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
Pogoń za dziurami “wagi średniej” trwa dalej
17 listopad 2009
Dla najwytrwalszych bywalców tej strony (jeśli takowi oczywiście w ogóle istnieją) dzisiejszy wpis nie będzie z pewnością całkowitą „premierą” w takim sensie, że dwukrotnie przynajmniej zdarzyło mi się w zamierzchłej przeszłości wspominać o potencjalnych kandydatkach do miana tzw. „średniomasywnych czarnych dziur” (tutaj i tutaj), chimerycznej póki co klasy obiektów kosmicznych, których hipotetyczne istnienie od wielu lat czeka na solidne potwierdzenie w ramach obserwacji. O ile dwa pozostałe „szczepy” czarnych dziur (gwiazdowe, powstające w trakcie grawitacyjnej zapaści sporawych gwiazd, o masie nieprzekraczającej kilkudziesięciu mas Słońca, oraz supermasywne, bytujące w jądrach wielu galaktyk i sięgające masą miliardów mas słonecznych) od bez mała kilkudziesięciu lat stanowią przedmiot intensywnej (choć niestety siłą rzeczy tylko pośredniej) obserwacji, o tyle spora skądinąd luka pomiędzy nimi (szacowana pod względem masy na 100 do 10000 mas słonecznych) czeka ciągle na konkretne uzupełnienie – pojawiają się co prawda co jakiś kolejni pretendenci do miana „zawodników wagi średniej” (o których pisałem właśnie we wspomnianych wyżej archiwalnych wpisach), wydaje się jednak, że żaden z nich nie przekonał do siebie przeważającej większości badaczy.
W ostatnim czasie naukowcy z amerykańskiego Goddard Space Flight Center, jednego z ośrodków agencji NASA, zaproponowali jednak kandydata, który – jak się obecnie wydaje – stanowi poniekąd „najlepszego podejrzanego”: charakterystyka obiektu, który na przeciągu kilku minionych lat poddawany był przez nich natarczywym obserwacjom, sprawia, że jest on największym “kandydatem-pewniakiem” do miana „średniomasywnej czarnej dziury”. Po kolei jednak.
W odległości ok. 15,7 miliona lat świetlnych od Ziemi znajduje się galaktyka o katalogowej nazwie NGC 5408. W zasadzie galaktyka jak każda inna (z tych nieregularnych), o tyle jednak ciekawa, że przynależy do grona pewnej ich podgrupy, która wyróżnia się obecnością w swych wnętrznościach „superjasnych źródeł rentgenowskich” („Ultraluminous X-ray Source”, ULX), frapujących, niezwykle silnych „emiterów” promieniowania X, które zdają się generować więcej energii niż każdy znany nam proces związany z gwiazdami, mniej jednak niż ma to miejsce w przypadku supermasywnych czarnych dziur w aktywnych jądrach galaktycznych (“Active Galactic Nuclei”, AGN). Jak nietrudno się domyśleć, z tego właśnie względu źródła ULX stanowią niezgorszych kandydatów na średniomasywne czarne dziury, co też powoduje, iż naukowcy poświęcają im względnie sporo uwagi.
Źródło ULX w galaktyce NGC 5408 jest jednak szczególnie interesujące nawet na tle pozostałych przedstawicieli swej rodziny – w latach 2006 oraz 2008 naukowcy z Goddard Space Flight Center, posługując się instrumentami obserwacyjnymi znajdującymi się na pokładzie europejskiego satelity XMM-Newton, prowadzili obserwacje tego źródła, oznaczonego swego czasu mianem NGC 5408 X-1. Kosmiczne obserwatorium zarejestrowało coś, co naukowcy w swym ojczystym języku określili mądrze jako „quasi-periodic oscillations”, inaczej mówiąc pozornie okresowe oscylacje blasku, pochodzącego od niezwykle gorącego gazu opadającego na hipotetyczną czarną dziurę wewnątrz dysku akrecyjnego, formującego się zwyczajowo wokół masywnych obiektów. „Migotanie” to, bo do tego ów tajemniczy angielski zwrot ostatecznie się sprowadza, miało ciekawą charakterystykę – odbywało się ok. 100 razy wolniej, niż ma to zazwyczaj miejsce w przypadku gwiazdowych czarnych dziur, z drugiej jednak strony o taki sam czynnik źródło to było jaśniejsze (w zakresie rentgenowskim).
Biorąc pod uwagę wspomniane migotanie oraz inne charakterystyczne cechy źródła, naukowcy doszli po intensywnym namyśle do wniosku, że przyczyną takiego a nie innego zachowania źródła musi być tajemniczy obiekt o masie pomiędzy tysiącem a dziewięcioma tysiącami mas słonecznych (swoją drogą, ciekawe skąd aż tak szeroki rozrzut w szacunku), natomiast jego horyzont zdarzeń – a więc hipotetyczna w przybliżeniu sferyczna powierzchnia, otaczająca centrum czarnej dziury, wewnątrz której grawitacja nie wypuszcza „na zewnątrz” nawet światła – musiałby mieć średnicę mieszącą się w zakresie od połowy do czterokrotności średnicy Ziemi.
Jeśli rzeczywiście w przypadku źródła NGC 5408 X-1 mamy do czynienia ze średniomasywną czarną dziurą, to intensywny blask źródła wiąże się zapewne z pożeraniem przez nią gazu z otoczenia – w tym przypadku zasysania jej z „gwiazdy-ofiarodawcy”, co dzieję się względnie często w przypadku gwiazdowych czarnych dziur w naszej Galaktyce. Chcąc to założenie udowodnić badacze zaplanowali w 2008 roku przesiadkę na kolejne kosmiczne obserwatorium – tym razem amerykańskiego SWIFT’a, dzięki któremu chcieli natrafić na ślady takiej kosmicznej towarzyszki.
Od kwietnia 2008 roku satelita SWIFT kilka razy w tygodniu „zerkał” w stronę źródła NGC 5408 X-1, rejestrując najsubtelniejsze nawet regularne wahania w poziomie promieniowania rentgenowskiego, co mogłoby wskazywać na obecność gwiezdnego partnera. Dzięki temu po wielu miesiącach obserwacji astronomom udało się w końcu stwierdzić, że taka maleńka zmiana następuje miarowo co mniej więcej 115,5 dnia. Zakładając, że takiej długości jest również okres orbitalny domniemanej gwiazdy-sponsora, można było ostatecznie przedstawić wniosek, że gwiazda ta musi być co najmniej gwiazdą olbrzymem o przypuszczalnej masie od 3 do 5 mas słonecznych. Trzeba tutaj jednak od razu zaznaczyć, że do chwili obecnej satelita SWIFT zdążył wskazujące na to „wahnięcie” blasku źródła zaobserwować zaledwie cztery razy, nie można więc mówić tutaj o jakiejś absolutnej pewności – nadzór trzeba będzie w dalszym ciągu kontynuować, by potwierdzić podejrzenia.
Jakby jednak nie było, wiele wskazuje na to, że wyczekiwany od lat z utęsknieniem przez wielu astronomów silny dowód obserwacyjny wskazujący na istnienie średniomasywnych czarnych dziur powoli zaczyna znajdować się w zasięgu ręki obserwatorów. Nawet jeśli w przypadku bohaterki dzisiejszego wpisu wszelkie wnioski okażą się w ostatecznym rozliczeniu błędne (co wydaje się jednak mało prawdopodobne, trzeba przyznać), to pojawiające się w ostatnim czasie coraz częściej prace w tym zakresie w końcu kiedyś zaprezentują „pewniaka”, obiekt, który bez zastrzeżeń zostanie oficjalnie mianowany przedstawicielem nowej klasy czarnych dziur.
Wszystko to – warto o tym wspomnieć na koniec – ma jednak sens przy oczywistym w tym przypadku założeniu, że czarne dziury jako takie w ogóle istnieją, co nie przez wszystkich naukowców jest w końcu akceptowane. Wspominam o tym dlatego, że dla osób zainteresowanych alternatywnymi wizjami (w tym przypadku mowa o tzw. „czarnych gwiazdach”) z przyjemnością polecić mogę lekturę najnowszego wydania „Świata Nauki”, w którym arcyciekawy artykuł na ten temat się pojawił.
