Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 13

Artykuły

Kosmiczne potwory – 5 najbardziej energetycznych zjawisk we wszechświecie

20th Kwi '14

We wszechświecie wszystko lubi jakoś błyskać, promieniować, implodować, wybuchać, pulsować – po prostu emanować energią. Najczęściej jest to energia trudna do ogarnięcia, w sekundę wielokrotnie przewyższająca cały dorobek energetyczny jaki wypracowała i prawdopodobnie jaki zdoła wypracować ludzkość podczas swojego istnienia. Przyjrzyjmy się pięciu kategoriom prawdziwych kosmicznych bestii.

Gwiazdy

Kosmiczne potwory – 5 najbardziej energetycznych zjawisk we wszechświecie

Arktur, wizja arty­styczna.

Zaczniemy spo­kojnie, od bliskiej nam wszystkim kuli wodoru i helu o średnicy ponad sto­krotnie większej od ziem­skiej. W jądrze Słońca, w ogromnym ciśnieniu i przy tem­pe­ra­turze 15 milionów ºC odbywa się proces syntezy ter­mo­ją­drowej. Właśnie to nie­zwykle efek­tywne zjawisko, z takim zapałem starają wyko­rzy­stać zespoły badawcze pra­cu­jące przy reak­to­rach ter­mo­nu­kle­ar­nych (patrz program ITER). Oczy­wi­ście na o wiele mniejszą skalę. Zanim skoń­czycie czytać ten akapit, Gwiazda Dzienna prze­tworzy na hel około miliard ton wodoru, a 4–5 milionów ton jej masy zostanie wyemi­to­wane jako energia pod postacią fotonów i neutrin. Efekt tej tyta­nicznej pracy dostrze­gamy tylko czę­ściowo – w końcu jest widno i czujemy ciepło – jednakże 2/3 promieni docie­ra­ją­cych do powierzchni naszej planety (spora część nie pokonuje atmos­fery) nada­wa­nych jest w spek­trach innych niż światło widzialne.

Ale nawet począt­ku­jący amator astro­nomii wie, że Słońce i tak wypada blado na tle więk­szych kolegów. Pomyślmy o setkach jasnych punk­cików jakie możemy zaob­ser­wować gołym okiem na nocnym nie­bo­skłonie; niektóre z nich widzimy całkiem wyraźnie mimo dystansu tysiąca lat świetl­nych. Przecież odległy o 800 lat świetl­nych Rigel, to szósta naj­ja­śniejsza gwiazda widoczna z Ziemi! To naprawdę dosko­nały wynik, zwa­żywszy na to, ile trud­ności potrafi przy­spo­rzyć wytro­pienie nie­któ­rych obiektów znaj­du­ją­cych się naj­bliż­szym sąsiedz­twie naszej planety. Słońce posta­wione obok tego osiem­na­sto­krotnie bardziej masyw­nego nad­ol­brzyma, wyglą­da­łoby jak ledwo tlący się węgielek przy 200-watowym halo­genie. 

Dyski akrecyjne

Lata ’60 to początek poważ­nych rozważań na temat czarnych dziur. Wszyscy wielcy ówcze­snej nauki głowili się nad pod­sta­wowym pytaniem: jak zobaczyć coś, czego z defi­nicji nie widać? Odpo­wiedź okazała się nie taka trudna, skoro bowiem mamy do czy­nienia z eks­tre­malnie masywnym obiektem, to wywo­ły­wane przezeń efekty gra­wi­ta­cyjne powinny wiązać się z równie potęż­nymi ener­giami. Przełom nastąpił wraz z publi­kacją pracy dwóch radziec­kich fizyków, Alek­sandra Nowikowa i Jakowa Zeldo­wicza, którzy opisali mecha­nizm opadania gazu na horyzont zdarzeń. Naukowcy posta­wili tezę, iż czarna dziura z zapew­nioną stałą dostawą paliwa – np. otoczona mgławicą – jarzy­łaby się nie słabiej niż prze­ciętna gwiazda! Kosmiczny obżar­tuch ma ogra­ni­czoną powierzchnię i nie może skon­su­mować całej ota­cza­jącej go materii na raz. Mocno ści­śnięte czą­steczki gazu krążą więc wokół dziury roz­grze­wając się do impo­nu­ją­cych tem­pe­ratur.

Rychło okazało się, że naj­le­piej polować na potwory należące do układów podwój­nych. Gdy dorodna gwiazda znajduje się nie­bez­piecznie blisko czarnej dziury, ulega powol­nemu roz­ry­waniu i wchła­nianiu przez partnera. Dokładnie taki taniec śmierci rozgrywa się w odle­głości 6 tysięcy lat świetl­nych od Ziemi. W układzie Cygnus X-1 gwiazda dwu­dzie­sto­krotnie większa od Słońca jest kon­su­mo­wana przez maleńki obiekt roz­grzany do tem­pe­ra­tury 10 milionów ºC. W ten sposób, niektóre czarne dziury potrafią być naprawdę jaskrawe, zwłaszcza w zakresie fal rent­ge­now­skich.

Supernowe i hipernowe

Mówiąc o wielkich ener­giach nie można nie wspo­mnieć o starych, dobrych super­no­wych. Schemat ich powsta­wania był już omawiany na łamach bloga wiele razy (choćby tutu, Węglowy również), toteż ogra­niczę się do infor­macji naj­istot­niej­szych. Super­nowa typu II – czyli naj­sil­niej­szego – to nic innego jak mon­stru­alna eks­plozja gwiazdy. Gdy tłu­ściutka sta­ruszka prze­mieli co lżejsze pier­wiastki, w wyniku syntezy zaczyna powstawać żelazo. W tym momencie gwiazda doznaje nagłego ataku nie­straw­ności, hamu­ją­cego normalny meta­bo­lizm, który przez miliony lat nie pozwalał jej zapaść się samej w sobie. Atomy żelaza nie nadają się na ter­mo­ją­drowe paliwo, więc naj­czar­niejszy sce­na­riusz staje się faktem: zewnętrzne warstwy olbrzyma z wielką pręd­ko­ścią spadają na jego jądro.

W środku tego piekła rodzi się gwiazda neu­tro­nowa lub czarna dziura, ale nas bardziej inte­re­suje los plazmy, która nie doznała zmiaż­dżenia. Wyobraźmy sobie materię o masie miliona Ziem lub większej, która ulega gwał­tow­nemu odbiciu – takie wyda­rzenie wyróżnia się na tle całej galak­tyki i pozo­stawia po sobie maje­sta­tyczne mgławice o średnicy kilku lat świetl­nych.

Powoli przyj­muje się odrębna kate­goria – jak wskazuje nazwa – jeszcze potęż­niej­szych, hiper­no­wych. Takie obiekty jak SN 1998bw czy SN 2005ap nie tylko kil­ku­krotnie przebiły swoimi ener­giami kla­syczne eks­plozje gwiazd, ale też zawie­rały bonus, w postaci towa­rzy­szą­cych im roz­bły­sków gamma (o czym za chwilę). Dokładny mecha­nizm tak silnych zjawisk pozo­staje przed­miotem spe­ku­lacji, jednak praw­do­po­dobnie wiąże się ze śmiercią hipe­rol­brzymów o masach ponad stu Słońc.

Rozbłyski gamma

Rozbłysk trwa zazwy­czaj kilka sekund, lecz przez ten krótki moment pozo­staje jednym z naj­bar­dziej śmier­cio­no­śnych wyła­dowań w swoim rejonie kosmosu. Kiedy pro­mie­nio­wanie pocho­dzące z GRB (Gamma-Ray Burst) dotarło do Ziemi w roku 1960, ame­ry­kański system bez­pie­czeń­stwa US Vela zwa­riował, wska­zując że ich źródło musi znaj­dować się gdzieś blisko, naj­pew­niej pocho­dzić z testów radziec­kich bomb jądro­wych. Niemały szok przy­niosła kil­ka­na­ście lat później infor­macja, że wyraźnie wyczu­walna przez przy­rządy porcja promieni gamma, przybyła do naszej planety z… drugiego krańca Drogi Mlecznej.

Natura roz­bły­sków gamma nie jest pewna. Dość powszechnie przyjął się pogląd pol­skiego astro­fi­zyka Bohdana Paczyń­skiego, jakoby za GRB stały zde­rzenia dwóch gwiazd neu­tro­no­wych, względnie czarnej dziury z gwiazdą neu­tro­nową. (Dla nie­do­in­for­mo­wa­nych: to taki stwór, który mimo małych roz­miarów posiada nie­na­tu­ralnie dużą masę. Jed­no­cze­śnie pozo­staje na tyle uprzejmy, tj. brakuje mu trochę masy, aby nie chować swojego jeste­stwa poprzez zapa­danie się w sobie.) Jak łatwo się domyśleć, układ w którym dwa nie­mi­ło­siernie masywne i gęste obiekty obracają się wokół siebie z gigan­tyczną pręd­ko­ścią, nie wróży nic dobrego. Według Shri­ni­vasa Kul­kar­niego zde­rzenie takich eks­tremów może w mgnieniu oka wytwo­rzyć energię kilkaset razy większą niż ta, którą wyemi­to­wało Słońce w czasie swojego dotych­cza­so­wego życia.

Cha­rak­te­ry­styczne jest przy­bie­ranie przez rozbłysk nie tyle formy eks­plozji co zwartej wiązki, nieco przy­po­mi­na­jącej budową dżety. Mamy więc do czy­nienia z czymś w stylu śmier­telnie groźnej latarni morskiej. Ma to jednak ma swoje zalety: lwia część energii zostaje skupiona w strumień, co zmniejsza obszar znisz­czeń i praw­do­po­do­bień­stwo tra­fienia choćby w naszą planetę. A jest się czego obawiać. Wyso­ko­ener­ge­tyczne fotony pro­mie­nio­wania gamma, w odpo­wiednim natę­żeniu zde­wa­sto­wa­łyby naszą atmos­ferę i wyste­ry­li­zo­wa­łyby życie na Ziemi. Aby doszło do takiej kata­strofy, wystarczy aby w odle­głości kilku tysięcy lat świetl­nych nastąpił jeden, kil­ku­se­kun­dowy wyce­lo­wany w nas błysk.

Kwazary

Skoro powie­dzie­liśmy już o zja­wi­skach sta­no­wią­cych wyda­rzenie w życiu galak­tyki, pora przejść do sensacji w skali całego uni­wersum. Kwazary znajdują się bardzo daleko poza gra­ni­cami naszej galak­tyki; ściślej mówiąc mrugają zalotnie do radio­astro­nomów z samych krańców obser­wo­wal­nego wszech­świata. Weźmy na ten przykład odkryty w roku 2011 obiekt ULAS J1120+0641, którego światło – około stu razy sil­niejsze od światła prze­ciętnej galak­tyki – zostało wyemi­to­wane 12,9 miliarda lat temu.

Z czym tak naprawdę mamy do czy­nienia? Obser­wacje dowiodły, że źródło jasności prze­bi­ja­jącej zsu­mo­waną moc setek miliardów gwiazd, mieści się na obszarze o średnicy mak­sy­malnie kilku lat świetl­nych, a więc wyjąt­kowo małym wobec wiel­kości o których mówimy. (Ciekawi was w jaki sposób badacze oceniają wielkość punktu odda­lo­nego o kil­ka­na­ście miliardów lat świetl­nych? Słusznie, bo to inte­re­su­jąca i zmyślna metoda – jednak aby ją poznać, musicie poczekać na tekst poświę­cony samym kwazarom.) Obecnie jesteśmy niemal pewni, że kwazary to po prostu jądra wyjąt­kowo aktyw­nych galaktyk. Jak pewnie wiecie, życiem centrum każdej dużej galak­tyki dyryguje super­ma­sywna czarna dziura, o masie nawet kilku miliardów Słońc. Zasada dzia­łania takiego monstrum rysuje się podobnie do przy­wo­ła­nych wcze­śniej dysków akre­cyj­nych towa­rzy­szą­cych zwykłym dziurom, tyle że na znacznie większą skalę. Potworny silnik potrze­buje nie­bo­tycz­nych ilości paliwa, poże­rając od kilku do nawet kilkuset gwiazd rocznie. Oczy­wi­ście taka biesiada nie może trwać wiecznie i po pewnym czasie, odcięta od poży­wienia czarna dziura usypia. Istnieje teoria, według której więk­szość galaktyk, w tym Droga Mleczna, funk­cjo­no­wało kiedyś jako galak­tyki aktywne, jednak wraz z uspo­ka­ja­niem się cen­tral­nych czarnych dziur, ich jądra powoli przy­ga­sały.

Dżet wydo­by­wa­jący się z kwazara 3C 273.

Nie można zapo­mnieć o jeszcze jednym, nie­zwykle malow­ni­czym prze­jawie potęgi kwazarów. W pobliżu hory­zontu zdarzeń nała­do­wane cząstki są przy­śpie­szane przez oscy­lu­jące pola magne­tyczne, co przy­po­mina olbrzymie dynamo. W nie­któ­rych przy­pad­kach dochodzi do osza­ła­mia­ją­cego wyrzutu materii w formie dwóch, pro­sto­pa­dłych do dysku akre­cyj­nego strug roz­po­star­tych na dystans wielu tysięcy lat świetl­nych. Zamiesz­czone powyżej zdjęcie Tele­skopu Hubble’a przed­stawia kwazar oddalony o 2,5 miliarda lat świetl­nych. Zazna­czony kwa­dratem jasny pas, to strumień cząstek pędzą­cych z pręd­ko­ścią bliską światłu, roz­cią­ga­jący się na odle­głość ponad 20 tysięcy lat świetl­nych!

Literatura uzupełniająca:
M. Begelman, M. Rees, Ta siła fatalna: Czarne dziury we Wszechświecie, Warszawa 1999;
I. Nowikow, Czarne Dziury i Wszechświat, Warszawa 1995;
Okryto najdalszy kwazar, [online: www.eso.org/public/poland/news/eso1122/];
D. Chow, Brightest Explosion In the Universe Ever Seen Defies Astronomy Theories, [online: www.space.com/23684-brightest-gamma-ray-burst-mysteries.html/].

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • m

    Aż mnie głowa roz­bo­lała. Jakie to wszystko wielkie, ciężkie, gęste i mocne!!!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Kewan

      Zgadzam się. 3C 273 aż onie­śmiela. 20 tys. lat świetl­nych to prawie 1/4 sze­ro­kości drogi mlecznej!

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Ano­ny­mous

      Ale co ty pijesz?

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Ano­ny­mous

      20 tyś lat świetl­nych, ciężko nawet taki dystans ogarnąć a to tylk o1/5 sze­ro­kości naszej galaktyki…daje do myślenia.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.zespolnowyfolder.pl/ Zespół NOWY FOLDER

    Ciężko jed­no­znacznie określić profil bloga. Ja oso­bi­ście dla takich arty­kułów mam tą stronę w zakładce, rozmowy około reli­gijne jakie by nie były to nieco strata czasu. Ale P. Adamie, proszę kierować się oglą­dal­no­ścią, cały czas jestem tutaj 🙂 

    Przy okazji zapra­szam do obej­rzenia lan­so­wa­nego przez nas klipu:
    https://www.youtube.com/watch?v=dnmAdQVCEIQ

    Tzw. ANTYPRZEBÓJ

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Blog spina jedno: szeroko pojęta nauka (http://37.media.tumblr.com/tumblr_lukhhkGOX91qbn0z3o1_400.gif). Staram się cały czas prze­platać kolejne serie, zarówno w związku z waszymi ocze­ki­wa­niami jak i dla zwykłego prze­wiewu. Gdybym tydzień w tydzień publi­kował teksty „Top 5 naj­więk­szych gwiazd, odle­głych galaktyk, potęż­nych super­no­wych, śmiesz­nych cząstek…” itp. po kilku nastą­pi­łoby naj­zwy­klejsze zmę­czenie mate­riału.

      Ale masz rację w jednym. Sam często dumam nad istotą treści tego bloga, bo również nie chciałbym aby nastała sytuacja, w której się wypalę jako bloger i rzucę to wszystko w kąt.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/13114186644263190202 Prze­my­sław Mróz

    Świetny blog ^^ Jestem nowym czy­tel­ni­kiem, bardzo mi się podoba 🙂 Trafiłem tu bodajże przez Wykop. Może mi ktoś pomóc? Gdzie mogę znaleźć pierwszą część z serii 42 Astro­cie­ka­wo­stek?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Witam.
      Przecież odnośnik do właśnie do części pierw­szej znajduje się w menu po prawej. Proszę: http://www.kwantowo.pl/2012/08/42-astrociekawostki-cz1.html

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/13114186644263190202 Prze­my­sław Mróz

      Wybacz, skupiłem się za bardzo na górnych menu 🙂 I dzięki.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/03730747263934879954 Rudolf Valen­tino

    Cześć! Jestem totalną „świe­żynką” w tej tematyce. Jednakże coraz bardziej fascy­nują mnie tajem­nice kosmosu! Właśnie czytam „Piękno wszech­świata” B. Greena. Świetna książka… i świetny blog 🙂 Pozdra­wiam i czekam na kolejne artykuły!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Cieszę się bardzo i gra­tu­luję słusz­nego wyboru, tak lektury jak i bloga 😉 Elegant Universe to arcy­dzieło w swojej kate­gorii.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous
  • Pingback: KB #5: Brakujące ogniwo w rodzinie supernowych | Kwantowo.pl - astronomia, fizyka, nauka!()