TEMA BROJA

Jelena Marjanović

Daleki svemir / Opasnost na pet hiljada svetlosnih godina

Magnetar, besni potomak supernove

Svemirska opservatorija “Swift” postavljena je u orbitu oko Zemlje sa zadatkom da skenira mrak i spokoj svemira, u potrazi za bljeskovima gama zraka iz njegovih najvećih dubina. Takvi vesnici udaljenih eksplozija detektuju se skoro svakodnevno, traju kratko, nekada samo delić sekunde a nekada nekoliko minuta, i svedoče nam o dramatičnim zbivanjima u životnom ciklusu zvezda. Kad registruje bljesak, opservatorija se brzo okreće prema njegovom izvoru (otud naziv “Swift” - hitar), snima ga svojim senzorima i kamerama i sakupljene podatke deli sa zemaljskim opservatorijama koje ih dalje proučavaju.

Bljesak energije koji se sručio na Zemlju 27.decembra 2004. godine bio je toliko snažan da su instrumenti “Swifta” ostali potpuno zaslepljeni njegovim intenzitetom. Izgledalo je to otprilike kao kad bi neko probao da vatrogasnim šmrkom napuni čašu vodom.
Nije samo “Swift” bio pogođen. Cunami X i gama zraka zaslepeo je senzore mnogih svemirskih sondi i satelita i doveo do merljivih poremećaja: ova zračenja, koja znamo pod nazivom “jonizujuća”, dovela su do dodatne jonizacije atmosfere, zbog čega se debljina jonosfere nakratko uvećala. Ribari u polarnom krugu, koji su primetili neobičnu kratkotrajnu polarnu svetlost, nisu mogli da pretpostave da gledaju odsjaj zvezdane kataklizme koja se odigrala na drugoj strani naše galaksije, negde u davnoj prošlosti, a onda se protegla sve do našeg dvorišta i snažno zatresla kapiju. Astronomima nije trebalo mnogo da pronađu izvor ovog svemirskog besa.

SGR 1806-20

Na udaljenosti od 50.000 svetlosnih godina, na suprotnom kraju Mlečnog puta, u sazvežđu Strelac, nalazi se jedan od najneobičnijih i najstrašnijih svemirskih objekata: magnetar SGR 1806-20. Ono što se tog dana desilo, posledica je “zvezdotresa”, odnosno milimetarskog poremećaja na površini ove neobične zvezde. Bljesak eksplozije koja je tom prilikom nastala, putovao je 50.000 godina preko čitave galaksije dok nije stigao do nas, i tada još uvek imao dovoljno snage da ošine Zemlju jačinom koja može da se meri samo sa energijom koju nam šalju najjače eksplozije na našem Suncu. Procenjuje se da je magnetar, u samo 200 milisekundi, oslobodio energiju koliko bi našem Suncu bilo potrebno 250.000 godina da stvori! Da smo bili na udaljenosti od samo 10 svetlosnih godina, što je udaljenost najbližih zvezda, ovaj talas bi razorio ozonski omotač koji nas štiti od radijacije, a to bi bilo pogubno za život na Zemlji. Podsećanja radi, jedna svetlosna godina predstavlja rastojanje koje bi svetlost prevalila za godinu dana i iznosi oko deveti po biliona kilometara.

Kako jedna zvezda postaje magnetar?

Život svake zvezde uslovljen je balansom dvaju sila koje na nju deluju. Sa jedne strane, gravitaciona sila koja je jednog trenutka sakupila međuzvezdanu prašinu u loptu toliko gustu da je pritisak u njenoj unutrašnjosti doveo do paljenja fuzione peći: u njenom jezgru, atomi vodonika počeli su da se spajaju međusobno u veće atome helijuma, uz oslobađanje velike količine nuklearne energije. Ta energija stvara toplotu koja stvara pritisak koji se suprotstavlja gravitaciji i njihov balans održava zvezdu u stabilnom stanju. Kada se sav vodonik u Suncu pretvori u helijum, nuklearna peć će se ugasiti, a gravitacija će nastaviti da ga sažima sve dok ga ne pretvori u čvrstu mrtvu loptu.
Međutim, da je masa našeg Sunca veća, pa je samim tim jača i gravitaciona sila koja je masi direktno proporcionalna, pod njenim pritiskom zvezda bi nastavila da se sažima, sve dok se u njenom jezgru ne upali nova nuklearna peć u kojoj će se jezgra atoma helijuma dalje sjedinjavati u komplikovanije atome - pa, ako je masa zvezde dovoljno velika, ovaj lanac stvaranja elemenata bi se nastavio sve do nastanka gvožđa i nikla. Tu proces staje jer atomi ovih elemenata imaju jezgra toliko kompaktna da njihovom daljom fuzijom ne bi došlo do stvaranja energije.
Tada jezgro počinje da se hladi i nestaje unutrašnjeg pritiska. Balans se poremeti i gravitacija najednom potisne zvezdu takvom silinom da masa koja je million puta veća od Zemljine biva sabijena za samo 15 sekundi! Ta promena je toliko dramatična da dovodi do eksplozije koju zovemo Supernova. Tom prilikom zvezda odbacuje jedan deo svoje mase, i oblak čestica različitih elemenata raznosi se svemirom. Tako nastaju magline, verovatno najpopularniji prizor iz romantizovane predstave svemira, čije slike krase mnoge ekrana računara i mobilnih telefona.

A ono što ostaje u središtu zvezde nakon eksplozije prepušteno je dejstvu gravitacije, koja nastavlja da ga sažima. Atomi prestaju da postoje jer je materija sabijena u toliko mali prostor da nema mesta za elektronske orbitale kakve znamo; štaviše oni pod pritiskom bivaju ugurani u sama jezgra atoma i tamo se spajaju sa protonima i stvaraju gomilu neutrona. Neutroni ostaju neutroni i pokazuju izuzetnu stabilnost pri ovako ekstremnim uslovima pritiska i visoke temperature i oni su ti koji, samim tim što postoje i zauzimaju neki prostor, stvaraju pritisak koji se opire gravitaciji i zaustavljaju dalje sažimanje. I tako nastaje neutronska zvezda.
Čak i da ovo objašnjenje deluje jednostavno i logično, neutronska zvezda je sve samo ne obična, a kvantna fizika pri tako velikim temperaturama i pritiscima sve je sem jednostavnog. Zamislimo svu silu našeg Sunca sabijenu u loptu prečnika dvadesetak kilometara? To lopta koja se sastoji skoro samo od neutrona i zvezda je zapravo jedno ogromno atomsko jezgro veličine grada Beograda (sa Pančevom i Sremčicom). A onda zamislimo tu loptu koja se okreće brzinom od nekoliko stotina rotacija u sekundi. Takvu neutronsku zvezdu zovemo pulsar.
Ko se seća fizike iz srednje škole, setiće se da svako naelektrisanje koje se kreće izaziva stvaranje magnetnog polja. Istina, kad se govori o neutronskoj zvezdi, govori se o gomili neutrona, ali u njoj još uvek postoji neka količina protona (eto naelektrisanih čestica), a ti protoni se kreću ogromnim brzinama zbog rotacije zvezde. Pored toga, u tako ekstremnim uslovima javljaju se kompleksni fizički procesi koji dodatno pojačavaju magnetizam. Posledica svega toga je zastrašujuće jako magnetno polje.

Najjače magnetno polje

Da bi dočarali šta je to “zastrašujuće jako”, pođimo od magnetnog polja Zemlje, koje iznosi jedan-desetohiljaditi deo tesle (što je jedinica za magnetni fluks, T). To polje odgovorno je za skretanje igle kompasa; po nekim teorijama, koriste ga ptice selice da se po njemu upravljaju na svom letu u toplije krajeve. Zna se da se polovi Zemljinog magnetnog polja pomeraju već neko vreme i mnogi se naučnici plaše posledica koje će to imati po živi svet na našoj planeti. Na Suncu ćemo naići na magnetno polje koje je maksimalno par stotina puta jače od Zemljinog. Magnetna rezonanca koja se koristi u medicini koristi polje od oko 1T, a najjači magnet koji je do sada napravljen je fluk sa nekoliko desetina T. Teorijska granica za magnet koji bi bilo moguće napraviti je oko 100 T, ili oko milion puta jače nego što je magnetno polje Zemlje. Za veće vrednosti magnetnog fluksa jednostavno ne postoje materijali koji bi ga izdržali.

Magnetno polje pulsara je još milion puta jače od toga, ukupno bilion puta jače od magnetnog polja Zemlje.
Ako nam uspe da pojmimo veličinu ovih brojki, sada treba da ih pomnožimo sa hiljadu i dobijemo snagu magnetnog polja jednog magnetara. Dalje ne moramo da idemo jer jačeg magnetnog polja u svemiru nema.
Naša iskustva sa jakim magnetnim poljima se uglavnom završavaju sa magnetnom rezonancom, gde zapravo nismo ni svesni uticaja magneta na naše telo pa je teško steći predstavu šta polje ovog intenziteta može da uradi. Zamislimo da smo prišli blizu jednom magnetaru: blizu znači oko 1000 km daleko, od lopte prečnika 25km. Ako je lopta Beograd, posmatramo je negde iz Berlina. Zapravo, ne posmatramo već smo se potpuno rasplinuli i prestali da postojimo. Jer obreli smo se u potpuno bizarnom svetu: jako magnetno polje dovelo je do razvlačenja atoma u dugačke “štapiće” pa molekularne veze na kojima se bazira hemija kakvu znamo više nisu moguće. Dodajmo tome snažnu radijaciju koju izaziva njegovo magnetno polje i dobijamo pakao kakav nisu mogli da zamisle ni najposvećeniji srednjevekovni religiozni fanatici.

Može li još moćnije?

U proleće 2020. godine, “Swift” opservatorija registruje još jedan neobičan bljesak. Ovoga puta dovoljno slab da bude u opsegu koji njeni instrumenti mogu da izmere, za razliku od onog sa početka naše priče. Tada stupa na scenu “Habl” teleskop i otkriva izvor bljeska: u centru susedne spiralne galaksije. U svemirskim razmerama, “susedno” treba posmatrati sa velikom rezervom. Dalja istraživanja pokazala su da je bljesak nastao zbog sudara dve neutronske zvezde, što je dovelo do nastanka izuzetno moćnog magnetara, čije smo prisustvo osetili na udaljenosti od 130 miliona svetlosnih godina. Procena je da je tom prilikom oslobođena energija veća od one koju bi naše Sunce proizvelo tokom celog svog zvezdanog života.
Utešno zvuča to da su magnetari relativno kratkog veka i traju svega desetak hiljada godina. Kroz kakav proces oni prolaze u tom periodu, naučnici još uvek ne znaju, kao što uostalom ne znaju ni šta tačno dovodi do stvaranja njihovog magnetnog polja (ovde smo se samo površno dotakli opšteprihvaćenih pretpostavki). U svakom slučaju, nakon deset hiljada godina, njihovo polje slabi i magnetar postaje “obična” neutronska zvezda. I dalje izuzetno gusta, i dalje sa izuzetno jakim magnetnim poljem, ali ipak hiljadu puta slabijim.
Dobra vest za kraj je da u našoj blizini magnetara nema. Za sada znamo da ih u našoj galaksiji ima 29, a od njih su nam najbliži na rastojanju od 4-5 hiljada svetlosnih godina, što se smatra bezbednom udaljenošću.

Jelena Marjanović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"