Supernowe w zwolnionym tempie
19 maj 2008
Supernowe typu Ia to bardzo ważne z punktu widzenia kosmologów obiekty – nie dość, że dzięki nim jesteśmy w stanie z dużą dokładnością wyznaczać odległości do bardzo odległych galaktyk (gdzie grają rolę tzw. świec standardowych), to dodatkowo właśnie eksplodujące gwiazdy tego typu w 1998 roku stały się przyczyną prawdziwie sensacyjnego odkrycia: naukowcy dzięki obserwacjom bardzo odległych supernowych Ia stwierdzili, że ekspansja naszego Wszechświata przybiera na prędkości (więcej o tych niezwykłych gwiazdach tutaj). Nie koniec jednak na tym, gdyż te jakże cenne w oczach astronomów obiekty można wykorzystać również do potwierdzenia prawidłowości samej teorii Wielkiego Wybuchu.
W jaki sposób? Teoria Wielkiego Wybuchu została sformułowana, gdyż okazało się, że poza pewnymi wyjątkami (głównie z Grupy Lokalnej naszej Galaktyki, w której ucieczce przeciwdziałają więzi grawitacyjne) niemal wszystkie galaktyki, które możemy zaobserwować, oddalają się od nas, z tym większą prędkością, im bardziej są od nas oddalone. Przyjęcie tego faktu do wiadomości równoznaczne jest z równoczesną akceptacją założenia, że skoro wszystkie obiekty oddalają się od siebie, kiedyś, bardzo dawno temu, musiały znajdować się bardzo blisko siebie – Wielki Wybuch to nic innego jak punkt początkowy tego procesu, w którym cały dzisiejszy Wszechświat zamknięty był w tajemniczej osobliwości początkowej. O ucieczce galaktyk dowiedzieliśmy się na początku XX wieku, kiedy to Edwin Hubble obserwując widma galaktyk stwierdził, iż większość z nich ma widmo przesunięte ku czerwieni, odkrywając tzw. efekt poczerwienienia widma (redshift), sztandarowe zjawisko, niezwykle ważne z punktu widzenia kosmologii. Nie wnikając w szczegóły przesunięcie to wynika z faktu, iż światło docierające do nas z galaktyk, które oddalają się od Ziemi, ma do przebycia coraz dłuższą drogę i sam ekspandujący Wszechświat rozciąga fale świetlne, wydłużając je – właśnie w stronę czerwieni.
Można zapytać co to ma wspólnego z supernowymi Ia i udowadnianiem teorii Wielkiego Wybuchu. Cały ten przydługi wstęp nie jest jednak bezcelowy – bardzo ważne w celu zrozumienia dalszego wywodu jest zaakceptowanie tego, że rozszerzanie się Wszechświata nie jest rozszerzaniem takim, jakie rozumiemy stosując to pojęcie do zjawisk tutaj, na Ziemi – nie istnieje jakaś określona, wielka przestrzeń, w której przemieszczają się galaktyki, oddalając się od siebie coraz bardziej. Zgodnie z teorią względności Einsteina przestrzeń nie jest już bytem absolutnym, lecz podlega zmianom: ekspansja Wszechświata to ekspansja samej przestrzeni, w której, jak rodzynki w rosnącym cieście lub punkty na nadmuchiwanym balonie, tkwią galaktyki.
Pamiętając o tym rozróżnieniu wracamy do poczerwienienia widma odległych obiektów – ekspansja Wszechświata w ten sam sposób, w jaki wydłuża fale świetlne, powoduje, iż zjawiska zachodzące we wczesnym Wszechświecie dzisiejszemu obserwatorowi wydają się przebiegać wolniej, niż miałoby to miejsce obecnie. Wyobraźmy sobie olbrzymi zegar w początkach Kosmosu, który wysyła do nas impuls świetlny dokładnie co sekundę – każdy z impulsów ma do pokonania coraz większą drogę, dlatego na Ziemi owe precyzyjne impulsy docierałyby z odstępami większymi niż sekunda.
Dochodzimy tutaj wreszcie do tytułowych supernowych Ia. Jak wspomniałem, supernowe tego typu to doskonałe świece standardowe kosmologii – znamy bardzo dobrze krzywą ich blasku (zależność jasności od czasu), jednak supernowe nie wysyłają impulsów na wzór wspomnianego wirtualnego zegara. Posiadają jednak inną, użyteczną cechę – ich widmo zmienia się w charakterystyczny sposób w trakcie eksplozji, a wynika to z tego, że gwiazda odrzuca po kolei swoje warstwy: wpierw tą całkiem zewnętrzną, następnie kolejne, pozwalając naukowcom zaglądać coraz głębiej, odsłaniając coraz cięższe pierwiastki i ich linie spektralne.
Naukowcy obserwowali 13 supernowych typu Ia, dobierając je pod względem różnych stopni poczerwienienia, a więc i odległości. Supernowe najodleglejsze, jak się okazało podczas badań, znacznie wolniej zmieniają swoje widmo – najdalsza z nich robi to prawie połowę wolniej (40%) niż odbywa się to w przypadku supernowych w bliskiej odległości. Tym samym supernowe Ia wykazały swoją ogromną użyteczność po raz kolejny – poza poczerwienieniem oddalających się obiektów bowiem to właśnie takie wydłużenie czasu jest zjawiskiem, które musi się objawiać, jeśli ekspansja Wszechświata jest rzeczywistym faktem. Potwierdzenie pełnej zgodności z przewidywaniami jest również o tyle ważne, że każde odchylenie od niego miałoby katastrofalne skutki dla teorii Wielkiego Wybuchu i znaczne konsekwencje dla całej kosmologii.
“Cały ten przydługi wstęp nie jest jednak bezcelowy(…)” – jakby kiedykolwiek był:)
W sumie w notce mogę skomentować jedną, ale ważną rzecz – przykład z zegarem i impulsami co sekundę. Tak obrazowego przykładu jeszcze nie spotkałem. Poznać dobrego autora!:)
/ Cytuj komentarzO, nie przesadzaj, czasem piszę nie bardzo wiadomo do końca o czym;)
Będę szczery WT i przyznam się (durny jestem, prawda?:)) że ten przykład nie jest niestety mój…:/ Przykład zaczerpnąłem ze źródłowego tekstu, bo wydawał mi się rzeczywiście doskonały;)
/ Cytuj komentarzSzczerosć w naszej placówce to norma:)
/ Cytuj komentarzA czy przestrzeń, którą my stanowimy naszymi ciałami, nie ekspanduje? Nie zauważamy tego, ze względu na proporcjonalność powiększającego się otoczenia. Wraz z otoczeniem powiększają się masze wzorce miary, przyrządy pomiarowe itd. Dla obserwatora z zewnątrz zaś, dysponującego zewnętrznym punktem odniesienia, rośniemy i to coraz szybciej. Można ‘pęc’ ze śmiechu:) Albo obaw. Temat poważny, więc WT ani się waż pakować tu ze swoją GC (‘Grammar Correctness’, Gramatyczną Poprawnością
.
/ Cytuj komentarz@Slawkas: Dobre pytanie, szczerze mówiąc nie bardzo wiem co odpowiedzieć, ale coś mi się wydaje, że my sami nie ekspandujemy;) Przestrzeń się rozszerza, to fakt, ale nawet jeśli się rozszerzamy, to w tak niewielkim stopniu, że nigdy tego nie zauważymy. Przypomniał mi się pewien przykład (tylko słabo go pamiętam), który dotyczy fal grawitacyjnych, a więc takich właśnie zmarszczek w czasoprzestrzeni: fala, która teoretycznie przechodziłaby przez Ziemię (np. po zlaniu się ze sobą dwóch czarnych dziur) spowodowałaby nasze poszerzenie na krótki moment o miliardowe części milimetra albo i mniej (polecam poszukać informacji o projekcie LIGO, który poszukuje właśnie dowodu na istnienie tych fal iście ciekawymi środkami).
/ Cytuj komentarzCieszę się finwe.isilra, że moja liryka trafia do Ciebie tak dobrze. Pokuszę się więc o zaprezentowanie na Twoim blogu kolejnego swojego wiersza. Jest on zainspirowany na równi przeżyciami osobistymi, jak i … odkryciem zjawiska ciemnej energii właśnie
dobrze wypielęgnowane
oddalenie pomiędzy nimi rośnie
ale on najlepiej wie
że to nie jej wina
jedynie wszechświat się rozszerza
wszystko jest jasne
za sprawą ciemnej energii
uderzającej w oba serca naraz
http://www.poezja-polska.art.pl/stary/new/debiuty.php?users_id=8813&id=37780
Pozdrawiam serdecznie
/ Cytuj komentarzmam czarną dziurę, litości!
/ Cytuj komentarz@Slawkas: określenie GC kupuję na pniu, podoba mi się. I nie ważyłem się:)
@fi: nawiązując do tego, o czym pisał Slawkas – skoro rozszerza się przestrzeń, a my nie, to za n lat (bardzo wiele n) dojdzie do takiej sytuacji, że np. do Słońca będziemy mieć dalej? Czy też Układ albo i cała Droga Mleczna są na tyle zwartymi tworami, że przestrzeń w ich wnętrzu się nie rozszerza? Bo że nie rozszerza się przestrzeń wewnątrz – powiedzmy – mojego brzucha, to jestem sobie w stanie wyobrazić:) No i kwestia, która zawsze mnie intrygowała – najdalej położone obiekty poruszają się najszybciej: ale chyba nie położone najdalej od nas, a od…hmmm…środka wszechświata? Czyli punktu, w którym był wielki wybuch. Bo wyobrażam sobie wszechświat jako kulę, która ciągle rośnie.
Urodziło mi się jeszcze wiele pytań (np. czy na krawędzi kosmosu jest jeszcze fala uderzeniowa po wielkim wybuchu?), ale [GC off] “o tem potem” [GC on].
@nitjer: fizyka i poezja…nie wpadłbym na takie połączenia, a Tobie się udało. Brawo:)
/ Cytuj komentarz@WT: No to mnie masz;) Dość skomplikowane to tematy i sam się przyznam, że nie do końca wszystko rozumiem. Zaryzykuję jednak stwierdzenie, że w przypadku tak maleńkich struktur jak Układ Słoneczny, Galaktyka i tym podobne to rozszerzanie nie będzie miało zauważalnego wpływu. Kiedyś już pisaliśmy w komentarzach o artykule ze Świata Nauki, gdzie rozmyślano nad tym, jak będzie wyglądać nasze niebo za 100 mld lat (sic!). I z tym się zgadzam (teoretycznie, bo oczywiście Ziemi ani Słońca już dawno nie będzie): będziemy widzieli tylko kilka pobliskich galaktyk i poza tym absolutnie czarne niebo, bo wszystkie obiekty dalsze uciekną poza nasz horyzont…
Więcej natomiast mogę powiedzieć o “środku Wszechświata”. To bardzo mylne pojęcie, bo czegoś takiego nie ma – Wszechświat w dużej skali jest jednorodny, nie można w nim nigdzie wyróżnić środka czy krańców, choćby dlatego, że Wszechświat uznawany jest za twór wprawdzie skończony, ale nieograniczony (podróżując ciągle w jedną stronę dzięki krzywiźnie czasoprzestrzeni powinienem teoretycznie wrócić do punktu wyjścia). Nie ma punktu, który można wyróżnić jako centrum.
Mocno teoretyczne to rozważania, w których – kiedy wchodzi się w szczegół – nie jestem zbyt mocny (matematyka…). Punkt osobliwy w Wielkim Wybuchu nie był jakimś określonym punktem w określonej przestrzeni – ten punkt był całą istniejącą przestrzenią i wraz z jego rozszerzaniem ona sama się rozszerzała, więc ulatnia się też pytanie o falę uderzeniową: fala uderzeniowa może istnieć tylko na granicy dwóch ośrodków, a tutaj czegoś takiego nie ma:)
Uff, mam nadzieję nie zaciemniłem jeszcze bardziej sprawy:)
/ Cytuj komentarz@fi: aha…znaczy nie aha. Mówisz, ze rozszerzanie nie będzie mieć ZAUWAŻALNEGO wpływu. Tzn, że nie za 100 mld lat, ale za zyliony lat (nie wiem, za ile – zylion to dobra wielkość:) punkt, w którym teraz jest Słońce będzie dalej od punktu, w którym teraz jest Ziemia?
Tego z Wielkim Wybuchem nie umiem sobie wyobrazic:( Znaczy jak – wybuchło w jakimś punkcie, ciągle się rozszerza, ale tego punktu już nie ma? Pomijam to całe zamieszanie z krzywizną czasoprzestrzeni, chodzi mi o takie zwykłe współrzędne). Bo trochę czuję się tak, jakby to wybuchło naraz wszędzie…i potem się jeszcze rozszerzyło. Dobrze kumam?
Falę uderzeniową odpuszczam, choć intryguje mnie, jak to wygląda na “krawędzi” Wszechświata (nawet, jeśli to nie jest to, co zwykle nazywamy krawędzią). Bo skoro kosmos się rozszerza, to gdzieś musi być jakaś granica, za którą jest to, co było przed Wielkim Wybuchem, choć wiem już, że nie można mówić o “przed”, bo jak nie było Wszechświata, to nie było czasu, a wiec nie było “przed”. Uff:)
Czyli podsumowując:
1) czy za zyliardy lat – dajmy na to – Neptun będzie większy lub jego księzyce będą dalej od niego?
2) czy Wielki Wybuch to było takie “bum” wszędzie, a potem się rozszerzyło jeszcze bardziej?
3) czy skoro się rozszerza, to jest coś takiego, jak granica, co wcale granicą nie jest, bo nie można jej przekroczyć, a i tak tego nie widzimy?
I wiesz co? Jak odpowiesz, to fajnie, ale właśnie sobie uświadomiłem, że wcale nie czekam na jakąs skończoną odpowiedź, bo znacznie ciekawsze jest snucie tych rozważań:) Niemniej – możesz się wykazać i mnie oświecić:)
/ Cytuj komentarz@WT: Dobra, napisałem tak “delikatnie” bo naprawdę nie jestem pewien, moim zdaniem nie będzie mieć żadnego wpływu;))
Tego z Wielkim Wybuchem to chyba najwięksi geniusze nie potrafią sobie wyobrazić;) Nie wybuchło w jakimś punkcie – punkt osobliwy był, kurcze, jak to określić, wszystkim, co istniało, więc nie było to jakieś miejsce w układzie. Dobrze w sumie idziesz, w dobrym kierunku: to wybuchło naraz wszędzie i potem się rozszerzało, tak właśnie to rozumiem;)
Nie ma krawędzi Wszechświata, jest krawędź widzialnego Wszechświata, granica, poza którą (ze względu na ekspansję) nic nie zobaczymy, już nigdy, bo wszystko poza nią poucieka za tą granicę i światło będzie nas gonić, ale nigdy nie dogoni. Racja, nie może być granicy, za którą jest to, co było przez Wielkim Wybuchem – bo nie było nic (chyba że uwierzymy w teorie, które mówią o cyklicznych Wszechświatach, ale w WW tak i tak zniszczona została informacja o poprzednim Wszechświecie), tak samo przestrzeni jak i czasu (w tym miejscu siada fizyka).
Podsumowując:)
1) Moim zdaniem (!) NIE:)
2) TAK:)
3) NIE:)
No dzięki, ja się tu produkuję, a Ty nawet nie chcesz znać moich odpowiedzi;) Oświecić Cię nie oświecę, jak pisałem, temat jest bardzo trudny i sam bym się chętnie oświecił (może znajdzie się jakiś czytelnik, który zwyzywa mnie za pisanie bzdur – czekam!:)
/ Cytuj komentarzAha:) Dzięki:)
Tu chciałem skończyć, ale nie będę AŻ TAK wredny:)
Z tym wybuchem wszędzie to nawet do mnie przemawia, choć jest to coś tak dużego, że aż głowa mnie może rozbolec…ale tego z krawędzią to już nie akceptuję:) Tzn – wiem, że tak jest, ale jakoś trudno mi jest to sobie wyobrazić. A szkoda:(
Aha, mogę Cię zwyzywać. Ty, Ty… Ty INTERNAUTO Ty!
/ Cytuj komentarzCzekaj, skoczę się tylko po piwo i chipsy i możesz wyzywać;)
No cieszę się, że udało mi się jakoś Ciebie do tego przekonać. Z krawędzią to sprawa rzeczywiście jest bardzo skomplikowana – to wszystko bardzo ładnie układa się we wzorach ściśle matematycznych, jednak kiedy chodzi o przełożenie tego na język “ludzki”, to nagle wyczerpują się możliwości, elegancja gdzieś znika i leży to poza naszą wyobraźnią. Podobnie jest przecież z mechaniką kwantową – wzory mówią same za siebie (to znaczy mam taką nadzieję bo ufam naukowcom, sam tych wzorów w ogóle nie rozumiem), jednak wytłumaczenie komuś jak to się ma do rzeczywistości…
/ Cytuj komentarz