Supernowa wagi ciężkiej

Archiwum

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego

Dostrzegliśmy eksplozję jednej z największych gwiazd, jakie mogą istnieć w kosmosie - piszą dziś astronomowie w "Nature". Takie katastrofy są niczym skamieliny, dzięki którym będzie można badać wczesną epokę Wszechświata.

Latem 1942 r. Edward Teller, przyszły ojciec amerykańskiej bomby termojądrowej, wykonał obliczenia, z których wynikało, że wybuch bomby atomowej spowoduje jądrowy pożar atmosfery. Jądra lekkich pierwiastków - takich jak tlen, azot, węgiel i wodór - zamienią się w cięższe, a podmuch termojądrowej eksplozji zmiecie z naszej planety życie. Wkrótce dokładniejsze rachunki uspokoiły naukowców, że zapalenie atmosfery nie jest możliwe. Niektórzy jednak wciąż z pewnym lękiem patrzyli 16 lipca 1945 r. na pierwszy próbny wybuch jądrowy na pustyni w stanie Nowy Meksyk.

Teraz wygląda na to, że podobnej natury eksplozja - dostrzeżona dwa lata temu w kosmosie, oznaczona jako 2007bi i opisana w czwartkowym "Nature" - rozniosła na strzępy całą gwiazdę w małej karłowatej galaktyce nieco ponad miliard lat świetlnych od Ziemi.

Gwiazda ta miała - jak szacują astronomowie w "Nature" - masę blisko 200 razy większą od masy Słońca. To rekord, większych gwiazd już być nie może (zdarzały się w niemowlęcym Wszechświecie, a więc ponad 13 mld lat temu, ale w obecnej epoce tak wielkich behemotów naukowcy już się nie spodziewali).

Bez eksplozji gwiazd nie ma życia

Bez supernowych - tak nazywane są eksplozje, w których giną gwiazdy - nie byłoby życia we Wszechświecie. Dzięki nim pierwiastki - takie jak tlen, węgiel czy żelazo - które powstają w gorącym tyglu wnętrza gwiazd, są rozsiewane po całym kosmosie i mogły stać się tworzywem dla planet oraz ziemskiej biosfery.

W typowej galaktyce supernowa zdarza się mniej więcej raz na stulecie, ale że kosmosie dostępnym naszym obserwacjom są miliardy galaktyk, astronomowie widzą supernowe w swych teleskopach codziennie.

Wybuch gwiazdy w Drodze Mlecznej z pewnością zobaczy już każdy - będzie jasno świecić na niebie przez kilka dni, tygodni lub nawet miesięcy. O supernowej, która w XI wieku pojawiła się w gwiazdozbiorze Wilka, kronikarze chińscy pisali: "Błyszczała tak jasno, że można było widzieć przedmioty przy jej świetle", a astronom arabski zanotował: "Jej światło rozjaśniało horyzont, a jej jasność była nieco większa niż ćwierć jasności Księżyca".

Od dłuższego czasu supernowe omijają jednak Drogę Mleczną - ostatnią gołym okiem obserwował Johannes Kepler w 1604 r.

Astronomowie znają jednak kilka niedalekich gwiazd, które może spotkać gwałtowny kres życia raczej prędzej niż później. Jedną z nich jest Eta Carinae położona 7,5 tys. lat świetlnych od Słońca w gwiazdozbiorze Kilu. To najbardziej masywna ze znanych gwiazd w naszej Galaktyce - swą masą 150 razy przewyższa nasze Słońce, wyświetla ponad pięć milionów razy więcej energii. Już w 1843 r. przeżyła mniejszą eksplozję, na krótko stając się drugą z najjaśniejszych gwiazd nieba południowego, ale wtedy jeszcze się nie rozpadła.

Jeśli spotka ją ten sam los co supernową 2007bi, będziemy mogli w jej świetle nocą czytać gazety.

Dlaczego dochodzi do wielkiego bum

Jaki jest mechanizm gwałtownej śmierci gwiazdy? Jeśli ma ona bardzo dużą masę (ponad dziewięć razy większą niż masa Słońca), to w jej wnętrzu pracuje rozpalony do setek milionów stopni reaktor, który błyskawicznie zużywa całe jądrowe paliwo. Zamienia najpierw wodór w hel, potem hel w węgiel, tlen, i tak dalej - aż do żelaza i niklu. Jądra tych pierwiastków są już ostatnim ogniwem w przemianach termojądrowych, bo ich synteza nie uwalnia energii. A kiedy braknie energii we wnętrzu gwiazdy, to spada ciśnienie - żelazne jądro zapada się pod wpływem własnego ciężaru jak balon, z którego uszło powietrze. W samym środku część materii zostaje ściśnięta w małą i niezwykle gęstą gwiazdę neutronową lub w czarną dziurę. W tym procesie emitowany jest silny strumień neutrin, które podgrzewają zewnętrzne warstwy gwiazdy, doprowadzając do wielkiej eksplozji i odrzucenia zewnętrznych warstw gwiazdy w kosmos.

Wybuch 2007bi był jednak nietypowy. Naukowcy dowodzą w "Nature", że przebiegał według całkiem innego scenariusza - wymyślonego ponad 40 lat temu przez Zalmana Barkata z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. Przewiduje on, że we wnętrzu wyjątkowo masywnych gwiazd - o masie ponad 150 mas Słońca - panuje tak wysoka temperatura, że promieniowanie może się tam zamieniać w materię (fotony zmieniają się w pary elektron- pozyton, zgodnie z wzorem Einsteina E=mc^2). A kiedy część promieniowania zmienia się w masę, to spada ciśnienie i gwiazda zaczyna się zapadać. Ponieważ w swym jądrze posiada wciąż dużo niezużytego paliwa jądrowego, głównie tlenu i węgla, to następuje jego zapłon i samonapędzająca się reakcja termojądrowa (czego tak bardzo na Ziemi obawiał się Teller). Gigantyczna eksplozja rozrywa całe słońce (w przypadku supernowej 2007bi astronomowie szacują, że jądrowy pożar objął całe jądro gwiazdy o masie równej 100 masom Słońca).

Po gwieździe nic nie pozostaje - ani czarna dziura, ani gwiazda neutronowa. Wszystkie ciężkie pierwiastki - wyprodukowane zarówno w czasie życia gwiazdy, jak i podczas wybuchu - mieszają się z materią międzygwiazdową i mogą służyć do budowy nowych gwiazd i układów planetarnych.

Takiej supernowej jeszcze do tej pory nie obserwowano. Wydawało się, że one przeszły do historii wraz z końcem wczesnej epoki Wszechświata, kiedy gwiazdy mogły osiągać masy nawet 1000 słońc (bo ich budulcem były wyłącznie najlżejsze pierwiastki - wodór i hel).

Jeśli naukowcy nie mylą się co do natury 2007bi, to w naszym sąsiedztwie są galaktyki ubogie w "metale" (tak astrofizycy nazywają pierwiastki cięższe od wodoru i helu), a więc podobne do tych sprzed ponad 13 mld lat. "Można będzie ich użyć jako laboratorium do badania niemowlęcego kosmosu" - piszą badacze w "Nature".

Nie wszystkie zagadki związane z supernową 2007bi zostały wyjaśnione. Astronomowie nie dostrzegli np. w świetle eksplozji wodoru, który powinien wszak stanowić dużą część atmosfery tak wielkiej gwiazdy. Tego pierwiastka gwiazda musiała się więc w jakiś sposób pozbyć przed śmiercią.

Gazeta Wyborcza

Supernowa wagi ciężkiej

Archiwum

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego