Kategoria: astronomia

EM poleca (#27). Brian Clegg „Ciemna materia i ciemna energia. Tajemnicze 95% Wszechświata”

Wiesław Seweryn6 komentarzy

Kosmologia to nauka fascynująca. To więcej niż nauka, to opowieść.

Gdyby moim zadaniem było takie pokierowanie dzieckiem, żeby rozbudzić w nim zamiłowanie do nauki, badań i odkryć – na pewno zacząłbym mu opowiadać o Kosmosie. Kosmos, pełne nieskończoności uniwersum byłby zapalnikiem przyszłej pasji odkrywcy. Niektórzy powiedzą „Ależ skąd, powinno się zacząć od religii, ona też jest pełna niewyjaśnionych zjawisk”. Być może, ale nauka jest dynamiczna, wyjaśnia coraz więcej i stawia coraz więcej pytań, a religia stoi w miejscu, opiera się na niewzruszalnych dogmatach, nie rozwija się. Nawet wprost przeciwnie, jej zdolność objaśniania świata kurczy się, religia coraz bardziej nie ogarnia rzeczywistości, jest skostniała jak kość mamuta. Nauka wprost przeciwnie, ciągle goni króliczka prawdy.

Współczesna kosmologia mimo, że odpowiedziała już na wiele historycznych pytań, dalej zadziwia. Ciągle odkrywa nowe pytania, na które nie jesteśmy w stanie nawet w przybliżeniu odpowiedzieć. Jednym z nich jest istota ciemnej materii i ciemnej energii. Co konkretnego możemy na ten temat powiedzieć? Właściwie NIC. O ciemnej materii i energii już pisałem (Ciemna materia, czyli królowa jest naga) i przyznam, że nie jestem w stanie napisać nic więcej. „Wiedza” na ten temat sprowadza się do z kapelusza wyciągniętych hipotez. Ciekawych, ale tylko hipotez.

Dlatego do czytania książki „Ciemna materia i ciemna energia. Tajemnicze 95% Wszechświata” podszedłem „z niewielką dozą” sceptycyzmu, ale i ciekawości. O czym można pisać na 180 stronach wybierając tak karkołomny temat? Jeszcze więcej hipotez i przypuszczeń? Bo nawet nie teorii, te muszą się na czymś opierać, posługiwać się matematyką (nauka ścisła) albo jej namiastką. A ciemnej materii i ciemnej energii nawet nie zaobserwowaliśmy. Istnieją tylko poszlaki świadczące o istnieniu czegoś podobnego do materii (grawitacja) i czegoś podobnego do energii (niewytłumaczalna nadwyżka energii przyspieszająca ekspansję Wszechświata). Nawet „ciemny” człon nazwy świadczy o naszej ignorancji i bezradności w odkrywaniu tego bytu-niebytu.

Autor – wybitny popularyzator nauki poszedł swoją popularyzatorską drogą i zaczął pisać szerzej o astronomii i kosmologii. Istnienie i natura ciemnej materii i ciemnej energii to kwestie fundamentalne. A skoro fundamentalne, to ich kontekstem jest cały Kosmos. A która nauka zajmuje się całym Kosmosem? Kosmologia. Nasi bohaterowie sami się objawią, kiedy zaczniemy stawiać niewygodne pytania, na które nie ma sensownej odpowiedzi.

Brian Clegg tak zatytułował pierwszy rozdział i podrozdział: „Rzeczy nie są takie, na jakie wyglądają” i „Ukryte głębie”. Teraz już wiadomo, że ciemne: materia i energia same się wyłonią z opowieści o historii badań Kosmosu jako „białe plamy”. Historia zaczyna się od Fritza Zwicky’ego, szwajcarskiego astronoma, który prawie sto lat temu zwątpił w (dość już rozwiniętą) astronomię, gdyż natrafił na coś, czego nie umiał wytłumaczyć. Obserwując galaktyki w konstelacji Warkocza Bereniki zauważył, że ich szacowana masa i zmierzona prędkość obrotowa nie gwarantują stabilności układu. Innymi słowy galaktyki bedąc tak lekkie i tak szybko się obracając rozleciałyby się na wszystkie strony, gdyż ich zbyt mała grawitacja (wynikająca z masy) nie utrzymałaby gwiazd, z których się składają, na uwięzi. Jaki z tego wniosek? Galaktyki powinny być wielokrotnie cięższe. Zwicky nazwał to masowe manko „ciemną materią”, i tak już zostało. Brian Clegg po drodze poczynił też kilka dygresji dotyczących Zwicky’ego, gdyż astronomem był on znakomitym. Dość powiedzieć, że to on wspólnie z Walterem Baade sformułował koncepcję gwiazdy neutronowej. To także on, wykorzystując Ogólną Teorię Względności Alberta Einsteina opisał soczewkowanie grawitacyjne.

Pojęcie ciemnej energii także powstało jako listek figowy dla białej plamy wiedzowej i pytania bez odpowiedzi. Zaczęło się od Edwina Hubble’a, także astronoma, który na podstawie obserwacji odległych galaktyk doszedł do wniosku, że Wszechświat się rozszerza, a barwy widmowe galaktyk wykazują „poczerwienienie”, czyli przesunięcie w stronę czerwonej części widma (zjawisko Dopplera). Wtedy, czyli w 1929 roku jedynym pytaniem, jakie postawiono było „Jakie jest tempo spowalniania ekspansji Wszechświata?”, bo przecież im Wszechświat rzadszy, tym powinien wolniej puchnąć. Ale… W latach dziewięćdziesiątych ubiegłego (czyli dwudziestego) wieku, dysponując dokładniejszymi metodami pomiaru odległości dalekich galaktyk, dwie rywalizujące grupy badaczy w mniej więcej tym samym czasie opublikowały badania, z których zgodnie wynikało, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Co u licha? Jak to możliwe? To tak, jakby istniała nieznana energia „rozpychająca” Wszechświat. I to niebagatelna, bo, po przeliczeniu na masę (wzór Einsteina E równa się emcekwadrat), równa czternastokrotności udokumentowanej masy Wszechświata. Nowy byt nazwano, a jakże, ciemną energią.

Autor opisuje wszystkie w miarę sensowne hipotezy i ich wytłumaczenie na gruncie współczesnej nauki. Niestety każda z tych teorii ma jeden podstawowy mankament: nie ma poparcia w bezpośrednich obserwacjach i więcej w nich fantazji i dobrych chęci niż wartości naukowej. Dlatego w każdej z nich, jak z pudełka, wyskakuje diabeł i mówi „A kuku, to ja jestem tym, którego szukacie! Jam jest ten ciemny”.

Prawie każda z omówionych teorii powołuje do życia nowe, fantastyczne byty: nowe cząstki elementarne, nowe oddziaływania, co jest dla Briana Clegga pretekstem do przekazania rzetelnej, sprawdzonej wiedzy z dziedziny mechanikimkwantowej, astronomii, astrofizyki i kosmologii. Clegg nie krytykuje tych teorii wprost, ale widać, że traktuje je trochę z przymrużeniem oka. Nie można inaczej, bo nawet istnienie ciemnej materii i energii to tylko jedno z wielu możliwych wytłumaczeń zaobserwowanych anomalii. Przecież nawet słuszność i kompletność Modelu Standardowego, obowiązującego, bywa kontestowana.

W ostatnim rozdziale autor, sfrustrowany brakiem dowodów na istnienie lub nieistnienie ciemnej materii (i energii) zagłębia się w rozważania filozoficzne dotyczące uprawiania nauki jako takiej. Warto zacytować fragment tych rozważań:

„[..] jest całkowicie możliwe, że jeśli wystarczająca liczba eksperymentów, które powinny być w stanie wykryć cząstki ciemnej materii, zakończy się niepowodzeniem, będzie można zasugerować, że prawdopodobnie one nie istnieją. Podobna sytuacja miała miejsce pod koniec XIX wieku, kiedy amerykańscy naukowcy Albert Michelson i Edward Morley wykazali, że eter – wyobrażony ośrodek, przez który miały się poruszać fale świetlne – najwyraźniej nie istnieje. Ich eksperyment wykazał brak dowodów na istnienie eteru. Kiedy powtórzono go w kolejnych doświadczeniach, które zostały szeroko potwierdzone przez innych badaczy, przyjęto, że eter nie istnieje.”.

Problem w tym, że nie mamy pojęcia JAK udowodnić jedno albo drugie. Próbowano nawet zaprząc do tego bozon Higgsa, którego produktami rozpadu mają być cząstki ciemnej materii, a do udowodnienia tej tezy zbudować Wielki Zderzacz Kołowy o obwodzie 100 kilometrów. Hipoteza oparta na hipotezie to już chyba objaw paranoi, tylko pieniądze są konkretne – przewidywany koszt urządzenia to okrągłe 20 miliardów dolarów. Dlatego posłużę się jeszcze jednym cytatem, filozofią nauki wg. Thomasa Kuhna:

„Kuhn opisuje postęp naukowy jako proces składający się ze sporadycznych całkowitych zmian perspektywy, nazwanych zmianami paradygmatu (terminu tego nie wymyślił, ale go spopularyzował), przeplatanych okresami, w których obowiązuje powszechnie akceptowany punkt widzenia. Przed zmianą paradygmatu, zasugerował Kuhn, pojawia się coraz więcej dowodów wskazujących na to, że status quo jest nie do utrzymania, ale ponieważ obecne pokolenie naukowców ma zbyt wiele do stracenia, utrzymują oni status quo tak długo, jak to możliwe, zanim nastąpi zmiana paradygmatu.”

