Kosmiczny dysk
Dla uczczenia czterechsetnej rocznicy użycia teleskopu do obserwacji nieba NASA opublikowała niezwykłe zdjęcie centrum naszej Galaktyki. Astronomowie potrafią zeń wydedukować wiele szczegółów kosmicznej kuchni.
Zdjęcia z teleskop Hubble’a posłużyły NASA do sporządzenia fotografii centrum naszej Galaktyki
NASA/materiały prasowe

Zdjęcia z teleskop Hubble’a posłużyły NASA do sporządzenia fotografii centrum naszej Galaktyki

W powszechnym mniemaniu pionierem obserwacji teleskopowych był Galileusz, który – według Stillmana Drake’a, historyka nauki z University of Toronto – skierował swoją lunetę na Księżyc w nocy z 30 listopada na pierwszego grudnia 1609 r. W dziele „Sidereus Nuncius” (Kurier gwiazdowy) napisał później, że wbrew temu, co utrzymują filozofowie, powierzchnia naszego satelity „nie jest gładka, jednorodna i dokładnie sferyczna, lecz nierówna, chropowata i pełna zagłębień oraz wyniosłości, podobnie jak poprzecinana grzbietami górskimi i głębokimi dolinami powierzchnia Ziemi”. Ale to był dopiero początek. W następnych miesiącach odkrył cztery największe księżyce Jowisza (nazywane dziś galileuszowymi) i plamy słoneczne; zaobserwował też cykl zmian fazy Wenus (którego przebieg dowodził, że planeta ta obiega Słońce, a nie Ziemię). Rozpoczęła się era nauki.

Mało kto wie, że cztery miesiące przed Galileuszem teleskopowe obserwacje Księżyca rozpoczął angielski matematyk i astronom Thomas Harriot. Nie zadbał jednak o publikację swoich odkryć, co sprawiło, że zostały zapomniane na prawie 300 lat. Jego spuściznę naukową zaczęto dokładniej badać dopiero w ostatnich dziesięcioleciach XX w.

Trudno sobie wyobrazić, by nawet najpotężniejsze współczesne przyrządy astronomiczne mogły dokonać równie wielkiej rewolucji co niepozorne lunety Harriota i Galileusza. Cuda współczesnej techniki – kosmiczny teleskop Hubble’a oraz pracujące również w kosmosie obserwatorium rentgenowskie Chandra i obserwatorium podczerwone Spitzer zbierają olbrzymie ilości informacji o najróżniejszych obiektach astronomicznych i Wszechświecie jako całości, ale – przynajmniej na razie – nie obaliły żadnych barier na granicach nauki. Posłużyły za to grupie specjalistów z NASA do sporządzenia fotografii centrum naszej Galaktyki. O wyborze tej okolicy nieba przesądził tyleż malowniczy wygląd, co egzotyka i niezwykła różnorodność znajdujących się w niej obiektów.

Nasza Galaktyka to otoczona kosmiczną pustką wyspa materii w kształcie cienkiego dysku o średnicy 100 tys. lat świetlnych, z centrum usytuowanym 26 tys. lat świetlnych od Słońca w tle gwiazdozbioru Strzelca. Znajduje się w niej ok. 100 mld gwiazd i tyle skupionego w wielkie obłoki gazu i pyłu międzygwiazdowego, że można by z nich uformować dalszych kilkanaście miliardów gwiazd. Słońce, tak jak wszystkie gwiazdy i obłoki, okrąża centrum Galaktyki. Jego prędkość orbitalna przekracza 200 km/s, a pełny obieg wokół centrum (tzw. galaktyczny rok) trwa ok. 250 mln lat.

.

powiększ na cały ekran

Sagittarius A*

Sfotografowany wycinek nieba jest niewielki – zmieściłby się na tarczy Księżyca. W odległości 26 tys. lat świetlnych kąt o średnicy Księżyca odpowiada aż 250 latom świetlnym. Fotografia powstała ze złożenia zdjęć wykonanych w dalekiej i bliskiej podczerwieni (czerwony i żółty) oraz w zakresie rentgenowskim (błękitny i fioletowy). W świetle widzialnym podobizny centrum Galaktyki uzyskać się nie da – przesłania je leżąca w płaszczyźnie dysku materia międzygwiazdowa. Najbardziej niezwykły obiekt na sfotografowanym obszarze (i jednocześnie w całej Galaktyce) kryje się w postrzępionej chmurze gorącego gazu (na fotografii oznaczony cyfrą 1). Jest to leżąca dokładnie w centrum galaktycznego dysku gigantyczna czarna dziura o masie ok. 4 mln M (symbol M oznacza w astronomii masę Słońca, równą 2×1030 kg lub 333 tys. mas Ziemi). Nie widać jej, ale jej położenie i masę można wyznaczyć z ruchów obiegających ją gwiazd.

Kilkadziesiąt lat temu, nie znając jeszcze natury tego monstrum, astronomowie nadali mu skomplikowaną nazwę Sagittarius A* (SgrA*), którą trzeba tłumaczyć jako „oznaczana gwiazdką część radioźródła A w gwiazdozbiorze Strzelca”. Horyzont SgrA*, czyli powierzchnia, spod której nic, nawet światło, nie może się wydostać, ma średnicę 25 mln km – prawie 20-krotnie większą od słonecznej. Od czasu do czasu pod tę powierzchnię wpada któraś z gwiazd, wydzielając przed jej przekroczeniem olbrzymią ilość energii. Wydaje się wtedy, że SgrA* wybucha, wysyłając intensywne promieniowanie i rozpędzone niemal do szybkości światła cząstki elementarne. To, oczywiście, tylko pozory – czarna dziura nie oddaje tego, co połknęła. Część materii zostaje po prostu odrzucona z jej pobliża kosztem energii wydzielanej przez materię zbliżającą się do horyzontu. Śladem po jednym z takich wydarzeń mogą być dwa oznaczone cienką linią obłoki gorącego gazu, których oś jest ustawiona prostopadle do dysku Galaktyki. W ostatnich latach zaobserwowano kilka znacznie słabszych wybuchów SgrA*, być może towarzyszących pochłanianiu planetoid, które czarna dziura oderwała od zbliżających się do niej gwiazd.

W odległości ok. 100 lat świetlnych od SgrA* leży gromada gwiazdowa Łuki (2). To niezwykle gęste skupisko młodych gwiazd powstało nie więcej niż 2 mln lat temu z części olbrzymiego obłoku międzygwiazdowego o masie 1 mln , którą zgniotła jej własna grawitacja. Słońce jest w porównaniu z nimi kosmicznym matuzalemem – przeżyło już 4,5 mld lat. Astronomowie oceniają łączną masę gromady na 30 tys. M , a średnią odległość między gwiazdami w jej centrum na 2–3 tygodnie świetlne. Gdyby Ziemia okrążała jedną z nich, nie znalibyśmy pojęcia nocy (najbliższa gwiazdowa sąsiadka Słońca jest od nas odległa o 4,3 roku świetlnego!). Co najmniej 150 gwiazd w Łukach to obiekty o masie większej od 20 M , które są źródłami wiatru gwiazdowego miliardy razy silniejszego od wiatru słonecznego. Gdy taki wiatr, wiejący z prędkością ok. 1000 km/s, uderza w obłok międzygwiazdowy, rozgrzewa się do kilkudziesięciu milionów stopni i emituje promieniowanie rentgenowskie, widoczne na fotografii jako bladoniebieska otoczka gromady.

Jednocześnie silne promieniowanie ultrafioletowe gwiazdowych olbrzymów bombarduje atomy ich macierzystego obłoku, pobudzając je do świecenia w zakresie widzialnym i w podczerwieni. W ten właśnie sposób powstały barwne draperie w kształcie łuków (3), od których gromada wzięła swą nazwę. Najdalej za kilka milionów lat wielkie gwiazdy Łuków zakończą ewolucję i eksplodują jako supernowe, wyzwalając w ułamku sekundy stukrotnie więcej energii niż Słońce w całym swoim życiu.

Pistolet - najjaśniejsza gwiazda galaktyki

Poniżej Łuków widać nieco starszą i mniejszą gromadę Kwintuplet (4). Jej wiek ocenia się na 4 mln lat, zaś łączną masę należących do niej gwiazd na 10 tys. M . Wśród nich znajduje się jedna z najjaśniejszych gwiazd Galaktyki – Pistolet (5), która w kilka sekund wypromieniowuje tyle energii, co Słońce w ciągu roku. Gdyby nie obłoki przesłaniające centrum Galaktyki, można by ją było zobaczyć gołym okiem. We wczesnej młodości miała masę stu kilkudziesięciu (być może nawet 200) M ; straciła jej już jednak niemal połowę. Przyczyniły się do tego silne wybuchy, które wstrząsnęły nią 4 tys. i 6 tys. lat temu, oraz nieustannie wiejący wiatr gwiazdowy. Materia odrzucona wskutek wybuchów uformowała chmurę w kształcie pistoletu, od której pochodzi nazwa gwiazdy. Ultrafioletowe promieniowanie gwiazd Kwintupletu w oddziaływaniu z ich macierzystym obłokiem wytwarza draperię Sierp (6). Pęcherz (7) i kilka mniejszych obiektów tego typu to ślady oddziaływania obłoków z promieniowaniem emitowanym przez mniejsze gromady gwiazdowe.

Każdy z wielkiej liczby widocznych na zdjęciu błękitnych punktów to podwójny układ rentgenowski: para gwiazd trwale związanych siłą grawitacji i obiegających się nawzajem po orbitach dużo mniejszych niż orbita Ziemi. Jeden składnik takiej pary jest zwykłą gwiazdą podobną do Słońca, lecz odkształconą przez grawitację towarzyszki i siłę odśrodkową w taki sposób, że przybiera kształt łezki. Drugi składnik to albo czarna dziura o masie co najmniej kilku M , albo tzw. gwiazda neutronowa – przypominająca olbrzymie jądro atomowe kula o średnicy 20–30 km i masie 1,5–2 M . Materia nieustannie wypływa z „dzióbka” łezkowatej gwiazdy i spływa po spirali na jej towarzyszkę, rozgrzewając się przy tym do kilkudziesięciu milionów stopni i emitując promieniowanie rentgenowskie. Najsilniej świecący układ rentgenowski (8) jest jednocześnie jednym z najbardziej tajemniczych: astronomom nie udało się jeszcze ustalić nawet jego lokalizacji (niewykluczone, że znajduje się daleko z tyłu za centrum Galaktyki; w takim przypadku byłby to jeden z najjaśniejszych obiektów tego typu).

Dla uczczenia Galileusza kończący się rok Międzynarodowa Unia Astronomiczna i UNESCO ogłosiły Międzynarodowym Rokiem Astronomii. Upublicznienie fotografii, która 10 listopada została rozesłana przez NASA do stu kilkudziesięciu placówek kulturalno-oświatowych w USA, było pomyślane jako jeden z jego końcowych akcentów. Nie znaczy to jednak, że ma ona wartość wyłącznie estetyczną i popularnonaukową. Dla zawodowych astronomów jest nieocenioną pomocą w badaniach natury obiektów znajdujących się w centrum Galaktyki oraz ich przestrzennego rozmieszczenia i sposobów, w jakie na siebie oddziałują.

Warto pamiętać, że na zdjęciu oglądamy to, co działo się daleko za gwiazdami Strzelca, wtedy gdy nasi przodkowie malowali ściany jaskiń południowej Francji i Hiszpanii.

 

Czytaj także

Co nowego w nauce?

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną