,9 m na paliwo stałe, zdolna do przenoszenia na niską orbitę okołoziemską prawie półtonowych ładunków. Zadebiutowała w 1990 r. i od tego czasu wykonała 45 misji. Obecna będzie prawdopodobnie jej ostatnią. To konstrukcja dość unikalna. Ponieważ startuje z pokładów odpowiednio przystosowanych samolotów, może wyruszyć w kosmos z różnych lotnisk na Ziemi. Nie potrzebuje specjalnych centrów lotów kosmicznych czy kosmodromów. Na jej pokładzie znalazł się teraz robotyczny satelita serwisowy o nazwie LINK, zbudowany w ekspresowym tempie przez firmę Katalyst Space Technologies z Arizony. LINK mierzy 1,5 m wysokości i jest wyposażony w ramiona przeznaczone do schwytania Swifta, który z kolei ma 3,9 m długości.
Pegasus XL został odpalony z odrzutowca nad Wyspami Marshalla na Oceanie Spokojnym. Rakieta w nieco ponad 10 min osiągnęła niską orbitę okołoziemską (LEO) i wyniosła na nią LINK-a. Ten podążył w stronę Swifta i będzie mu towarzyszyć przez kilka tygodni, by wybrać odpowiednie miejsce operacji. Musi trzema ramionami robotycznymi uchwycić teleskop, zadokować do niego, a następnie odpalić kilka silników jonowych i przetransportować go wyżej, na wysokość 600 km od Ziemi. Korekta ta potrwa kilka miesięcy.
LINK będzie pierwszym prywatnym satelitą, który spróbuje przechwycić bezzałogowy statek kosmiczny. NASA wybrała firmę Katalyst Space Technologies do tego zadania we wrześniu 2025 r., więc miała ona mniej niż rok na sporządzenie projektu, jego wykonanie i testy LINK-a. Pomimo to cała misja ratunkowa do Swifta będzie kosztować NASA tylko 30 mln dol.
Ważny teleskop
Swift pracuje w kosmosie od 22 lat i zdołał już odkryć wiele. Zaprojektowano go do badania rozbłysków gamma, ale później wykorzystano też jako obserwatorium wielofalowe o ogólnym przeznaczeniu, szczególnie do szybkiego śledzenia i charakteryzowania przejściowych zjawisk astrofizycznych wszelkiego rodzaju. Na podstawie ciągłych skanów powierzchni nieba może autonomicznie i szybko kierować się w stronę możliwych błysków gamma. Nazwa „Swift” nie jest akronimem misji, lecz odnosi się do szybkiego przesuwania się instrumentu na podobieństwo zwinnego jerzyka, czyli ptaka o tej samej nazwie, spędzającego większość życia w locie. Wszystkie dane trafiają na Ziemię i są dostępne dla innych obserwatoriów, które dołączają do Swifta w obserwacji rozbłysków gamma. Teleskop wykrywa ich ok. 100 rocznie.
Błyski gamma są tak ważne i ciekawe, bo to najbardziej energetyczne zjawiska w kosmosie, dużo mówiące o ewolucji różnych obiektów. Rozróżniamy ich kilka rodzajów, przy czym najwięcej (ok. 70%) i najlepiej poznanych należy do kategorii rozbłysków długich, trwających od dwóch do kilkuset sekund. Ich moc jest niewyobrażalnie wielka – w niektórych przypadkach równa mocy promieniowania wielu galaktyk podobnych do naszej, a więc zawierających po kilkaset miliardów gwiazd. Energia typowego długiego błysku gamma jest porównywalna z tą wytwarzaną przez Słońce w ciągu całego jego życia (ok. 10 mld lat). Jej wartość jest rzędu milionów elektronowoltów (MeV). Najpotężniejsze błyski mają miliardy elektronowoltów (czyli gigaelektronowoltów, GeV).
Od chwili odkrycia błysków gamma naukowcy przyjmowali, że powstają one prawdopodobnie wskutek wybuchów szczególnego rodzaju gwiazd supernowych. Słynny nieżyjący już prof. Bohdan Paczyński, który pierwszy odgadł naturę tych zjawisk, zasugerował nawet, by gwiazdy te nazwać hipernowymi. Przy czym hipernowe wcale nie muszą być potężniejsze od klasycznych supernowych – przekonywał. Chodzi raczej o to, jak wybuchają. Wybuchy, którym towarzyszą błyski gamma, zwykle nie są symetryczne sferycznie. Są to raczej wytryskujące z ogromną energią wąskie strugi gazu i promieniowania, często skierowane w naszą stronę, obserwatora. Ocenia się, że na niebie dochodzi średnio do dwóch błysków na dobę, ale nie wszystkie oczywiście da się szybko zlokalizować i zbadać. Sonda Swift wykrywa i bada ok. 100 na rok. Dochodzi do nich w całym kosmosie, ale głównie bardzo daleko i w obszarach galaktyk, w których obserwuje się wzmożoną aktywność gwiazdotwórczą (powstaje tam stosunkowo dużo młodych gwiazd), czyli w galaktykach młodych, bardzo oddalonych. To dotyczy jednak tylko błysków długich, najliczniej występujących.
Supernowe i gwiazdy neutronowe
Gdy 27 kwietnia 2013 r. o godzinie 3:47 w nocy czasu wschodniego Swift wykrył najpotężniejszy błysk w historii („monster” gamma-ray burst), oznaczony symbolem GRB 130427A, którego trzysekundowy pik promieniowania gamma osiągnął wartość 94 Gev, stało się jasne, że zdarzenie to przejdzie do historii. Przez odpowiedni system komunikacyjny Swift zaalarmował kilka teleskopów naziemnych, by skupiły się na miejscu błysku w poszukiwaniu poświaty. Teleskopy odnalazły ją i zidentyfikowały odległość do błysku – 3,6 mld l.św. Choć w skali ziemskiej jest to odległość niewyobrażalna, dla takich zjawisk jak błyski gamma dość mała. Kwietniowe wydarzenie pozwoliło astronomom powiązać błysk z wybuchem supernowej i po raz pierwszy potwierdzić obserwacyjnie, że oba zjawiska są ściśle związane. Wcześniej zależność ta była jedynie przewidywana teoretycznie.
Poza opisanymi wyżej długimi rozbłyskami gamma istnieją jeszcze inne, o których badacze nieba dowiadują się coraz więcej. Przede wszystkim są to błyski krótkie (ok. 30% wszystkich), trwające niedłużej niż 2 s, a średnio tylko ok. 0,2 s. Rejestrowane są one w całym kosmosie, z tym że część z nich wykrywa się bliżej niż błyski długie. Zwykle dochodzi do nich w rejonach, gdzie nie tworzą się już nowe gwiazdy, a więc generalnie w galaktykach starszych. Naukowcy długo podejrzewali, że źródłem błysków krótkich są kolizje i scalenia dwóch gwiazd neutronowych. W 2017 r. te podejrzenia ostatecznie potwierdzono; po raz pierwszy bowiem wykryto takie zdarzenie, ale zarejestrowano wówczas po raz pierwszy nie tylko falę grawitacyjną powstałą po kolizji dwóch gwiazd neutronowych (GW170817), ale też wyraźną poświatę pochodzącą z wyrzuconej w wyniku tego zdarzenia materii (SSS17a). Zjawisko to nazywa się kilonową.
Kilonowa to krótkotrwały obiekt, który mocno jaśnieje na niebie, podobnie jak gwiazda nowa (też krótkotrwała), ale ma blask mniej więcej tysiąc razy silniejszy. Można ją dokładnie śledzić optycznie. Gdy analizowano jej skład, zauważono wyraźne linie widmowe ciężkich pierwiastków takich jak złoto lub platyna, ale także wielu cięższych. Oznaczało to, że w materii widocznej pod postacią kilonowej dochodzi do błyskawicznych i silnych reakcji termojądrowych, w których wyniku powstaje bardzo wiele ciężkich elementów. Do tego pierwszego wykrytego zderzenia dwóch gwiazd neutronowych – i rozbłysku kilonowej – doszło w dużej galaktyce eliptycznej NGC 4993 w konstelacji Hydra, 130 mln l.św. od nas, czyli jak na realia kosmiczne bardzo blisko. Koalescencji towarzyszył dodatkowo właśnie krótki, ale wyraźny błysk gamma.
Ostatnią kategorią rozbłysków są błyski bardzo długie, trwające wiele godzin. Tu jednak naukowcy nie są niczego pewni i nie potrafią podać zadowalającej interpretacji zjawiska. Uważają jedynie, że bardzo długie błyski gamma mogłyby powstawać przy implozjach ogromnych gwiazd typu niebieski nadolbrzym (luminous blue variable). By zinterpretować to zjawisko, biorą pod uwagę możliwość zaistnienia błysku z interakcji gwiazdy neutronowej z gwiazdą zwykłą, tyle że bardzo masywną.
Błyski gamma były wykrywane i badane przez inne sondy kosmiczne: Beppo SAX, Kosmiczne Obserwatorium Comptona, Integral, które już zakończyły działanie. W 2008 r. w kosmos wyruszyła misja Fermi GST (Gamma-ray Space Telescope), też wyspecjalizowana w śledzeniu błysków gamma. To ambitny amerykańsko-europejsko-japoński projekt, ale Fermi od 2018 r. nieco szwankuje, a Stany Zjednoczone zamierzają w tym roku wycofać się z finansowania tego przedsięwzięcia. Tymczasem Swift ma się świetnie i jeśli ratunkowa wyprawa z udziałem satelity LINK się powiedzie, to misję, jak sądzą znawcy, da się z powodzeniem kontynuować co najmniej jeszcze przez kilka lat. Być może już w końcu tego roku dowiemy się, czy wyprawa kosmiczna Swift Boost zakończyła się sukcesem i co będzie dalej z niezwykłym Jerzykiem.