Wiosenna zadyszka
26 kwiecień 2010
Dwa tygodnie mijają właśnie od publikacji poprzedniego wpisu. Wprawdzie w ostatnich czasach to nic niezwykłego, jednak mimo to poczułem się w obowiązku by w kilku słowach usprawiedliwić równie kiepską frekwencję. Jak to w życiu bywa najróżniejsze choróbska po ludziach chodzą i nie inaczej stało się ze mną - bez rozwodzenia się o o szczegółach miesiąc temu rozpocząłem leczenie, które niestety jest trudne i długotrwałe, przy okazji wymaga spożywania dzień w dzień sporej ilości dość wrednych farmaceutyków. Leki jak to leki bez skutków ubocznych obyć się nie mogą i przyjmowane przeze mnie nie są tutaj żadnym wyjątkiem, cała gama zróżnicowanych objawów powoduje, że codzienne życie kształtuje się inaczej, niż bywało wcześniej. Leczenie – optymistycznie – potrwa jeszcze kilka miesięcy, w związku z tym proszę Was o wyrozumiałość: psychika cierpi niestety również w pewnym stopniu w trakcie kuracji, co powoduje, że różnie z moją szeroko rozumianą aktywnością bywa, czy to przy codziennych zajęciach, czy też tutaj, na Cytadeli. Z tego względu najwcześniej latem spodziewać się można powrotu do stabilnej “formy” (jeśli taka kiedykolwiek istniała), co solennie też obiecuję. Pozdrawiam!
Niesforne kwazary
12 kwiecień 2010
Stwierdzenie, iż światło przemieszcza się zawsze ze stałą, niezmienną prędkością, kwalifikuje się współcześnie do kategorii „truizm pierwszej kategorii”, warto jednak pamiętać o tym, że wbrew pozorom naukowcom względnie późno udało się potwierdzić to podejrzenie, wysunięte po raz pierwszy przez duńskiego astronoma Ole Rømera już w XVII wieku. O znaczeniu tej stałej trudno dyskutować – niejaki Einstein oparł chociażby na tej fundamentalnej stałej gmach Szczególnej Teorii Względności. Istnieją co prawda wśród naukowców i tacy, którzy raz po raz próbują stałość prędkości światła kwestionować, są to jednak sporadyczne przypadki, które przez naukowe autorytety zbywane są machnięciem ręki.
Akceptacja niezmiennej prędkości światła, zupełnie niezależnej od ruchu źródła je emitującego, wprowadza do świata fizyki sporo zamętu i w konsekwencji zmusza nas do pogodzenia się z istnieniem niekiedy mocno nieintuicyjnych zjawisk w rzeczywistości fizycznej, w której dane jest nam istnieć. Jedną z nich jest tzw. dylatacja czasu – zjawisko polegające na tym, że dokonując pomiaru czasu w dwóch układach odniesienia, z których jeden porusza się względem drugiego, nie otrzymamy identycznych wyników. O ile na naszej wygodnej planecie ze względu na jej maleńkość w kosmicznych skalach niełatwo o doświadczenie dylatacji w sposób mierzalny, o tyle astronomowie posiadają tutaj o wiele większe pole manewru – ogromne odległości dzielące obiekty kosmiczne pozwalają testować teorię względności do woli i jak dotąd – o ile mi wiadomo – potwierdzać tylko jej przewidywania z rosnącą dokładnością.
Zastanówmy się przez chwilę, gdzie i w jaki sposób efekt dylatacji czasowej mógłby manifestować się w Kosmosie. Zgodnie z najbardziej prawdopodobną obecnie wersją zdarzeń Wszechświat powstał ok. 13,7 miliardów lat temu w trakcie wielce tajemniczego wydarzenia, określanego jako Wielki Wybuch. Od tego czasu Wszechświat, znów zawierzając twierdzeniom naukowców, stale podlega ekspansji, więcej nawet, ekspansja ta od bliżej nieokreślonego momentu w przeszłości zdaje się przyspieszać. Pisząc o dylatacji czasu znowuż wspomniałem, że decydującym założeniem związanym z tym zjawiskiem jest to, iż jeden z układów odniesienia musi poruszać się względem drugiego. Łącząc te dwa fakty otrzymujemy tym samym najwspanialsze laboratorium eksperymentalne, jakie tylko sobie można wymarzyć – staje się nim cały Wszechświat.
Ekspansja Wszechświata powoduje, że (z kilkoma wyjątkami w lokalnej części Wszechświata) wszystkie galaktyki zdają się oddalać od Drogi Mlecznej, im taka galaktyka bardziej odległa, tym większa jest prędkość, z jaką obiekt ten zdaje się uciekać w dal. Ponieważ światło przemieszcza się, jak pamiętamy, ze stałą prędkością, coś dziwnego zdaje się zachodzić w takich warunkach z nim samym – światło docierające w bezchmurne noce do zwierciadeł teleskopów na naszej planecie ma do pokonania coraz większą odległość a poprzez ekspansję samej przestrzeni fale elektromagnetyczne ulegają wydłużeniu, tzw. przesunięciu ku czerwieni („redshift”). Im większe poczerwienienie światła docierającego z odległego obieku, tym większa jego odległość od Ziemi.
Dylatacja czasu w tym przypadku oznacza jednak coś jeszcze – nie tylko dochodzi do poczerwienienia światła odległych galaktyk, zgodnie z teorią Einsteina bowiem zachodzące w nich zdarzenia muszą „trwać dłużej” w naszych oczach. Nie bez powodu użyłem cudzysłowu – zjawiska te przebiegają w takim samym czasie jak w każdym innym miejscu Wszechświata (zakładając, że przed wieloma miliardami lat przykładowo supernowe wybuchały w taki sam sposób jak obecnie), jednak ze względu na stałą prędkość światła oraz ekspansję Wszechświata ziemski obserwator rejestruje co innego. Eksperymentalnie potwierdzono zjawisko dylatacji czasu we Wszechświecie na podstawie supernowych – naukowcy podejrzewali, że bardzo odległe supernowe musiałyby blednąć zauważalnie wolniej niż supernowe które eksplodowały, załóżmy, w połowie drogi do supernowej odleglejszej. Zależność tą udało się zarejestrować, rzeczywiście wraz z rosnącą odległością supernowe zdają się przechodzić kolejne etapy swej ewolucji odpowiednio wolniej.
Zawsze jednak znajdzie się taki jeden z drugim, kto drąży głębiej i głębiej oraz psuje harmonię w rajskim świecie fizyków. Kimś takim okazał się niedawno niejaki Mike Hawkins, pracujący w Royal Observatory of Edinburgh (Wielka Brytania). Czy to z braku zajęć czy też w ramach najprawdziwszej pasji astronom ten zabrał się za niełatwe zadanie – przeanalizował dane obserwacyjne dotyczące ok. 900 kwazarów, zebrane w ciągu ostatnich 28 lat.
Kwazar to obiekt mimo wszystko ciągle jeszcze tajemniczy – są to najodleglejsze chyba obiekty kosmiczne, jakie jesteśmy w stanie zaobserwować, wszystko to dlatego, że są to źródła promieniowania o ogromnej mocy i jasności całych galaktyk. Jak podpowiada sama nazwa (pochodząca od angielskiego „quasar”, będącego znowuż skrótem od „quasi-stellar radio source”, czyli „pozornego gwiezdnego źródła radiowego”) mamy do czynienia z czymś, co w pewnym sensie przypomina zwykłą gwiazdę. Chwileczkę, powiecie, pojedyncza gwiazda którą widzimy z odległości miliardów lat świetlnych? Oczywiście, niewykonalne to zadanie, niemniej jednak kiedy odkryto pierwsze kwazary, do czego doszło już w XIX wieku, sądzono rzeczywiście, że chodzi o gwiazdy, znajdujące się we wnętrzu naszej Galaktyki. Jak okazało się z czasem, nic bardziej mylnego.
