Zdumiewający wszechświat
Tak tajemniczy i tak piękny
O TEJ porze roku nocne niebo olśniewa nas swym dostojeństwem. Wysoko ponad głowami kroczy potężny Orion, dobrze widoczny w styczniowy wieczór od Anchorage na Alasce po Kapsztad w RPA. Czy podziwiałeś ostatnio niebiańskie klejnoty zgromadzone w znanych gwiazdozbiorach, takich jak Orion? Niedawno astronomowie przyjrzeli mu się za pomocą naprawionego Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.
Poniżej trzech gwiazd tworzących pas Oriona zwisa jego miecz. Nieco rozmazana gwiazda w środku miecza w rzeczywistości nie jest gwiazdą, lecz słynną Wielką Mgławicą w Orionie, która zachwyca swym pięknem, gdy się ją ogląda przez niewielki nawet teleskop. Jednakże to nie jej subtelny blask fascynuje zawodowych astronomów.
„Astronomowie badają Wielką Mgławicę w Orionie, zawierającą liczne młode gwiazdy, ponieważ jest to największy i najaktywniejszy rejon tworzenia się gwiazd w naszej części Galaktyki” — donosi Jean-Pierre Caillault w czasopiśmie Astronomy. Mgławica ta jest niejako kosmiczną izbą porodową! Na zdjęciach wykonanych za pomocą teleskopu Hubble’a, ukazujących nie znane wcześniej szczegóły, astronomowie ujrzeli nie tylko gwiazdy i jarzący się gaz, ale także — jak opisuje Caillault — „niewielkie, rozmazane dyski, plamy pomarańczowego światła. Przypominają one okruchy jedzenia, które przypadkowo upadły na zdjęcie”. Jednakże nie są to usterki powstałe w ciemni, lecz — w przeświadczeniu uczonych — „protoplanetarne dyski, pierwsze zaobserwowane systemy planetarne na etapie tworzenia się, odległe od nas o 1500 lat świetlnych”. Czy w Wielkiej Mgławicy w Orionie rodzą się teraz gwiazdy, a nawet układy planetarne? Wielu astronomów jest o tym przekonanych.
Z izby porodowej na gwiezdny cmentarz
Krocząc przed siebie z łukiem w dłoni, Orion wygląda tak, jakby miał się zmierzyć z gwiazdozbiorem Byka, zwanym też Taurusem. W pobliżu czubka południowego rogu Byka można za pomocą niewielkiego teleskopu dostrzec niewyraźną plamę światła. Jest to mgławica Krab. Obserwując ją przez większy teleskop, odnosi się wrażenie, iż właśnie nastąpił wybuch, jak to widać na zdjęciu na stronie 9. O ile Wielka Mgławica w Orionie jest gwiezdnym żłobkiem, o tyle mgławica Krab to grób gwiazdy, która poniosła śmierć w niezwykle gwałtowny sposób.
Prawdopodobnie tę właśnie niebieską katastrofę zaobserwowali astronomowie chińscy. Zgodnie z ich opisami 4 lipca 1054 roku w gwiazdozbiorze Byka nagle pojawił się „gwiezdny przybysz” świecący tak jasno, że przez 23 dni był widoczny w biały dzień. Astronom Robert Burnham napisał: „Przez kilka tygodni gwiazda emitowała tyle światła, ile wysyłałoby około 400 milionów Słońc”. Takie widowiskowe samobójstwo gwiazdy astronomowie nazywają wybuchem supernowej. Jeszcze teraz, po upływie prawie tysiąca lat, jej szczątki każdego dnia przemierzają w przestrzeni kosmicznej mniej więcej 80 milionów kilometrów.
Do obserwacji tego rejonu także posłużono się Kosmicznym Teleskopem Hubble’a — jak podaje czasopismo Astronomy, po uważnym przyjrzeniu się wnętrzu mgławicy dostrzeżono „w Krabie szczegóły, których astronomowie zupełnie się nie spodziewali”. Na temat tych odkryć astronom Paul Scowen powiedział, że „przez parę ładnych lat teoretycy będą się mieli nad czym głowić”.
Robert Kirshner z Uniwersytetu Harvarda należy do astronomów, którzy są przekonani, iż dokładne poznanie mgławicy Krab i innych pozostałości po supernowych ma istotne znaczenie, może bowiem pomóc w mierzeniu odległości do galaktyk, co obecnie jest przedmiotem intensywnych badań. Jak już wcześniej zauważyliśmy, różnica zdań w ocenie takich odległości wywołała ostatnio żywą dyskusję wokół teorii Wielkiego Wybuchu, opisującej powstanie wszechświata.
Ponad konstelacją Byka, w zachodniej części nieba, mieszkańcy półkuli północnej mogą w styczniu dostrzec gwiazdozbiór Andromedy, a w nim plamkę łagodnego światła. Jest to galaktyka nazywana Mgławicą Andromedy, najdalszy obiekt widoczny gołym okiem. Tamte niezwykłe twory w gwiazdozbiorach Oriona i Byka znajdują się na naszym kosmicznym podwórku — kilka tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Teraz zaś spoglądamy na obiekt odległy o jakieś dwa miliony lat świetlnych, na ogromną gwiezdną spiralę podobną do naszej Galaktyki, Drogi Mlecznej, ale jeszcze od niej większą, mającą bowiem około 180 000 lat świetlnych średnicy. Kiedy patrzymy na tę delikatną plamkę w gwiazdozbiorze Andromedy, do naszych oczu dociera światło, które zostało wysłane być może ponad dwa miliony lat temu!
W ostatnich latach Margaret Geller oraz inni uczeni podjęli się ambitnego zadania: postanowili sporządzić trójwymiarową mapę wszystkich otaczających nas galaktyk, a wyniki tej pracy nasuwają istotne pytania dotyczące teorii Wielkiego Wybuchu. Ci kartografowie kosmosu odkryli, iż galaktyki nie są rozłożone równomiernie w każdym kierunku, lecz tworzą „wzorzystą” strukturę ciągnącą się na przestrzeni milionów lat świetlnych. „Jak takie złożone formy mogły powstać z niemal jednorodnej materii niemowlęcego wszechświata, to jeden z najbardziej nurtujących problemów w kosmologii” — oświadczono niedawno w renomowanym czasopiśmie Science.
W ten styczniowy wieczór skierowaliśmy swój wzrok w niebo i szybko spostrzegliśmy, że jest ono nie tylko urzekająco piękne, ale też zmusza do refleksji i kryje w sobie tajemnice dotyczące budowy i pochodzenia wszechświata. W jaki sposób powstał? Jak przybrał obecną, niezwykle złożoną postać? Co się stanie z tymi cudownymi tworami, którymi usiane jest sklepienie nieba? Czy ktokolwiek potrafi udzielić odpowiedzi na te pytania? Zobaczmy.
[Ramka na stronie 8]
Skąd oni znają te odległości?
Kiedy astronomowie oznajmiają, że odległość do Mgławicy Andromedy wynosi dwa miliony lat świetlnych, w rzeczywistości podają nam wartość oszacowaną na podstawie przyjętych założeń. Nikt jeszcze nie znalazł sposobu, jak bezpośrednio mierzyć takie niewyobrażalne dystanse. Odległość do bardzo bliskich gwiazd — znajdujących się nie dalej niż jakieś 200 lat świetlnych — można wyznaczyć bezpośrednio, korzystając ze zjawiska paralaksy i zwykłej trygonometrii. Jednakże tę metodę da się zastosować jedynie do gwiazd, które są tak blisko, iż zdają się wolno poruszać wraz z obrotem Ziemi wokół Słońca. Większość gwiazd i wszystkie galaktyki znajdują się o wiele dalej. W tym momencie wkraczamy w sferę przypuszczeń. Nie można ich uniknąć nawet w wypadku takich stosunkowo bliskich gwiazd, jak Betelgeuse, słynny czerwony nadolbrzym w gwiazdozbiorze Oriona — odległość do niego podawana w różnych źródłach waha się od 300 do przeszło 1000 lat świetlnych. Nie powinny więc nas dziwić różnice w opiniach astronomów co do odległości galaktycznych, które są milion razy większe.
[Ramka na stronie 8]
Supernowe, pulsary i czarne dziury
W środku mgławicy Krab znajduje się jeden z najdziwniejszych obiektów w znanym wszechświecie. Zdaniem uczonych są to jakby zwłoki gwiazdy ściśnięte do bardzo małych rozmiarów, wskutek czego mają niewiarogodną gęstość i obracają się 30 razy na sekundę, wysyłając krótkie sygnały radiowe, po raz pierwszy zarejestrowane na Ziemi w roku 1968. Obiekt ten nosi nazwę pulsara i jest uważany za wirujące resztki supernowej, które skurczyły się tak bardzo, że elektrony i protony z atomów dawnej gwiazdy połączyły się ze sobą, tworząc neutrony. Uczeni sądzą, że było to kiedyś masywne jądro nadolbrzyma, takiego jak Betelgeuse czy Rigel w gwiazdozbiorze Oriona. Kiedy gwiazda wybucha i wyrzuca zewnętrzne warstwy w przestrzeń kosmiczną, pozostaje tylko skurczone jądro, jarzący się, rozgrzany do białości żużel, w którym nuklearny ogień dawno już przestał płonąć.
Wyobraź sobie gwiazdę o masie dwóch Słońc skurczoną do rozmiarów kuli o średnicy 15—20 kilometrów! Wyobraź sobie Ziemię tak ściśniętą, by miała średnicę 120 metrów. Centymetr sześcienny takiej materii ważyłby ponad miliard ton!
Ale jak się wydaje, nie jest to jeszcze najbardziej skupiony stan materii. Gdybyśmy ścisnęli Ziemię do rozmiarów orzecha laskowego, pole grawitacji przy jej powierzchni byłoby tak silne, że nie mogłoby z niej uciec nawet światło. W tym momencie odnieślibyśmy wrażenie, że Ziemia znika, stając się tak zwaną czarną dziurą. Chociaż większość astronomów jest przeświadczonych o istnieniu czarnych dziur, w dalszym ciągu nie ma na to dowodu, a poza tym najwyraźniej nie są one tak powszechne we wszechświecie, jak niegdyś sądzono.
[Ramka na stronie 10]
Czy te kolory są prawdziwe?
Osoby oglądające niebo przez niewielki teleskop często doznają rozczarowania, gdy po raz pierwszy odszukają znaną galaktykę lub mgławicę. Gdzie się podziały wspaniałe barwy widziane na zdjęciach? Jak wyjaśnia astronom i popularyzator nauki Timothy Ferris, „patrząc nawet przez największe istniejące teleskopy, ludzkie oko nie dostrzeże bezpośrednio kolorów galaktyk, gdyż ich światło jest zbyt słabe, by pobudzić receptory barw w siatkówce”. Z tego powodu niektórzy sądzą, że piękne kolory widoczne na fotografiach astronomicznych to zwykłe oszustwo, że zostały one jakoś dodane w czasie wywoływania. Jednakże wcale tak nie jest. „Te kolory istnieją naprawdę”, zapewnia Ferris, „a astronomowie dokładają wszelkich starań, by na zdjęciach były oddane jak najwierniej”.
W swej książce Galaxies (Galaktyki) Ferris wyjaśnia, że fotografie odległych, słabo widocznych obiektów, takich jak galaktyki czy większość mgławic, są „zdjęciami o długiej ekspozycji — obserwowanie galaktyki przez teleskop i naświetlanie kliszy trwa nawet kilka godzin, w czasie których emulsja fotograficzna powoli zbiera światło gwiazd. W tym celu mechanizm sterujący kompensuje ruch obrotowy Ziemi i stale nakierowuje teleskop na daną galaktykę, a ponadto astronom lub niekiedy system automatyczny dokonuje minimalnych korekt”.
[Ilustracje na stronie 7]
[Patrz publikacja]
1 Gwiazdozbiór Oriona, dobrze widoczny w styczniu na całym świecie
2 Wielka Mgławica w Orionie — rozmazana „gwiazda” w powiększeniu wygląda fascynująco
3 Wnętrze Wielkiej Mgławicy w Orionie — kosmiczna izba porodowa?
[Prawa własności]
Zdjęcie 2: Astro Photo - Oakview, CA
Zdjęcie 3: C. R. O‘Dell/Rice University/NASA
[Ilustracja na stronie 9]
Mgławica Andromedy, najdalszy obiekt widoczny gołym okiem. Jej ruch obrotowy zdaje się naruszać prawo powszechnego ciążenia Newtona, co wskazywałoby na istnienie ciemnej materii, niewidocznej przez teleskopy
[Prawa własności]
Astro Photo - Oakview, CA
[Ilustracja na stronie 9]
Czy mgławica Krab w gwiazdozbiorze Byka to gwiezdny grób?
[Prawa własności]
Bill i Sally Fletcher
[Ilustracje na stronie 10]
Powyżej: Galaktyka Koło Wozu. Otaczający ją niebieski pierścień, złożony z miliardów nowo powstałych gwiazd, to efekt zderzenia z mniejszą galaktyką, która się przez nią przedarła
[Prawa własności]
Kirk Borne (ST Scl) oraz NASA
Poniżej: Mgławica Kocie Oko. Jej zawiłą strukturę najłatwiej można wytłumaczyć, przyjmując, iż w środku krążą wokół siebie dwie gwiazdy
[Prawa własności]
J. P. Harrington i K. J. Borkowski (University of Maryland) oraz NASA