Artykuł naukowców o odkryciu na ArXiv.org
Źródła:
Link 1
Link 2
Link 3
Link 4
Link 5
Link 6
Zdjęcie: Archiwalne zdjęcie wykonane przez teleskop Hubble’a, gdzie zaznaczono źródło NGC 5408 X-1
Źródło zdjęcia
Credit: NASA/ESA/C. Lang, P. Kaaret, A. Mercer (Univ. of Iowa), and S. Corbel (Univ. of Paris)
Galaktyka (prawie) bez gwiazd
22 październik 2009
Zapewne naiwna fascynacja Wszechświatem z punktu widzenia przygodnego amatora pokroju autora tego bloga, który świadomie wysupłuje z niezwykle czasem skomplikowanej wiedzy astrofizycznej tylko te elementy, które jest w stanie w miarę pojąć i ogarnąć umysłem, szybko mogłaby przygasnąć i zszarzeć w konfrontacji ze żmudną, rutynową i codzienną pracą nad niekończącymi się zestawami niewiele mówiących liczb, co z dużym prawdopodobieństwem stanowi jedno z głównych zajęć zawodowych obserwatorów nieba. Z tego też względu, mimo pewnych sentymentalnych czasem rozważań, nigdy nie żałowałem tak naprawdę, że obrałem zupełnie odmienną, na wskroś humanistyczną drogę edukacji, odpuszczając sobie ślęczenie nad arcytrudną dla mnie od zawsze matematyką i fizyką – nie jest to teraz moim zawodem i potrafię po latach ciągle na nowo odkrywać w sobie fascynację tajemnicami Kosmosu.
To pewnie prawda, że wszyscy astronomowie zajmują się swoją robotą z zamiłowania (bo trudno mi wyobrazić sobie takiego, który w tym elitarnej i wąskiej mimo wszystko specjalizacji wylądowałby przypadkiem), jednak nie można też ukrywać, że każda robota, jakby ciekawa z początku nie była, po jakimś czasie staje się zwyczajna i popadać zaczniemy w zabójczą rutynę. Znacie to pewnie sami, przynajmniej niektórzy, z autopsji i od znajomych, jednak co w takim przypadku mają powiedzieć astronomowie, których wieloletnim zajęciem jest poszukiwanie i zliczanie nowych galaktyk w bezkresie Wszechświata? Jednym z takich nieszczęśników (choć nie do końca, jak się zaraz okaże) jest z pewnością profesor astronomii na Macalester College (Minnesota, USA), niejaki John Cannon. Warto tutaj zwrócić uwagę przy okazji na to, że chyba pierwszy raz zdarza mi się tutaj wspominać o uczelni, której nazwa zapewne nie otarła się każdemu z nas kiedyś o uszy – o ile skrótowce takie jak CALTECH czy MIT są rozpoznawalne na całym świecie, to Macalester College jest prywatną uczelnią z długą tradycją, jednakże nie jest to ani światowej sławy uniwersytet ani też poważany wszędzie instytut. Ale wracając do Cannona – w takim to zacisznym miejscu pracuje John, biorąc między innymi wraz ze swymi studentami udział w projekcie Arecibo Dual Beam Survey (ADBS), który to był (jest?) przeglądem nieba nakierowanym na odkrywanie nowych galaktyk w “lokalnym” Wszechświecie (powiedzmy do odległości kilkuset milionów lat świetlnych od Ziemi) przy wykorzystaniu potężnego radioteleskopu w miejscowości Arecibo (Portoryko).
Jak sam profesor Cannon przyznaje, udział w takim przeglądzie to dość monotonne zajęcie, codziennie w sumie w sieci naukowców wpada nowa galaktyka, inna, a jednak taka sama jak cała chmara poprzednich. I w ten sposób można by kontynuować i kontynuować, no ale pewnie domyślacie się, że coś musiało tutaj jednak się ciekawego wydarzyć, inaczej nie popełniłbym tego wpisu. I oczywiście też się wydarzyło – Cannon wraz ze swoimi młodocianymi asystentami w pewnym momencie (co dziwne wieki już temu, bo w 2001 roku) natrafił na zupełnie odmienny od dotychczasowych obiekt w odległości ok. 140 milionów lat świetlnych.
W trakcie rutynowego “skanu” w poszukiwaniu galaktyk karłowatych jeden z kolegów profesora uznał, że napotkał w końcu coś, czym warto zainteresować się na dłuższą metę. Obiekt ten posiadał na tyle niepokojące właściwości – o których zaraz opowiem – że naukowcy zdecydowali się na przesiadkę na “cięższy” kaliber obserwacyjny – uzyskali w końcu dostęp do obserwatorium Very Large Array (VLA), obserwatorium radioastronomicznego złożonego z niemal trzydziestu niezależnych, wielgachnych anten rozmieszczonych na sporej przestrzeni w stanie Nowy Meksyk w Stanach Zjednoczonych. Dzięki ponadprzeciętnym możliwościom obserwatorium udało się poznać frapujące właściwości tajemniczego obiektu.
Galaktyka karłowata, nazwana przez odkrywców ADBS 1138 (od skrótowej nazwy przeglądu) karłowatą jest tak naprawdę tylko z nazwy – jej wielkość zbliżona jest mniej więcej do wielkości naszej Drogi Mlecznej, co z pewnością w normalnych warunkach dyskwalifikowało by ją jako obiekt takiej klasy. Nie została jednak tak nazwana również dla żartu – o ile niemal wszystkie galaktyki, które znamy, składają się w dużej mierze z materii w stanie silnie “zagęszczonym” (inaczej mówiąc ogromu gwiazd i ich układów planetarnych), to galaktyka ADBS 1138 jest pod tym względem wyjątkowa – na podstawie obserwacji naukowcy stwierdzili, że znikoma ilość całej materii w galaktyce ma formę gwiazd, natomiast przytłaczająca jej większość zawarta jest w niewyobrażalnie wielkim obłoku gazowym – ściślej rzecz biorąc mowa tutaj o ok. 2% materii gwiazdowej. Trudno sobie taką galaktykę wyobrazić, jednak znacznie ważniejsze jest podstawowe pytanie, automatycznie się narzucające – dlaczego w tej galaktyce nie powstawały i nie powstają gwiazdy tak masowo, jak to dzieje się zazwyczaj?
Galaktyka została zaklasyfikowana jako karłowata, gdyż pod względem ilości gwiazd jest rzeczywiście maleńka, nie zmienia to jednak faktu, że galaktyka jako taka jest wielka. Nie napotkaliśmy dotąd wśród milionów czy miliardów nawet znanych nam galaktyk takiej, która miałaby podobny stosunek materii “zagęszczonej” do obłoku gazu – tym samym odkrycie Cannona i spółki jest naprawdę zaskakujące. Znane nam dotąd galaktyki – jak się zakłada – powstają z takich ogromnych obłoków, w których – prędzej czy później – niestabilności wymuszają wręcz zagęszczanie gazu w niektórych miejscach, prowadzące nieuchronnie do powstawania gwiazd. Tym bardziej tajemnicze jest w kontekście tego istnienie galaktyki, w której gaz może, że tak powiem, spokojnie egzystować bez grawitacyjnie wydawałoby się koniecznych zagęszczeń. Nie wiemy dlaczego gaz nie koncentruje się w gwiazdy, nie wiemy jaki czynnik może temu przeciwdziałać – naukowcy poszukują obecnie kolejnych galaktyk o tak dziwacznej charakterystyce, jednak jak dotąd bez sukcesów.
Można więc oceniać pracę astronoma jako rutynowe, żmudne zajęcie – jednak w sytuacji tak ekscytującego odkrycia wszystkie znoje i godziny nudy szybko odchodzą chyba w zapomnienie, prawda?
Praca naukowców w “Astrophysical Journal”
Źródła:
Link 1
Link 2
Link 3
Zdjęcie: John Cannon we własnej osobie
Źródło zdjęcia
Credit: Macalester College/J. Cannon
Kosmiczne rendez-vous za kilkaset milionów lat
9 październik 2009
Wszechświat pełen jest rzeczy, których nasza siłą rzeczy ograniczona wyobraźnia nie potrafi objąć – jedną z takich jest z pewnością intrygująca wiadomość (która dotarła do mnie dosłownie przed chwilą, kiedy pisałem pierwsze słowa tego wpisu) o tym, że niejaki Barack Obama otrzymał w dniu dzisiejszym pokojową nagrodę Nobla. Ponieważ jednak strona, na której dziwny trafem znajdujecie się w tej chwili, nie ma służyć rozważaniom nam niewiarygodną wręcz degradacją wartości swego czasu niezwykle ważnej nagrody poprzez przyznanie jej człowiekowi, który niczego wartego wzmianki jeszcze nie dokonał (i wątpliwe jest, czy dokona tego w przyszłości), wykonujemy ostry wiraż i wracamy do tematyki “znanej i lubianej”, czyli – Wszechświata pełnego rzeczy, których… itd..
Jednym z najtrudniejszych do objęcia umysłem obiektów kosmicznych jest z pewnością czarna dziura. Zakładamy tutaj rzecz jasna, że coś takiego jak “czarna dziura” w ogóle istnieje, bo nie sposób przecież wykluczyć opcji, iż jest to tak naprawdę ślepa uliczka teoretyków i mamy tak naprawdę do czynienia z zupełnie odmiennym zjawiskiem – alternatyw, choć stanowczo zbyt mało popularnych, jest sporo. Załóżmy jednak, że czarne dziury jako takie istnieją – wówczas każdy z nas chyba przyzna, że mimo pojawiających się w wielu miejscach wysilonych opisów, mających choć trochę przybliżyć nam ich istotę, bardzo trudno przełożyć zadziwiającą matematykę na zrozumiałe dla nas samych pojęcia.
Trudno wyobrazić sobie czarną dziurę, no więc co powiecie na dwie, zbliżające się nieuchronnie do siebie? Choć wydaje się to na pierwszy rzut oka mało prawdopodobne, by czarne dziury spotykały się w swych wojażach, to naukowcy są przeciwnego zdania – ze względu na to, że w zasadzie dość często dochodzi w końcu we Wszechświecie do kolizji galaktyk i ich mariażów, równie często powinno dochodzić do spotkania dwóch supermasywnych czarnych dziur – bo o tych dziś mowa. Zakłada się bowiem, że tego rodzaju monstrualne czarne dziury tkwią w jądrach przeważającej ilości galaktyk – trudno więc nie wyciągnąc tutaj wniosku, że w trakcie zderzenia dwóch galaktyk z zamieszkującymi je supermasywnymi czarnymi dziurami kiedyś dochodzi do pierwszego kontaktu.
Jedną z galaktyk, w których taki proces właśnie zdaje się przebiegać, jest galaktyka NGC 6240 – galaktyka odległa od nas o ok. 400 milionów lat świetlnych, dość dobrze poznana i zbadana, której sam “zwichrowany” kształt zdaje się już podpowiadać, że mamy do czynienia z naprawdę frapującym obiektem. Tego samego zdania są również astronomowie – zakłada się, że galaktyka ta powstała w trakcie zderzenia dwóch galaktyk pomniejszych. Co jednak jeszcze ciekawsze, wiele zdaje się wskazywać na to, że gwałtowne zajścia z przeszłości nie są jedyną cechą, zajmującą badaczy – obserwacje sprzed kilku lat oraz wykonane niedawno wskazują z dużym prawdopodobieństwem na to, że obie pierwotne galaktyki mogły wnieść jako posag do związku supermasywne czarne dziury.
W 2002 roku obserwacje wykonane przy pomocy kosmicznego obserwatorium Chandra (pracującego w zakresie promieniowania rentgenowskiego, promieniowania powstającego zazwyczaj w bardzo gwałtownych i energetycznych procesach) ujawniły, że w centrum galaktyki NGC 6240 znajdują się najprawdopodobniej dwie supermasywne czarne dziury, odległe od siebie o maleńkie 3000 lat świetlnych. Obserwacje powtórzono całkiem niedawno, dodatkowo zdjęcie w zakresie rentgenowskim połączono ze zdjęciem wykonanym w zakresie widzialnym przez kosmiczny teleskop Hubble’a. Efekt? Wystarczy zerknąć do góry, by na zdjęciu rozpoznać najbardziej charakterystyczne elementy – dwa bliskie siebie, bardzo jasne punktowe źródła światła, położone w centrum galaktyki. Pomarańczowe i czerwone natomiast tło tych punktów, niezbyt pasujące do zwyczajowego obrazu galaktyki, to odwzorowanie danych w zakresie rentgenowskim.
Na tym nie koniec jednak – czarne dziury zbliżają się do siebie i prawdopodobnie za dziesiątki lub setki milionów lat połączą się w jedną gigantyczną czarną dziurę. Proces ten zdaje się trwać już od ok. 30 milionów lat, trzeba więc przyznać, że czarnym dziurom niespieszno do spotkania. Wszystko dlatego, że czarne dziury oczywiście nie zmierzają do siebie po linii prostej, co byłoby dość kuriozalne – tak jak i gwiazdy galaktyki NGC 6240 poruszają się o orbitach wokół wspólnego środka ciężkości, czyli inaczej mówiąc po spiralnym torze.
Obserwacje i badania układów dwóch lub więcej czarnych dziur to bardzo popularna działka we współczesnej astronomii – galaktyka NGC 6240 jest tylko jednym przykładem, jaki od 2002 roku wyszukano w bezkresie Wszechświata. Zrozumienie tego, w jaki sposób łączące się czarne dziury oddziałują na siebie na wzajem i na otoczenie pociąga wielu badaczy, nie można też zapomnieć o tym, że najprawdopodobniej to właśnie łączące się czarne dziury stanowią najsilniejsze źródło fal grawitacyjnych we Wszechświecie – niestety wszystkie eksperymenty, służące zarejestrowaniu takich fal ciągle nie przynoszą pozytywnych rezultatów, niezależnie od przyczyn tego niepowodzenia.
Źródła:
Link 1
Link 2
Link 3
Zdjęcie: Galaktyka NGC 6240 (złożenie zdjęć teleskopu Hubble’a w świetle widzialnym oraz obserwatorium Chandra w zakresie rentgenowskim)
Źródło zdjęcia
Credit: X-ray: NASA/CXC/MIT/ C.Canizares, M.Nowak; Optical: NASA/STScI
Galaktyczna emigrantka
17 wrzesień 2009
Jak niewyobrażalnie wielkiej siły trzeba, by zmusić olbrzymią gazową kulę, o masie przekraczającej setki tysięcy razy (biorąc pod uwagę i tak całkiem niepozorne na tle innych gwiazd nasze swojskie Słońce) masę naszej ciężkiej jak diabli Ziemi, do szaleńczego sprintu w przestrzeni międzygwiezdnej, z prędkościami sięgającymi milionów kilometrów na godzinę? Z pewnością nie będzie zaskoczeniem, kiedy niezwykle mądrze napiszę – niezwykle dużej, jednak astronomów takie banalne stwierdzenie siłą rzeczy nie może zadowalać. O ile wśród badaczy Kosmosu panuje zgoda co do potęgi oddziaływań, które muszą napędzać “hiperszybkie” gwiazdy (z angielska “hypervelocity stars”), o tyle o zgodności co do ich pierwotnej przyczyny trudno cokolwiek powiedzieć.
W zamierzchłej przeszłości (w 2005 roku) astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali w naszej Drodze Mlecznej gwiazdę tego niezwykle rzadkiego typu. Aby uzmysłowić sobie niezwykłość “hiperszybkich” gwiazd (skrótowo HVS) warto pamiętać, że “zwyczajowa” prędkość gwiazd w galaktykach oscyluje (zależnie od odległości od centrum danej galaktyki oraz innych uwarunkowań) wokół kilkuset tysięcy km/h, tymczasem gwiazdy HVS poruszają się z prędkością sięgającą bez większych problemów kilku milionów km/h (o gwieździe neutronowej, której prędkość oszacowano na niespełna 5 mln km/h, pisałem wieki temu tutaj). Co jeszcze ciekawsze – wiele zależy wprawdzie zależy tutaj od różnych niewiadomych, można jednak śmiało na podstawie obserwacji zakładać, że na milion gwiazd w galaktyce przypada niespełna… 1 gwiazda HVS; inaczej mówiąc – są to obiekty niezwykle rzadkie.
Ze względu na ich raczej marginalne znaczenie i niewielką szansę na ich wytropienie w gąszczu milionów gwiazd zachowujących się względnie spokojnie jeszcze zupełnie niedawno astronomowie nie podejmowali świadomych prób ich poszukiwania ani tym bardziej analizy. Wspomniane wyżej odkrycie pierwszej gwiazdy HVS zaskoczyło astronomów, jednak nie zmieniło panującego szeroko przekonania, że to pojedynczy incydent i kolejne odkrycia będą zdarzać się bardzo rzadko. Okazuje się jednak, że pesymiści racji nie mieli – w chwili obecnej znamy już 17 takich gwiazd w Drodze Mlecznej, przy czym postęp jest rzeczywiście spory – w końcu niespełna dwa lata pisząc jeden z moich wpisów wspominałem, że gwiazd takich znaleziono dziesięć. Nic dziwnego więc, że gwiazdy HVS z czasem zaczęły budzić rosnące zainteresowanie badaczy.
Nie inaczej stało się również w przypadku grupy badaczy zza naszej zachodniej granicy, którzy – w sumie przez przypadek, jak to często bywa – natknęli się niedawno na gwiazdę HVS, która stanowi nie lada wyzwanie dla teoretyków, próbujących usilnie tworzyć hipotezy służące zrozumieniu owej tajemniczej siły, napędzającej szaleńczo gnające przez przestrzeń gwiazdy. Ulrich Heber, Norbert Przybilla (obaj z Instytutu Astronomicznego przy Uniwersytecie Erlangen-Nürnberg) wspólnie z Fernando Nieva (Max-Planck-Institut für Astrophysik w Garching), bo to o tych panach właśnie mowa, uzyskali dostęp do 2,2-metrowego teleskopu w obserwatorium La Silla na odległej chilijskiej pustyni, będącego jednym z teleskopów kontrolowanych przez organizację ESO (European Southern Observatory, Europejskie Obserwatorium Południowe z siedzibą w… Garching), by tym sposobem dokładniej przyjrzeć się naprawdę frapującej gwieździe.
Na gwiazdę o dumnej nazwie HD 271791 Heber z kolegami natknęli się wcześniej przypadkowo podczas szperania w olbrzymich zasobach zebranych w trakcie przeglądu nieba “Sloan Digital Sky Survey” (SDSS), co ciekawe – poszukiwali tam pierwotnie bardzo rzadkiego podrodzaju gwiazd błękitnych. Gwiazda HD 271791 skutecznie odwróciła uwagę naukowców od celu ich poszukiwań – okazało się bowiem, że gwiazda ta nie tylko jest rasowym przedstawicielem klasy gwiazd HVS, jakby tego jeszcze było mało – zadaje kłam powszechnie akceptowanej hipotezie o źródle jej nadmiernej prędkości.
Gwiazda HD 271791 porusza się przez Galaktykę z prędkością równą ok. 2,2 milionów kilometrów na godzinę. Jak na gwiazdę, której masa równa jest ok. 11 masom naszego Słońca, to całkiem sporo, choć nie jest to wynik służący do bicia rekordów świata (albo, uściślając, Wszechświata). Jednak to nie sama prędkość czyni z HD 271791 obiekt interesujący – znakomita większość odkrytych dotąd gwiazd HVS można było bowiem w jakiś sposób powiązać z hipotetyczną supermasywną czarną dziurą, tkwiącą w centrum Drogi Mlecznej, tymczasem HD 271791 zaobserwowano na rubieżach Galaktyki.
W tym miejscu dochodzimy do sedna problemu – do tej tajemniczej siły, która może rozpędzić gwiazdę do tak wielkich prędkości. Ponieważ nie jest zadaniem łatwym gwieździe nadać ogromną prędkość, wymagane do tego są co najmniej ponadprzeciętne “zdolności”. Zakłada się obecnie, że głównym winowajcą w tym przypadku są supermasywne czarne dziury w jądrach galaktyk, których oddziaływanie grawitacyjne jest na tyle potężne, by nawet sporej wielkości gwiazdę (przy sprzyjających warunkach) potraktować jak przysłowiowy kamień i wyrzucić ją w określonym kierunku jak z procy. Wydaje się to sprawdzać w przypadku większości gwiazd HVS dotąd poznanych, jednak kilka z nich stanowi prawdziwy problem – aby uszczknąć energii czarnej dziurze konieczne jest, by zbliżyć się do niej na rozsądną odległość.
Gwiazda HD 271791, jak już wspomniałem wcześniej, została zaobserwowana na obrzeżach Drogi Mlecznej, na jej niestrudzonej i nieodwołalnej drodze ku porażającej pustce przestrzeni międzygalaktycznej. Można by jednak śmiało zakładać, że nic z tego tak naprawdę nie wynika – w końcu nic nie wyklucza tego, że jakiś czas temu gwiazda zbliżyła się do czarnej dziury w jądrze Galaktyki. Heber i koledzy postanowili to sprawdzić i po intensywnych badaniach uzyskali prawdopodobną “trasę”, po jakiej porusza się wspomniana gwiazda – wiele wskazuje na to, że gwiazda ta nigdy w pobliżu wielkiej czarnej dziury się nie znalazła. Co więcej – analiza chemiczna widma gwiazdy wykazała, że jej zewnętrzne warstwy są nadzwyczajnie bogate w krzem, pierwiastek względnie rzadki, powstający w zasadzie tylko w procesie wybuchu supernowej. Zespół niemieckich badaczy rozważa co prawda możliwość, że gwiazda, będąca kiedyś składnikiem układu podwójnego, została odrzucona z gigantyczną prędkością przez wybuchającego partnera, jednak, jak mówi Heber, prawdopodobieństwo tego zdarzenia wydaje się niewielkie.
Mamy więc spory problem – skoro to nie czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej to co? Ciekawą propozycję wysuwa tutaj inny niemiecki astronom – Matthias Steinmetz z Astrophysikalisches Institut Potsdam zauważył pewną dziwną zależność między większością znanych nam gwiazd HVS - zaobserwowano je w jednym gwiazdozbiorze, mianowicie gwiazdozbiorze Lwa. Podobna lokalizacja skłoniła Steinmetza oraz jego zespół do podjęcia się frapującej symulacji komputerowej – na podstawie tej symulacji Steinmetz wysuwa propozycję, która może wyjaśnić tajemnicze pochodzenie gwiazd HVS. Przed ok. 150 milionami lat, w omawianym regionie Drogi Mlecznej, doszło wedle symulacji do “lokalnej” katastrofy – jedna z okrążających Drogę Mleczną galaktyk karłowatych zbliżyła się niebezpiecznie blisko do Galaktyki, wpadając dosłownie na jej rubieże. Ponieważ proces ten nie należy do najspokojniej przebiegających można śmiało założyć, że część gwiazd, zarówno zadomowionych w Drodze Mlecznej, jak i przybywających z gościnną wizytą, doznało sporych przyspieszeń – może to być całkiem niezłym wytłumaczeniem szalonych prędkości znanych nam gwiazd HVS.
Jakkolwiek by nie było, trzeba przyznać, że gwiazdy HVS stanowią i stanowić będą naprawdę fascynujące zagadnienie – wyobraźmy sobie olbrzymią płonącą kulę gazu, przesuwającą się po niebie z takimi prędkościami – choć taki widok nigdy nam pewnie dany, musi to być coś, czego nie da się zapomnieć.