Większość galaktyk, jak uważa się dzisiaj, posiada w swym centrum supermasywną czarną dziurę. W kontekście naszych rozważań najważniejsze jest, że owe monstra zachowują się w sposób bardzo zróżnicowany – czasem, jak w przypadku naszej Drogi Mlecznej, wiemy tylko, że są, bowiem smacznie śpią i ich aktywność jest niemal zerowa, czasem jednak stają się niezwykle aktywne i wówczas stają się centralnym elementem kwazarów właśnie. Jak obecnie przypuszczamy kwazary to hiperaktywne jądra pewnego rodzaju galaktyk, w których centralna czarna dziura dosłownie „wpada w szał” i pożera zachłannie ogromne ilości materii. Materia ta, zmierzając na swej drodze bez powrotu ku czarnej dziurze, zostaje podgrzana do gigantycznych temperatur, co skutkuje znowuż emisją potężnych ilości promieniowania. Wiemy więc, czym z grubsza są kwazary. Biorąc pod uwagę to, co napisałem o supernowych powyżej, wydaje się być logicznym, że podobna zasada związana z dylatacją czasu powinna odnosić się również do kwazarów. I tutaj wspomniany wcześniej Mike Hawkins powiada stanowczo: nie.
Ku zaskoczeniu astronoma przeprowadzona przez niego analiza danych wykazała, że okresowość zachowania kwazarów wydaje się być identyczna w przypadku kwazarów w odległości ok. 6 miliardów lat świetlnych oraz kwazarów niemal dwa razy dalej się znajdujących, bo w odległości 10 miliardów lat świetlnych. Stwierdzenie to jest dość kłopotliwe, bo trudno zaprawdę podać powód, dlaczego kwazary właśnie miałyby być tymi obiektami, które wyłamują się z ram teorii względności.
Sam Hawkins w miarę ostrożnie wysunął kilka propozycji ze swej strony – można podzielić je na bardzo… „odważne” oraz „mniej odważne”. Pierwsza z nich brzmi naprawdę rewolucyjnie: Wszechświat po prostu się nie rozszerza. Mając jednak z jednej strony pojedynczą analizę Hawkinsa, z drugiej zaś niezliczone obserwacje potwierdzające fakt ekspansji, trudno wróżyć temu pomysłowi wielkie powodzenie. Trochę lżejszego kalibru, choć ciągle dość drastyczne, jest stwierdzenie, iż kwazary po prostu nie znajdują się w odległościach takich, na jakie wskazuje ich poczerwienienie.
Sensowniejsze wydaje się w tym kontekście – mimo to ciągle mocno kontrowersyjne – założenie, że tak naprawdę mamy do czynienia ze złudzeniem optycznym: na drodze światła pomiędzy kwazarem a Ziemią znajdować się muszą dość kompaktowe (wielkości gwiazdy?) obiekty, które zniekształcają rejestrowany obraz i „pojaśniają” odległe kwazary. Wydaje się to dość kuriozalne – skoro mowa o setkach kwazarów, badanych przez Hawkinsa, musielibyśmy założyć, że albo niezwykle dziwny przypadek ustawił owe tajemnicze obiekty dokładnie między nami a kwazarami, albo też… obiektów tych jest bez liku.
I w tym właśnie tkwi haczyk – jeśli obiekty te rzeczywiście fałszowałyby obserwacje kwazarów, musiałoby ich być tak dużo, że cała ciemna materia Wszechświata zmagazynowana byłaby właśnie w nich. Najlepszym kandydatem wg Hawkinsa są tutaj tzw. pierwotne czarne dziury, które miały zgodnie z niektórymi teoriami powstawać tuż po Wielkim Wybuchu. Sęk w tym, że większość naukowców niechętnie podchodzi do takiego pomysłu – przeważająca ich ilość wierzy, że ciemna materia to raczej jakieś egzotyczne cząstki, nie czarne dziury.
Przyznam szczerze, że praca Hawkinsa wydała mi się mocno intrygująca – na chwilę obecną nie istnieje żadne sensowne wytłumaczenie dla dokonanego przez niego odkrycia. Nie jestem co prawda wielbicielem „przełomowych” rozwiązań tej zagadki – sądzę, że Wszechświat i tak się rozszerza i kwazary niewiele w tym zmienią – jednak z przyjemnością poczekam na kolejnych badaczy, próbujących wyjasnić tajemnicę.
Źródła:
Link 1
Link 2
Tajemnicze barwy Wszechświata #11
8 kwiecień 2010
Spoglądając na zdjęcie poniżej stwierdzicie pewnie w pierwszym momencie, że do nadzwyczajności mu całkiem daleko – ot, zdjęcie Księżyca jakich wiele. Kiedy jednak przyjrzycie mu się wnikliwiej zauważycie pewien drobny, aczkolwiek trochę niepokojący szczegół – element, dzięki któremu zdjęcie to warte jest jednak wyróżnienia.
Neutrina z jądra Ziemi
23 marzec 2010
Choć rosnące w błyskawicznym tempie wyrafinowanie nowoczesnej technologii od kilkudziesięciu lat prowadzi do prawdziwego rozkwitu badań najodleglejszych zakątków Wszechświata, to nie oznacza to wcale, że wiemy już wszystko, ba, istnieje w dalszym ciągu sporo niejasności w naszej wiedzy o obiektach znacznie nam bliższych, wiele jeszcze pozostało nawet do odkrycia w związku z naszą ojczystą planetą. Uzupełnianie luk w tej wiedzy nie należy co prawda do zadań astronomów i kosmologów – których dokonania interesują nas w ramach Cytadeli mimo wszystko najbardziej – jednak nie samą astronomią człek w końcu żyje; przyznam szczerze, że o ile kiedyś dokonania szeroko pojętych geologów interesowały mnie średnio lub nawet wcale, to w ostatnim czasie zarówno geologia właśnie (oraz pozostająca z nią w jakimś tam luźnym związku paleontologia) zostały przeze mnie odkryte jako prawdziwa „terra incognita”. Z tego względu zmuszony jestem prosić Czytelników wyczekujących „kosmicznych” wieści o wybaczenie i wyrozumiałość – jak sądzę warto czasem wrócić z kosmicznych podróży na naszą planetę, a dokładniej skierować zainteresowanie na jej wnętrze.
Jedną z ciągle nierozwiązanych do końca zagadek związanych z naszą planetą jest bez wątpienia prawdziwa istota najgłębiej ukrytej w jej wnętrznościach części, czyli planetarnego jądra. Dzięki badaniom sejsmologicznym wiemy co prawda sporo już o jego naturze, mimo to ambitni badacze nie muszą jeszcze przez bardzo długi czas martwić się o brak zajęć. Sejsmologia w ich rękach to naprawdę potężne narzędzie, nie jest to jednak jedyny instrument, dzięki któremu w stanie jesteśmy Ziemi wyrywać po kawałku jej tajemnice – w pierwszej chwili może okazać się to zaskakujące, jednak bardzo dobrze to zadanie realizuje również zmyślnie zastosowana wiedza z dziedziny fizyki cząstek.
Międzynarodowy zespół naukowców, złożony z badaczy z Włoch, Stanów Zjednoczonych, Niemiec, Francji oraz Rosji wykorzystywał w swej pracy badawczej (o której za chwilę) dobrodziejstwa oferowane przez placówkę naukową pod dźwięczną nazwą Laboratori Nazionali del Gran Sasso, ukrytą we wnętrzu włoskiego masywu górskiego Gran Sasso (umiejscowioną w okolicy miejscowości L’Aquila). W ramach tej placówki funkcjonuje niecodzienny projekt pod „włosko” brzmiącym akronimem BOREXINO (od BORon EXperiment), który w istocie jest niczym innym, jak po prostu „najzwyklejszym na świecie” detektorem neutrin.
Zanim powiemy słów kilka o samych badaniach, słów może kilka o „delikwentach” badaniom podlegającym. Neutrina to bardzo „specyficzne” cząstki elementarne – nie dość, pod względem liczebności są chyba bezkonkurencyjne w całym Wszechświecie, to mają do tego zaskakujące cechy: nie oddziaływują niemal w ogóle z materią, przenikając bez żadnego wysiłku obiekty wielkości na przykład Ziemi, do tego ich masa jest bardzo niewielka i bliska zeru. Biorąc pod uwagę taką charakterystykę cząstek nietrudno się domyśleć, że ich detekcja sprawia niemałe problemy – rzeczywiście, rejestrowanie neutrin do wdzięcznych zadań nie należy. Istnienie neutrin zostało przewidziane – w teorii – przez wybitnego szwajczarskiego fizyka Wolfganga Pauliego, który już w 1930 roku stwierdził, iż cząstki takie muszą istnieć (nie wnikajmy może dlaczego, bo to regiony, w których mogę się niemiłosiernie zaplątać). Zanim jednak potwierdzono eksperymentalnie ich obecność upłynęły niemal trzy dekady – dokonano tego w drugiej połowie lat pięćdziesiątych XX. wieku, i to nie bez wysiłku. Trudności związane z zarejestrowaniem cząstki mogą wydawać się niewiarygodne, gdy uzmysłowimy sobie (zgodnie z naszą obecną o niej wiedzą), że w kazdej sekundzie przez organizm każdego z nas „przelatuje” bez mała… 50 bilionów tych cząstek, jednak wymienione wcześniej egzotyczne cechy neutrin usprawiedliwiają całkowicie biednych badaczy.
Wszystkich zainteresowanych szczegółowszymi informacjami o tych fascynujących cząstkach zachęcam do szperania w materiałach dostępnych w Internecie, tutaj dodam tylko, że neutrina powstają – między innymi – w trakcie tzw. rozpadów „beta”, rozróżniamy ich trzy rodzaje (neutrina elektronowe, mionowe i taonowe) i, co bardzo ciekawe, cząstki te potrafią w trakcie swej podróży zmieniać swój rodzaj, podlegają tzw. oscylacji neutrinowej. W kontekście tego wpisu jednak najważniejszym faktem jest pierwszy z wyżej wspomnianych – neutrina powstają przy radioaktywnym rozpadzie niestabilnych jąder atomowych.
Kiedy do takiego rozpadu dochodzi, wydzielana jest między innymi energia cieplna. I tutaj szczęśliwie w końcu wracamy to zasadniczego tematu wpisu – mimo że sporo jeszcze tajemnic jądro Ziemi przed nami kryje, to raczej pewne wydaje się, iż duży udział w generowaniu ciepła we wnętrzu planety ma właśnie rozpad pierwiastków takich jak uran, tor oraz potas. Naturalna radioaktywność jądra Ziemi uważana jest za jeden z głównych „generatorów” ciepła naszej planety.
Rozpad radioaktywny generuje więc neutrina – badając energię takiej ulotnej cząstki, docierającej do nas z wnętrza Ziemi (zwanej geoneutrinem, by odróżnić je od neutrin słonecznych, docierających do nas od naszej rodzimej gwiazdy, czy też neutrin atmosferycznych, powstających w wyniku kolizji promieniowania kosmicznego z cząsteczkami górnych warstw atmosfery), sporo można dowiedzieć się o charakterystyce jądra, które uległo rozpadowi. W ten sposób to naukowcy uzyskują dostęp do wiedzy o składzie tej części planety, której bezpośrednie badanie jest, jak łatwo się domyśleć, po prostu niemożliwe.
Wykrywanie neutrin to zadanie ze względu na ich kłopotliwą charakterystykę niełatwe – w celu ich detekcji buduje się zaawansowane technologicznie detektory, wśród których najszerzej chyba znanym jest potężny detektor SuperKamiokande, umiejscowiony w Japonii. Zasada działania takiego detektora jest (oczywiście w uproszczeniu, i to znacznym) zwykle taka sama: głęboko pod ziemią, najlepiej z dala od sztucznych źródeł neutrin (którymi są elektrowni e jądrowe) umieszcza się potężne zbiorniki z płynem, tzw. scyntylatorem. Scyntylator to inaczej mówiąc substancja, która emituje światło, gdy przenika przez nią promieniowanie. Ogromne zbiorniki pełne scyntylatora umieszczane są więc pod ziemią, gdzie poza zbiornikiem drugim najistotniejszym elementem są fotopowielacze, inaczej mówiąc detektory światła o ogromnej czułości (rejestrujące pojedyncze fotony) i szybkości rejestracji. Takich fotopowielaczy komora zawierająca zbiornik posiada bez liku, wystarczy zajrzeć (gorąco polecam!) do galerii detektora BOREXINO pod tym adresem, by zobaczyć od groma fascynujących zdjęć.
Dobrze więc, zbudowaliśmy w pocie czoła detektor, w jaki sposób jednak detektor ten wykrywa neutrina, które przecież nie są „światłem”, do tego niemal nie oddziałują z materią? Otóż wielkość zbiornika ma swoje uzasadnienie – ogromna ilość scyntylatora konieczna jest właśnie dlatego, że neutrina tak bardzo wymykają się detekcji: kiedy przypomnimy sobie, iż na każdy centymetr kwadratowy powierzchni na Ziemi w ciągu sekundy dociera kilkadziesiąt miliardów neutrin, liczba rejestrowanych przez detektory neurin będzie śmiesznie mała – w przypadku detektora BOREXINO mowa jest bowiem o kilku neutrinach słonecznych na dzień, nie wspominając już o geoneutrinach, których rejestrowane jest zaledwie ok. 10 na… rok. Działanie detektora neutrin wymaga więc ogromnej cierpliwości. Neutrina, jak już wiemy, niemal nie posiadają masy i niemal nie oddziaływują z materią, jednak to słowo – niemal – jest tutaj kluczowe. Stwarzając dla neutrin idealne warunki (ogromna ilość scyntylatora), przyprawiając to niezwykle czułą aparaturą (fotopowielacze) i dokładając do tego całe oprzyprządowanie i oprogramowanie oraz anielsko cierpliwą ekipę badaczy w końcu sprawimy, że jedno z nieliczonej liczby neutrin, przenikających w każdej chwili detektor, siłą rzeczy wychwycone zostanie przez szczęśliwe jądro w komorze i doprowadzi do jego rozpadu, a tym samym do wygenerowania ultrakrótkiego błysku światła.
Detektor BOREXINO, który jest czternastometrową kulą zawierającą 300 ton scyntylatora otoczoną przez 2.200 fotopowielaczy, powstał właściwie w celu badania neutrin słonecznych, jednak nie powstrzymało to naukowców przed wykorzystaniem detektora do rejestracji geoneutrin. Jak poinformowali badacze biorący udział w kolaboracji nie było to zadanie pozbawione widoków na przysżłość – badacze poinformowali właśnie, że udąło się osiągnąć założony cel. Wnioskując o naturze rozpadających się jąder atomowych na podstawie „przechwyconych” neutrin badacze stwierdzili, że neutrina pochodziły z rozpadu uranu oraz toru, potwierdzając tym samym przypuszczenia geologów odnośnie składu chemicznego wnętrza planety. To jednak dopiero początek – aby poznać skład jądra oraz płaszcza Ziemi w szczegółach sam detektor BOREXINO nie wystarcza, do tego celu konieczne byłoby stworzenie globalnej sieci detektorów neutrin. Naukowcy przypuszczają, że wśród wówczas wykrytych neutrin powinne znaleźć się i takie, które powstały w trakcie rozpadu jąder potasu i rubidu.
Wyniki zebrane przez badaczy we włoskich górach nie są wprawdzie pierwszą próbą rejestracji geoneutrin – podobne zadanie realizowane było już w 2004 roku w Japonii, jednak wyniki wówczas uzyskane były co najmniej kontrowersyjne, gdyż detektor zastosowany do ich uzyskania znajdował się w sąsiedztwie kilku elektrowni atomowych, mogących zafałszować rejstrację. Niezależnie od tego jednak dzięki takim badaniom naukowcy bliżsi są znów o krok do poznania prawdziwej natury tysięcy kilometórów skał, po których dzień w dzień stąpamy.
Źródło:
Link 1
Zdjęcie: Detektor BOREXINO w całej swej krasie
Źródło zdjęcia
Credit: BOREXINO-Collaboration
Prawdziwie „kosmosowy” zawrót głowy
17 marzec 2010
Co prawda mam jak najbardziej świadomość, że powyższe określenie ujęte w cudzysłowy nie brzmi zbyt poprawnie (a przynajmniej żaden ze słowników naszej pięknej ojczystej mowy, które „przewertowałem” w internecie, nie potrafił go zidentyfikować), jednak jestem w końcu panem i władcą udzielnym tej wspaniałej strony i każda fanaberia – tym razem związana z brakiem reguł językowych – zostać mi musi wybaczona, no i, niezależnie od tej swawolnej rozpusty, tytuł wpisu brzmi przez to jakoś tak… okrąglutko i gładziutko. Ale wystarczy tych bzdur i czczej pisaniny – przejdźmy do rzeczy, w końcu czas nagli i klawiatury szkoda.
Podwójnych, czy generalnie rzecz ujmując, wielkrotnych układów gwiazdowych znamy w Kosmosie względnie sporo. Układy te są bardzo zróżnicowane – od relatywnie prostych układów dwóch gwiazd obracających się wokół wspólnego środka ciężkości do niezwykle skomplikowanych układó, gdzie składników jest kilka, w których trudno w pierwszym momencie dostrzec który z obiektów krąży wokół którego i jak w ogóle cały ten układ się nie „rozlatuje”. Zwykle jednak wyobrażamy sobie, że układy takie (podwójne czy większe) są, w porównaniu z rozmiarowo takim sobie Układem Słonecznym, dosyć spore – gwiazdy ze względu na swą wielkość niespecjalnie nadają się do egzystencji w naprawdę bliskim sąsiedztwie. Są jednak od tej reguły wyjątki – gwiazdy, które pod względem wymiarów są wręcz mikroskopijne, pod względem masy jednak wcale nie odstają od swych pełnowymiarowych kolegów.
Mowa oczywiście – w tym przypadku – o białych karłach. Białe karły to pośmiertne szczątki „normalnych” gwiazd, których wielkość oscyluje wokół średnicy naszej maleńkiej Ziemi, masa natomiast porównwalna jest z masą Słońca. Jak nietrudno sobie wyobrazić gęstość materii w takiej gwieździe musi „co nieco” przekraczać znane nam z codziennego doświadczenia wartości – średnia gęstość materii w białym karle to podobno mniej więcej jedna tona na 1 centymetr sześcienny! Tak silnie upakowane obiekty są same w sobie fascynujące, kiedy jednak gromadzą się w pary, zaczyna się prawdziwie zadziwiający spektakl.
W 1999 roku astronomowie wykorzystując dawno już zapomnianego satelitę ROSAT (ROentgen SATellite), który odliczał wówczas ostatnie dni swej aktywności zanim zastapił go nowocześniejszy – i z pewnością lepiej przez Was kojarzony - teleskop kosmiczny Chandra, zauważyli na niebie dziwne źródło silnego promieniowania rentgenowskiego. W ten sposób doszło do odkrycia układu podwójnego białych karłów, który uzyskał miano RX J0806.3+1527 lub, co brzmi chyba znacznie lepiej, HM Cancri. W odległości ok. 16 tysięcy lat świetlnych od Ziemi zaobserwowano wówczas układ karłów, który pod pewnym względem wydawał się mieć niesamowite właściwości – naukowcy przecierając oczy ze zdumienia stwierdzili bowiem, że wszystko wskazuje na to, iż obie gwiazdy obracają się wokół siebie w rekordowo krótkim czasie. Obserwacje z 1999 roku sugerowały, że gwiazdy w układzie HM Cancri wykonują pełen obrót wokół wspólnego środka masy w czasie zaledwie… niewiele ponad pięciu minut. Większość naukowców nie potrafiła uwierzyć, że coś takiego jest możliwe, prawdą jest też to, że obserwacje były dalekie od doskonałości i tym samym na ostateczny dowód – lub zaprzeczenie – czekać trzeba było jedenaście lat. W końcu jednak tajemnica została wyjaśniona a o jej rozwiązaniu międzynarodowy zespół naukowców postanowił napisać w ostatnim wydaniu „Astrophysical Journal Letters” z 10 marca tego roku.
Grupa astronomów kierowana przez doktora Gija Roelofsa z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge (USA) ciekawa prawdziwej natury układu HM Cancri uzyskała dostęp do najpotężniejszych teleskopów na naszej planecie – teleskopów Kecka na Hawajach. Wykorzystując teleskop Keck I (jeden z dwóch gigantów o śrenicy lustra 10 metrów) i angażując najnowsze oprzyrzadowanie tych potężnych instrumentów obserwacyjnych, naukowcy prowadzili intensywne obserwacje układu gwiazd. O ile w latach wcześniejszych najczęściej warunki pogodowe zapobiegały odkryciu prawdziwej natury HM Cancri, o tyle tym razem, dzięki połączonym wysiłkom astronomów, pięknej pogodzie oraz potencjałowi teleskopu w końcu udało się potwierdzić niewiarygodne dane o tym gwiezdnym systemie. Naukowcy rejestrowali w krótkich odstępach czasu światło docierające z układu gwiazd, by analizować następnie linie spektralne HM Cancri. Poszukiwali oni w ten sposób ledwie widocznych przesunięć w widmie gwiazd, które – w wyniku wszędobylskiego efektu Dopplera – pojawiały się w wyniku ruchu składników układu. Wraz z przemieszczaniem się gwiazd linie spektralne regularnie przesuwały się to w stronę niebieską to w stronę czerwoną widma, pozwalając w ten sposób precyzyjnie obliczyć prawdziwy okres orbitalny gwiazd.
Okazało się, że obie gwiazdy, choć brzmi to niedorzecznie w sumie, wykonują pełny obrót wokół wspólnego środka ciężkości w czasie krótszym zapewne niż poświęcacie na przeczytanie tego wpisu. HM Cancri to układ podwójny, w którym składniki układu potrzebują zaledwie 5,4 minuty na pełny obrót wokół wspomnianego środka! Ma to oczywiście przełożenie na inne, fascynujące cechy układu – szalona prędkość gwiazd wymaga, by sam układ był maleńki, i tak też jest w istocie – odległość pomiędzy gwiazdami jest nie większa niż 8 średnic Ziemi, mówiąc inaczej jedna czwarta odległości Ziemi od Księżyca lub – liczbowo – 100 tysięcy kilometrów. W skali kosmicznej wartości te są śmiechu warte – a jednak, doktor Gij wraz z ekipą udowodnili ich poprawność.
Tym samym układ HM Cancri stał się z miejsca najmniejszym i posiadającym najkrótszy okres orbitalny układem podwójnym, jaki jest nam znany. Wedle naukowców jest to również układ, który ociera się o prawdziwe ekstremum – wygląda na to, że niewiele krótszy okres orbitalny prowadziłby nieuchronnie do niemal natychmiastowego zlania się obu karłów. Stanie się to zresztą najprawdopodobniej w trudnej do określenia przyszłości, gdyż taka bliskość gwiazd zmusza je do wyhamowywania się nawzajem i dodatkowo, ponieważ niemal „ocierają” się o siebie, dochodzi do przepływu materii z partnera większego (choć brzmi dziwnie, to w tym przypadku im mniejsza gwiazda, tym ma większą masę), zniekształconego do formy kropli, na mniejszego. Materia ta dociera w okolice równika większej gwiazdy, gdzie dochodzi do wytworzenia promieniowania rentgenowskiego silniejszego, niż emitowane jest przez nasze Słońce.
Sama obserwacja była wielkim wyzwaniem – układ HM Cancri zgodnie z wypowiedziami naukowców jest układem niezwykle „bladym” o jasności miliony razy mniejszej niż najbledszej gwiazdy widocznej gołym okiem. Ultrakrótki okres obrotowy dodatkowo utrudniał wykonanie pomiarów. Astronomowie dumnie przyznają, że ich obserwacje były na granicy współczesnych możliwości sprzętu astronomicznego. Poza stwierdzeniem co do niezwykle egzotycznych cech układu nasuwa się tutaj oczywiście niemal natychmiast kolejna uwaga – skoro mamy do czynienia z tak ciasnym układem dwóch ciał niebieskich, krążących wokół siebie z szalonymi prędkościami, łatwo powiązać ten obraz z ideałem, poszukiwanym przez wytrawnych tropicieli fal grawitacyjnych. Zgodnie z założeniami projektów mających na celu udowodnienie istnienia tychże fal, przewidywanych przez Einsteina daawno już temu, ciasne układy gwiazd są idealnymi kandydatkami do tego celu. Można więc śmiało zakładać, że jeśli już w końcu komuś uda się zarejestrować efemeryczne fale, stać się to może wielce prawdopodobnie właśnie w przypadku układu HM Cancri.