Jednym słowem książkę szczerze polecam. Jest ładnie wydana, brawurowo napisana, dobry papier, twarda oprawa i znakomity przekład (co nieczęsto się zdarza) Tomasza Lanczewskiego. To książka, do której się zagląda chociażby po to, żeby przeczytać o pierwszych sekundach po Wielkim Wybuchu albo dowiedzieć się, czym jest świeca standardowa i dlaczego jest tak ważna dla kosmologów.

Brian Clegg „Ciemna materia i ciemna energia”, Wydawnictwo Helion, 2025

Notka o autorze:
Brian Clegg jest autorem wielu książek popularnonaukowych. Dice World oraz A Brief History of Infinity znalazły się na liście nominacji do nagrody Towarzystwa Królewskiego (Royal Society) za książki naukowe. Brian, oprócz pisania książek, popularyzuje też naukę w wielu mediach, w tym The Wall Street Journal, Nature, BBC Focus, Physics World, The Times, The Observer, oraz Playboy (paradoksalnie jest to nobilitujące dla autora). Jest członkiem Królewskiego Towarzystwa Sztuk, redaktorem popularscience.co.uk.

.

Jak „zauważyliśmy” inne galaktyki?

Lucas Bergowsky2 komentarze

Pierwotnie chciałem napisać tekst dotyczący ogromnych bzdur astrologii, ale zgodnie z polityką naszego portalu pytania Czytelników mają zawsze pierwszeństwo.

Pytanie dotyczyło tego, skąd właściwie wiemy, że Wszechświat się rozszerza. Odpowiedzmy sobie uczciwie: wiemy, a raczej jak to w nauce bywa, zakładamy z dużą dozą pewności, że tak jest, od około stu lat. Wcześniej uważaliśmy, że Wszechświat po prostu jest w takiej formie, w jakiej go widzimy od zawsze, a nasza Galaktyka to „cały” Wszechświat.

No i właśnie wtedy na scenę wkroczył Edwin Hubble i… – i wszystko, co napisałbym dalej, pomijałoby istotę sprawy.

Tym, który jako pierwszy zauważył, że może być coś na rzeczy, był niejaki Vesto Melvin Slipher który zajmował się analizą spektralną, czyli poszukiwał śladów substancji takich jak woda, tlen, metan itp. w spektrum światła emitowanego przez różne obiekty na niebie. Przyglądając się obiektom znanym ówcześnie (mowa o roku 1912) jako „mgławice spiralne”, zauważył, że linie świadczące o obecności związków i pierwiastków w większości przypadków są przesunięte ku czerwieni, a w nielicznych ku niebieskiej części spektrum.

Po lewej linie spektralne w przypadku Słońca, po prawej jednej z oddalających się od nas gromad galaktyk.

Co to oznaczało? Slipher z pewnością wiedział o tzw. „efekcie Dopplera”. Cóż to za efekt? Bez wchodzenia w szczegóły – pięknie zaprezentował go eksperyment z 1845, przeprowadzony przez holenderskiego chemika Christopha Ballota, który poprosił grupę trębaczy, aby grali jeden ton, po czym wsadził ich do pociągu i nasłuchiwał: gdy pociąg się zbliżał, dźwięk stawał się wyższy (czyli rosła częstotliwość), a gdy oddalał, dźwięk stawał się niższy (z uwagi na spadek częstotliwości). Co ważne, zmiany częstotliwości idealnie zgadzały się z przewidywaniami Dopplera.

Jeśli ktoś potrzebuje sprawdzić to naocznie (czy też nausznie), to wystarczy skupić się na dźwięku przejeżdżającego na sygnale pojazdu straży pożarnej. Efekt ten możemy zaobserwować również dla innych fal, np. elektromagnetycznych. Jeśli źródło promieniowania się do nas zbliża, to zaobserwujemy wzrost częstotliwości i skrócenie fali; jeśli się oddala, to zaobserwujemy coś odwrotnego. Korzystając ze wspomnianego efektu, da się również obliczyć prędkość, z jaką taki obiekt się oddala bądź przybliża. Slipher takie obliczenia oczywiście wykonał i uznał, że musi się mylić. Na przykład prędkość, z jaką musiałaby się oddalać „mgławica spiralna” M104 (znana dziś jako Galaktyka Sombrero), wynosiła ok. 3,6 mln km/h; prędkości pozostałych „mgławic” również były znacznie większe niż prędkości, z jakimi poruszały się np. obserwowane gwiazdy. Jeśli jego obliczenia były poprawne, to „mgławice” nie mogły być częścią naszej Galaktyki, której średnicę szacowano na jakieś 30 tysięcy lat świetlnych. Po prostu Wszechświat musiał być znacznie większy, niż myśleliśmy do tej pory – tylko jak to sprawdzić? Gdzie jest dowód? Może Slipher zwyczajnie się mylił?

