Siła drzemie w białym karle

Pierwszego białego karła zaobserwowano już w XVIII wieku. Jego niesamowite wręcz własności doceniono jednak 200 lat później. Z obserwacji takich gwiazd jak Syriusz B zdumieni astrofizycy obliczyli, że centymetr sześcienny białego karła na Ziemi ważyłby niemal tonę! Swoją drogą Syriusz jest najjaśniejszą gwiazdą naszego nieba i choć gołym okiem nie widać w nim nic nadzwyczajnego, w rzeczywistości jest gwiazdą podwójną – w cieniu, a właściwie w blasku Syriusza A kryje się biały karzeł, czyli Syriusz B. Białe karły powstają po śmierci gwiazd takich jak nasze Słońce. Gwiazda staje się najpierw czerwonym olbrzymem. A co dalej? Możliwości są dwie. Paradoksalnie im większa masa białego karła, tym mniejsza jego objętość. Czyli jeśli do gwiazdy napływa materia z zewnątrz (na przykład od jej towarzysza w przypadku układów podwójnych), to pod wpływem swojej grawitacji coraz bardziej się ona zapada i kurczy. Jeśli jej masa przekroczy pewną dokładnie obliczoną wartość – równą w przybliżeniu 1,44 masy Słońca (jak na nasz wszechświat to całkiem niewiele) – wybuchnie ona jako supernowa. A jeśli nie osiągnie tej granicy? Wtedy powoli stygnie, ciemnieje, aż w końcu staje się czarnym karłem. Sęk w tym, że czarne karły prawdopodobnie nie istnieją… jeszcze. Biały karzeł jest początkowo tak gorący, że na ostygnięcie potrzebuje więcej czasu, niż liczy sobie wszechświat. Gdyby jednak jakiś czarny karzeł istniał, byłby bardzo trudny do zaobserwowania. Szukanie czegoś, co nie dość, że jest czarne, to jeszcze niewiele waży, nie jest prostym zadaniem.

Zadziwiająco zjonizowany wapń

W 1999 roku NASA wystrzeliła sondę FUSE, czyli „spektroskopowe kosmiczne obserwatorium w dalekim ultrafiolecie” (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), która miała na celu badanie najlżejszych składników wszechświata, wodoru i deuteru, wyprodukowanych krótko po Wielkim Wybuchu. Do 2007 r. misja zbierała dane dotyczące fundamentów wszechświata: warunków panujących w jego początkach, powstawania pierwiastków oraz właściwości obłoków gazowych, z jakich powstają gwiazdy i układy planetarne. Biały karzeł typu O, to znaczy posiadający atmosferę bogatą w hel, naukowcom znany jako KPD 0005+5106, został odkryty w 1985 r. i już obserwacje naziemne wykazały, że ze względu
na bardzo wysoką temperaturę swojej powierzchni będzie ogromnym źródłem promieniowania ultrafioletowego. Będzie czymś w rodzaju latarni morskiej, a więc wręcz idealnym obiektem badań sondy FUSE.

Do określenia jego spektrum został zatrudniony również teleskop Hubble’a i na podstawie tych obserwacji astrofizycy oszacowali temperaturę karła na przynajmniej 120 000 st. C. To bardzo dużo, ale badacze nie zostali powaleni na kolana. Znali już wcześniej białe karły o tak wysokich temperaturach. Jednak teraz zespół amerykańskich i niemieckich astrofizyków postanowił przyjrzeć się jeszcze raz archiwalnym danym misji FUSE. I tu niespodzianka. Po dokładnej analizie okazało się, że w atmosferze białego karła, o którym mowa, znajduje się dziewięciokrotnie zjonizowany wapń. Co to znaczy? Wokół jądra atomu wapnia krążą elektrony. Im wyższa temperatura, tym większe prawdopodobieństwo, że niektóre z tych elektronów zostaną od wapnia oderwane. To proces jonizacji. Nigdy wcześniej nie zaobserwowano wapnia, od którego zostało oderwanych aż dziewięć elektronów. To właśnie dziewięciokrotna jonizacja. Ze zdobytych danych nieodparcie wynika, że atmosfera tego białego karła ma temperaturę nie 120 000 st. C, a 200 000 st. C. To naprawdę wielka niespodzianka. Kolejny raz okazuje się, że „są rzeczy na niebie i na ziemi, o których nie śniło się filozofom”. Astronomom, znaczy.



Gość Niedzielny 2/2009