Dlaczego więc po prostu nie zmierzył odległości do tych obiektów? Zmierzył – a raczej próbował, gdyż miał bardzo niedokładną miarkę. W 1912 roku najlepszą metodą na pomiar odległości do tak odległych ciał było posłużenie się paralaksą i trygonometrią. Nie, nie będzie matematyki; to da się wyjaśnić dość prosto przy pomocy tego, co każdy z was może zobaczyć na własne oczy.

Wystawiamy przed siebie dwa palce wskazujące: jeden mamy blisko twarzy, a drugi ustawiamy dalej, tak aby były w jednej linii z nosem. Patrzymy okiem prawym a następnie lewym. Jak widać, obraz zdaje się przesuwać, przy czym palec znajdujący się bliżej twarzy wydaje się przesuwać bardziej, niż ten dalej. Dokładnie tak samo działa to na większą skalę:

Teraz, zamiast zmieniać oko, którym obserwujemy, zmieniamy naszą pozycję wraz z całą planetą i obserwujemy widok taki jak na nieboskłonie: wystarczy zmierzyć kąt alfa przy wierzchołku trójkąta i można oszacować odległość, posługując się prawami matematyki. Problem tkwi w tym, że ta metoda ma ograniczenia związane z wielkością wspomnianego wcześniej kąta. Powyżej pewnych odległości jest on po prostu zbyt mały. W tamtych czasach granicą tej metody był dystans około 100 lat świetlnych. Slipher mógł jedynie powiedzieć, że obserwowane obiekty są na pewno dalej niż 100 lat świetlnych – i tyle; a rozmiar Galaktyki szacowano na 30 000 lat świetlnych, więc mogły być z powodzeniem wewnątrz niej (jak do tej pory uważano), ale równie dobrze gdzieś poza. Bez odpowiedniego narzędzia nie było po prostu możliwości, aby pójść dalej. Vesto został z wiedzą, że „mgławice spiralne” wykazują przesunięcie ku czerwieni, co wskazuje na to, że się oddalają z prędkościami, które zdawały się jasno wskazywać, iż coś w jego rozumowaniu jest nie tak. Jedynym rozwiązaniem było po prostu stwierdzić, jak daleko tak naprawdę są.

Tylko jak to zrobić skoro mamy początek XX wieku? Na rozwiązanie może nas naprowadzić pewne rozumowanie związane z naturą świecy lub żarówki. Świecą one z pewną jasnością, która maleje tym bardziej, im dalej odsuwamy je od naszych oczu. Wystarczy mieć jedną w znanej odległości, aby na podstawie jej jasności ocenić, jak daleko jest świeca, której obserwowana jasność jest mniejsza np. trzykrotnie. Warunkiem jest to, aby wszystkie świece były dokładnie takie same, jeśli chodzi o ich jasność.

No i jak to w świecie nauki bywa, ktoś wpadł na coś niesamowicie oczywistego, a była to Henrietta Swan Leavitt.

Po studiach astronomicznych została zatrudniona w Obserwatorium Uniwersytetu Harvarda wraz z innymi kobietami przez E. Pickeringa do pracy, którą dziś wykonują komputery, czyli do obliczeń i analizy danych astronomicznych. Przyczyną zatrudnienia kobiet do tej żmudnej pracy był z pewnością fakt, że można im było płacić mniej niż mężczyznom. Mówiąc brutalnie, przy tym samym budżecie miały więcej mocy obliczeniowej.

Jakimi rzeczami zajmowała się wspomniana astronomka? Pickering zlecił jej obserwacje gwiazd zmiennych w Wielkim i Małym Obłoku Magellana. Zbierała więc dane z płytek fotograficznych i nanosiła je na wykres jak na poniższym przykładzie:

fot. CC BY-SA 3.0

W tym przypadku mamy zmiany jasności gwiazdy Delta Cephei w czasie. Przygasa i rozbłyska – i widać tu pewien wzór. Gwiazd, które zachowują się w ten sposób, jest więcej; nazywamy je cefeidami od gwiazdozbioru Cefeusza, w którym znajduje się ta gwiazda.

Na co wpadła Henrietta? Jej szczególną uwagę przykuła grupa 25 cefeid znajdujących się w Małym Obłoku Magellana. Obserwując zmiany ich jasności doszła do następującego wniosku:

„Można łatwo poprowadzić linię prostą pomiędzy każdym z dwóch szeregów punktów odpowiadających maksimom i minimom, pokazując w ten sposób, że istnieje prosta zależność pomiędzy zmianą jasności cefeid i ich okresami”.

fot. domena publiczna

A co to właściwie oznacza? Henrietta zaobserwowała, że niektóre z tych cefeid rozbłyskają jaśniej niż inne i ma to związek z czasem, jaki dzieli okresy największej jasności. Im dłuższy, tym bardziej rozbłyskała gwiazda, a ponieważ Henrietta założyła, że te obserwowane przez nią są w rzeczywistości blisko siebie, to oznacza to że mamy to, czego szukaliśmy – świece standardowe! Działa to bardzo prosto. Za przykład weźmy Deltę Cephei: jest to cefeida, której jasność zmienia się w okresach pięciodniowych. Henrietta dostrzegła w Małym Obłoku Magellana podobną cefeidę, której jasność wynosiła 1/10000 jasności Delty Cephei. Pozwoliło to za pomocą prawa odwrotności kwadratów określić, że Mały Obłok Magellana znajduje się około 100 razy dalej niż Delta Cephei. I działa to w przypadku każdej gwiazdy tego rodzaju.

Z prac Henrietty natychmiast skorzystali inni, między innymi Harlow Shapley, który zidentyfikował cefeidę w centrum naszej Galaktyki, co pozwoliło mu obliczyć, że znajdujemy się nie w jej centrum ani też blisko niego, ale na jej peryferiach, a jej rzeczywista średnica to nie 30 000 lat świetlnych, ale około 100 000 lat świetlnych. Kolejnym był Edwin Hubble – prawnik, który zmądrzał i został astronomem. Zidentyfikował cefeidę w Mgławicy Andromedy i oszacował (sporo zaniżając), że ten obiekt musi znajdować się minimum milion lat świetlnych od nas (dziś wiemy że ok. 2,5 miliona). I jeśli jest tak daleko, to jego rzeczywiste rozmiary dziwnie przypominają średnicę naszej Galaktyki. Właśnie wtedy do nas dotarło, czym są tak naprawdę te „mgławice spiralne”…

fot. domena publiczna

No to wróćmy jeszcze do Vesto Sliphera i „przesunięcia ku czerwieni”. Hubble, korzystając z cefeid, określił odległości do wspomnianych wcześniej mgławic (czyli galaktyk) na miliony lat świetlnych i zauważył ciekawą zależność związaną z ich „przesunięciem ku czerwieni” czy też prędkością ucieczki: te znajdujące się bliżej nas zdawały się oddalać wolniej niż te odległe, co widzimy na wykresie:

fot. domena publiczna

Tylko co właściwie oznaczały te obserwacje? Samo stwierdzenie, że galaktyki poruszają się w przestrzeni, to za mało, bo skoro wszystko oddala się od nas, to oznaczałoby, że nasza galaktyka jest centrum Wszechświata, a już wtedy wiedzieliśmy, że pogląd, iż jesteśmy „centrum” czegokolwiek, jest błędny. A dodatkowo stwierdzenie to w żaden sposób nie wyjaśnia, dlaczego obiekty bardziej odległe oddalają się szybciej niż te bliskie.

Przypominam: w tamtych czasach zakładano, że Wszechświat jest statyczny i jest sceną dla wszystkiego, co się dzieje. Inne zdanie na ten temat miał Aleksandr Aleksandrowicz Friedman, rosyjski matematyk i fizyk, który zajmował się kosmologią w ramach Ogólnej Teorii Względności. Postanowił, przyjmując pewne założenia, rozwiązać równanie pola Einsteina dla całego Wszechświata, aby określić sposób jego ewolucji. Nie wchodząc w matematykę – wyszło mu że Wszechświat powinien się rozszerzać sam w sobie, proporcjonalnie we wszystkich kierunkach. Przypomina to trochę sytuację jak na animacji poniżej: rodzynki w tym cieście wyobrażają galaktyki, a ciasto jest przestrzenią. Doskonale zgadza się to z obserwacjami Hubble’a. Zwróćcie uwagę że niezależnie od tego, z którego rodzynka obserwujemy ewolucję ciasta, to najszybciej oddalają się te najbardziej odległe. Wszechświat, jak się okazuje, nie jest statyczny, ale ewoluuje, rozrastając się niczym balon lub ciasto. Friedman zaproponował również jako jeden z pierwszych pewien wniosek: jeśli we Wszechświecie nie ma wyróżnionego miejsca ani kierunku, a rozszerza się on w ten sposób, to co stanie się, gdy odwrócić kierunek tego procesu niczym film puszczony w tył? Czyżby wszystko było kiedyś w jednym punkcie, a początkiem tego procesu był Wielki Wybuch?

Następnym razem, czy to patrząc w nocne niebo, czy podziwiając piękne zdjęcia wykonane przez Teleskop Hubble‘a, przypomnijcie sobie Henriettę Leavitt, niesłyszącą od urodzenia córkę pastora z Lancaster. To dzięki jej cierpliwości i geniuszowi zobaczyliśmy odległe galaktyki i zrozumieliśmy, jak wielki jest Wszechświat.

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem.

Gwiazda Przybylskiego zaskakuje − a artykuł znów boli…

Lucas Bergowsky2 komentarze

Wielu z was zapewne przywitały wczoraj na różnych portalach wyskakujące okienka z dramatycznym apelem do rządu. O ile dobrze zrozumiałem istotę problemu, chodzi o to, iż media chciałyby, aby wyszukiwarki w rodzaju Google podające linki do publikowanych tam artykułów dzieliły się w jakiejś formie gromadzonymi w ten sposób zyskami. Nie wiem, czy zrozumiałem to dobrze, ale właśnie w ten sposób natrafiłem na tekst pt. „Gwiazda Przybylskiego zaskakuje. Ma związek z zaawansowanymi obcymi cywilizacjami?”

Pierwotnie chciałem opublikować jako pierwszy inny tekst, jednak to, co przeczytałem, znów wymaga rozwinięcia i poprawienia oczywistych błędów, które wynikają… nie bardzo rozumiem skąd; chcę głęboko wierzyć, że nie z niechlujstwa, ale z urlopu korektora. No to zaczynajmy, bo temat jest naprawdę ciekawy, a autorka wspomniała w pozytywnym kontekście wielkiego Carla Sagana.

„W ostatnich latach astronomowie zauważyli, że niektóre gwiazdy zachowują się w nietypowy sposób. Jednym z najbardziej tajemniczych obiektów w kosmosie jest gwiazda Przybylskiego, która zaskakuje badaczy swoją unikalną strukturą chemiczną. Według IFLScience, to gwiezdne ciało prezentuje zestaw elementów, których obecność jest trudna do wyjaśnienia znanymi prawami natury.”

Owszem − w miarę rozwoju nauki i technik badawczych zauważono, że istnieją obiekty, które w jakiś sposób wymykają się naszym dotychczasowym teoriom. Jednym z nich jest właśnie wspomniana gwiazda. W tym akapicie właściwie jedyne, co mi przeszkadza, to kalka językowa: lepiej byłoby napisać „pierwiastków” zamiast „elementów” (angielskie elements). Faktycznie: skład chemiczny tej gwiazdy odbiega od spodziewanego, ale co to za gwiazda i co z nią nie tak? Czytamy dalej:

„Odkryta w 1961 r, przez polsko-australijskiego astronoma Antoniego Przybylskiego, gwiazda ta od samego początku wyróżniała się na tle innych. Przede wszystkim, zaskoczyła naukowców nietypowym składem chemicznym swojej atmosfery. Według Jasona Wrighta, profesora z Department of Astronomy and Astrophysics w Eberly College of Science, analiza światła gwiazdy pokazała obecność wielu rzadkich elementów ziemi, takich jak krzem, chrom, stront i europ.”

Początek jak najbardziej się zgadza, aczkolwiek nie ma szans, abyście kiedykolwiek mogli oglądać tę gwiazdę, jeśli nigdy nie przekroczyliście równika lub nie urodziliście się na półkuli południowej. Znajduje się ona w gwiazdozbiorze Centaura, który nie jest widoczny na naszych szerokościach geograficznych. Jak pewnie dobrze wiecie z tekstów na naszym portalu, potrafimy wykrywać obecność pierwiastków chemicznych w świetle emitowanym przez różne obiekty w różnych procesach. Może być to pożar odległego magazynu, a może być to równie dobrze światło emitowane przez gwiazdy. Fotony będące kwantami światła, które widzimy, mogą napotkać na atom danego pierwiastka i zostać pochłonięte przez elektron. Wówczas w spektrum powstanie dziura odpowiadająca długości fali pochłoniętego światła. Ponieważ jesteśmy na poziomie mechaniki kwantowej, to te długości są ściśle określone i związane z energią danego fotonu. Logicznym wnioskiem jest więc to, że jeśli przepuścimy światło przez gaz składający się z różnych pierwiastków, to będziemy w stanie na podstawie pochłoniętego przez nie światła stwierdzić ich obecność. Ponieważ robiliśmy to wielokrotnie wcześniej, to wiemy czego szukać. Nic dziwnego, że robimy to ze światłem emitowanym przez gwiazdy.

Podobnie postąpił w 1961 r. A. Przybylski z odkrytą przez siebie gwiazdą i bardzo się zdziwił, gdyż to, co widział, wyraźnie nie pasowało do tego, co obserwował do tej pory. Gwiazda nosząca numer katalogowy HD 101065 nie różni się w szczególny sposób od innych w swojej klasie, jeśli chodzi o masę czy prędkość rotacji. To, co ją wyróżnia, to widmo emitowanego światła. Przybylskiego zdumiała wspominana „obecność wielu rzadkich elementów ziemi”. Prawdę mówiąc, to nie aż tak jego to zdumiało, jak mnie zabolało.

Pierwszy raz muszę się naprawdę przyczepić: albo piszemy po polsku, albo po angielsku. „Rare earth elements” to po polsku „metale ziem rzadkich”. Jest to grupa, do której zaliczamy skand, itr i wszystkie lantanowce. A więc na europ się zgadzam, ale krzem i chrom? Domyślam się, skąd ten błąd: metale ziem rzadkich po raz pierwszy odkryto w minerałach zawierających wspomniane pierwiastki, ale podkreślam raz jeszcze: stront, chrom i krzem nie zaliczają się do tej rodziny, choć Przybylski faktycznie je w spektrum światła emitowanego przez tę gwiazdę wypatrzył. Dojrzał tam również wiele innych pierwiastków z rodziny metali ziem rzadkich, jak np. neodym, ale też wiele innych, takich jak tor, a nawet uran. I to jest dziwne. No ale czytajmy dalej:

„Co więcej, gwiazda Przybylskiego zawiera także elementy, takie jak kaliforniam, aktyna, berkelium, czy protastyna, które teoretycznie nie powinny się tam znaleźć ze względu na krótki okres półtrwania. Jest to jednak trudne do potwierdzenia, ponieważ nie występują w naturze.”

I tu mnie zaczęło boleć: te pierwiastki nie noszą takich nazw w żadnym ze znanych mi języków (poza berkelium które kojarzę z łaciny). Przybylski był bardzo zdziwiony samą obecnością toru czy uranu, a co dopiero pierwiastków, których jądra nie dość, że są cięższe, to istnieją w czasie liczonym w tygodniach i miesiącach. Po kolei: nie wiem, skąd Autorka wzięła te nazwy, ale podejrzewam, że chodzi o kaliforn, aktyn, berkel i protaktyn. Ich obecność w składzie gwiazdy jest niespodziewana. Gwiazdy czerpią energię z procesu znanego jako fuzja termonuklearna, w którym lżejsze jądra łączą się pod wpływem ekstremalnej temperatury i ciśnienia w cięższe, emitując przy tym energię. Proces ten nie może działać w nieskończoność. Jakiekolwiek próby łączenia jąder cięższych niż jądra żelaza wymagają dostarczenia energii z zewnątrz zamiast jej emitowania. Obecność pierwiastków cięższych niż żelazo w składach gwiazd da się wyjaśnić składem obłoków materii, z których powstają, i innymi procesami. Jednak obecność zauważalnych ilości pierwiastków, których czas półrozpadu mieści się w skali tysięcy lat, budzi poważne wątpliwości.

Nie znajdujemy ich na naszej planecie, gdyż jeśli jakiekolwiek ich jądra znalazły się tutaj w czasie jej formowania, to do naszych czasów zdążyły się całkowicie rozpaść do postaci stabilnych jąder innych pierwiastków. Jeśli nie znajdujemy ich tutaj, to nie powinno być ich też tam. Prawa fizyki są wszędzie takie same. Tymczasem, jeśli wierzyć obserwacjom, pierwiastki te tam są, a przynajmniej były jeszcze 356 lat temu, gdyż tyle lat świetlnych wynosi odległość pomiędzy nami. W tekście pt. Końca nie widać… wspomniałem o tym, że potrafimy sztucznie produkować znacznie cięższe jądra w warunkach ziemskich. Jeśli my potrafimy, to dlaczego nie gwiazda, która ma możliwość wytworzenia warunków znacznie bardziej ekstremalnych? Być może w jej wnętrzu zachodzi jakiś nieznany nam proces, który powoduje ich ciągłe powstawanie? Czytajmy dalej:

„Naukowcy snują różne teorie próbujące wyjaśnić, skąd w gwieździe mogły się wziąć te nietypowe elementy. Jedna z hipotez sugeruje, że może to być efekt oddziaływania z pobliską gwiazdą neutronową. Inna, opisana w artykule z 2017 r. na arXiv, sugeruje, że obserwowane elementy mogą być produktem rozpadu nieodkrytych ciężkich elementów z hipotetycznej „wyspy stabilności”. Ta druga hipoteza otwiera fascynujące perspektywy na przyszłe badania, które mogłyby odkryć nowe aspekty dotyczące materii i ewolucji wszechświata.”

O tak, w snuciu teorii ludzie nauki są mistrzami; w końcu zżera nas ciekawość związana z tym, jak działa Wszechświat. Szkoda, że dziennikarze nie dbają o to, aby choćby cytować je w miarę dokładnie. O co chodzi z oddziaływaniem z pobliską gwiazdą neutronową? Obfitość pierwiastków cięższych od żelaza we Wszechświecie jest większa niż spodziewana, gdyby przyjąć, że jedynym procesem, w którym powstają, są końcowe sekundy życia gwiazd i związane z tym różne typy supernowych. Gwiazd nie wybuchło do tej pory tyle, aby wyjaśnić obserwowaną ilość złota, uranu, tytanu itp. Rozwiązaniem tej zagadki wydają się zderzenia gwiazd neutronowych. W ich trakcie powstają jądra bogate w neutrony, które podczas serii szybkich rozpadów beta minus powodują powstanie cięższych pierwiastków. Pobliskie zdarzenie tego typu mogło wzbogacić gwiazdę Przybylskiego we wspomniane jądra, a nawet w znacznie cięższe z „wyspy stabilności”, o której również pisałem w cytowanym tekście. Istnieje hipotetyczna możliwości, iż pierwiastki z ósmego okresu (jeśli kiedykolwiek zostaną wytworzone) o odpowiednich tzw. „magicznych” liczbach protonów i neutronów będą charakteryzować się podwyższonym czasem życia rzędu nawet miesięcy (przewidywanym standardem dla tak ciężkich jąder są mikrosekundy). Istnieją też inne hipotezy:

„Zdaniem niektórych naukowców, w tym Carla Sagana, obecność tych nietypowych elementów mogłaby nawet świadczyć o działalności zaawansowanych cywilizacji pozaziemskich. Teoria ta zakłada, że inteligentne życie mogłoby celowo dodawać do gwiazd wyraźnie sztuczne elementy, aby przyciągnąć uwagę innych cywilizacji.

Choć hipoteza ingerencji obcych cywilizacji jest ekscytująca, większość badaczy przychyla się do bardziej naturalnych wyjaśnień. Niezależnie od ostatecznych odpowiedzi, tajemnica gwiazdy Przybylskiego pozostaje niezwykłym przypomnieniem o złożoności kosmosu, którego nieustannie uczymy się rozumieć. Potrzebne są kolejne badania, aby wyjaśnić te kosmiczne zagadki, ale jedno jest pewne – kosmos nie przestaje nas zadziwiać.”

No i mamy kosmitów! Nie żebym miał cokolwiek przeciwko takim hipotezom, zwłaszcza że Carl Sagan był naukowcem, dzięki któremu mały Lucas spojrzał na nocne niebo i poczuł nie strach przed głębią, ale chęć jej zrozumienia. Bez wątpienia pomysł, aby dodać do swojej gwiazdy dużą ilość superciężkich pierwiastków, by pełniła rolę charakterystycznej latarni, nie jest głupi. Podobne rzeczy robimy od lat, stosując charakterystyczne sygnały mające zwrócić uwagę odbiorcy. Gałęzie ułożone w kształt „SOS” widziane z powietrza od razu wskazują nam, że musiał je zostawić ktoś, komu koncepcja pisma i alfabetu Morse’a nie jest obca. Podobnym sygnałem byłaby dla istot obserwujących gwiazdy obecność w ich widmach pierwiastków, których gwiazda tego typu absolutnie nie mogłaby wytworzyć w procesie nieniszczącym wszystkiego w kręgu kilkunastu lat świetlnych. Nie jestem pewien, czy taki sposób zaznaczania swojej obecności byłby najlepszy dla cywilizacji zdolnej produkować ogromne ilości superciężkich pierwiastków, które następnie umieszcza w gwieździe tylko po to, aby zakomunikować swoje istnienie (przy założeniu, że patrzący są wystarczająco inteligentni i akurat będą patrzeć w tę stronę kosmosu). Są o wiele lepsze metody, jak na przykład opisana w powieści wspominanego Sagana pt. „Kontakt” transmisja konkretnych sygnałów radiowych budzących zainteresowanie.

Wracając jednak do samej Gwiazdy Przybylskiego i obcych cywilizacji: wyjaśnienie może się okazać, jak wspomniała Autorka, całkowicie naturalne. Obecność jąder cięższych niż uran w widmie nie jest pewna; z pewnością w widmie występują ślady technetu i prometu. Najtrwalszy z izotopów technetu ma czas półrozpadu rzędu milionów lat a prometu ok. 17 lat, więc z pewnością w samej gwieździe zachodzą procesy, które powodują ich stałe powstawanie. Jednak obecność kalifornu i innych znacznie cięższych pierwiastków jest wątpliwa. Dalsze obserwacje dostarczyły kolejnych danych, które wskazują na silne namagnetyzowanie samej gwiazdy, co w połączeniu z jej niską rotacją może zaburzać obserwowane widmo. Jak do tej pory żaden z zespołów badawczych nie potwierdził wniosków Przybylskiego co do zawartości superciężkich pierwiastków, choć wszyscy zauważyli, że widmo gwiazdy jest nietypowe. To wymaga jak zwykle dalszych badań i obserwacji.

Pytaniem, z którym chciałbym was zostawić, jest to, jaka jest jakość tekstów pozornie popularnonaukowych, których autorzy nie troszczą się nawet o poprawne tłumaczenie pomimo publikacji na „Poważnych Portalach”…

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem.