TEMA BROJA

Jelena Marjanović

Astronomija / Bljesak umiruće zvezde

Zračenje iz dubine Svemira

Naša čula nisu napravljena da registruju stalno vibriranje Svemira, koji nas neprestano zasipa talasima visokoenergetskih čestica nastalim u srcu zvezda. Niti da čuju udaljene eksplozije neobičnih nebeskih tela, koje će nas ošinuti bljeskovima zračenja sa udaljenosti od mnogo milijardi svetlosnih godina. Ali zato imamo čitav arsenal teleskopa, sondi, senzora, opservatorija, zemaljskih i svemirskih, da nam stvore makar bledu predstavu o kataklizmičnim događajima i nezamislivo moćnim eksplozijama, sakrivenim od naših očiju plaštom spokojne zvezdane noći.

Zračenja iz Svemira otkrio je još 1912. godine austrijski fizičar Viktor Hes (Victor Hess), u eksperimentu sa balonom, kojim je svoju opremu podigao do visine od 5300 m. Primetio je da tamo ima čak tri puta više jonizovanih čestica nego na površini mora. To je ukazivalo na prisustvo jonizujućeg zračenja koje je odozgo, spolja, prodiralo u atmosferu. U pitanju su visokoenergetske čestice, elektroni i jezgra atoma, od najmanjeg atoma vodonika, kojih ima najviše, pa sledećeg po veličini - helijuma, sve do uranijuma. Ove čestice ogromnih brzina neprestano zasipaju Zemlju, ali nas atmosfera i Zemljino magnetno polje štite od njihovog udara. Međutim, ako ste astronaut na brodu ka Marsu ili živite u bazi na Mesecu, ovo zračenje može da ima ozbiljan uticaj na vaše zdravlje. Prošlo je više od sto godina od njihovog otkrića, a da još uvek ne znamo tačno šta je izvor ovih zraka, jer je nemoguće otkriti iz kog pravca dolaze.

Supernove blješte X zracima

Supernova predstavlja veliko finale u životnom ciklusu zvezda, i to onih velikih, bar pet puta masivnijih od našeg Sunca. To je eksplozija zvezde koja je potrošila svoje nuklearno gorivo, kada se Svemirom raspršuje vrela i sjajna zvezdana materija i odašilje bljesak golom oku nevidljivih X (ili rendgenskih) zraka.

Supernove se pojavljuju relativno često, i puno njih je zabeleženo jer talas sjajnih zvezdanih ostataka putuje danima dok se ne ugasi i rasprši, pa astronomi imaju vremena da ih uoče i usmere teleskope ka njima. Međutim, sam trenutak eksplozije je dugo bio neuhvatljiv. A onda je 9. januara 2008. Godine, NASA-ina svemirska opservatorija Swift ulovila jak bljesak X zraka, koji je trajao čak pet minuta i dolazio iz pravca udaljene spiralne galaksije pod nazivom NGC 2770. Velika je sreća da su astronomi u tom trenutku posmatrali upravo ovu galaksiju jer je to omogućilo da se zabeleži sam trenutak eksplozije. Njihovom brzom reakcijom upozorene su druge zemaljske i svemirske opservatorije tako da su, narednih nedelja, sakupljene dragocene informacije o ovom događaju.

Bljesak gama zraka najavljuje nastanak crne rupe

Koliko god supernove delovale impozantno i energija koju njihova eksplozija proizvede bila ogromna, u Svemiru ima mnogo jačih eksplozija i dramatičnijih događaja. Oni nam se javljaju kroz bljeskove gama zraka. Od eksplozija u kojima oni nastaju, jači je bio jedino Veliki prasak, u kome je nastao sam Univerzuum. Glavnu ulogu u tim zbivanjima najčešće imaju moćni ali mračni kosmički objekti, nastali nakon smrti jako velikih zvezda: neutronske zvezde, magnetari, crne rupe. Oni ne emituju vidljivu svetlost pa ih ne možemo videti običnim optičkim teleskopom. Detektujemo ih kroz zračenje u nevidljivom delu spektra ili kroz interakciju sa drugim objektima.

Sredinom 2022. Godine, do Zemlje je stigao mlaz svetlosti iz dalekog Svemira, daleko najblještaviji do tada: sjajniji od hiljadu milijardi Sunaca! Registrovan je kao tako snažan jer je bio uperen direktno ka nama, iz izvora po imenu AT 2022 CMC. Nakon tri dana posmatranja, ustanovljeno je da je naknadno isijavanje zračenja na mestu eksplozije bar sto puta jače od onog koje ostaje nakon poznatih vrsta eksplozija za koje se zna da stvaraju bljeskove gama zraka. Iz područja eksplozije, direktno ka nama, kretao se mlaz materije toliko visoke energije da su čestice dosezale brzinu od 99% brzine svetlosti. Daljim istraživanjima utvrđeno je da smo prisustvovali trenutku u kome jedna supermasivna crna rupa usisava u sebe obližnju zvezdu.

Supermasivne crne rupe nalaze se u centrima galaksija, i veruje se da su nastale u najranijim vremenima stvaranja Univerzuuma, u prvih milion godina nakon Velikog praska. Njihova gravitaciona sila je toliko jaka da one proždiru sve što im se približi, čak i samu svetlost. Kada se neka zvezda nađe u blizini crne rupe, na snagu stupaju sile po prirodi iste one koje na Zemlji izazivaju plimu i oseku, ali  daleko, daleko jače. Kako se zvezda približava crnoj rupi, biva izložena gravitacionom privlačenju toliko jakom da crna rupa počinje da usisava zvezdanu materiju. Prvo gasoviti omotač sa površine, a onda otkida od nje komade, i zvezda biva razvučena u tanki snop materije koji podseća na špagetu, koji se po spiralnoj putanji približava crnoj rupi, i ova je usisava u sebe. Proces je dobio naziv  “špagetifikacija zvezde” . Tom prilikom će najveći deo zvezdane materije završiti u crnoj rupi, ali jedan manji deo ona iz nekog razloga izbacuje, u obliku mlazeva, u pravcu svoje ose rotacije, u oba smera i to su pomenuti relativistički, izuzetno sjajni mlazevi čestica koji se kreću brzinama bliskim brzini svetlosti. Ovaj događaj, takozvani TED (Tidal Disruption Event), posmatran je sa Zemlje, sa bezbedne udaljenosti od 8.5 milijardi svetlosnih godina.

Već u oktobru iste godine, Zemlju je ošinuo još jedan izuzetno jak mlaz gama zraka, GRB221009A, najjači ikada zabeležen, iz pravca sazvežđa Strelac, koji je dobio titulu BOAT (Brightest Of All Time). Trajao je čak 10 minuta, a njegovo naknadno isijavanje je posmatrano nedeljama. Eksplozija koja ga je izazvala bila je neobično blizu, “svega” 2,5 milijardi svetlosnih godina daleko. To je, naravno, bezbedna udaljenost, ali je mlaz bio usmeren direktno u nas i zato su instrumenti detektovali tako veliki intenzitet zračenja. Međutim, ako bi izvor gama zraka bio sa područja naše galaksije, Mlečnog puta,  koji u prečniku ima oko 100.000 svetlosnih godina, i ako bi bio uperen direktno u Zemlju - mogao bi da uništi ozonski omotač koji nas štiti od opšte prisutnog svemirskog zračenja, što bi imalo katastrofalne posledice po živi svet. Štaviše, postoje indikacije da je jedno veliko izumiranje živog sveta na Zemlji, pre oko 440 miliona godina, izazvao upravo takav jedan bljesak gama zraka.

Kako nastaju gama bljeskovi?

Bljeskovi zračenja putovali su do nas milijardama godina i najznačajniji su svedoci dešavanja koja su formirala Univerzuum koji tek treba da razumemo. Najvažnije NASA svemirske opservatorije za detekciju gama zraka su Fermi Gamma-Ray Space Telescope (FGST) i opservatorija Neil Gehrels Swift. Swift  je zapravo veštački satelit, čiji je zadatak da registruje dolazak gama zraka i da se brzo pokrene i usmeri svoj teleskop X zraka, a zatim i optički teleskop, prema izvoru zračenja kako bi se tačnije odredila njegova pozicija, već u prvih 3-4minuta od detekcije. Pozicija se zatim javlja drugim teleskopima i opservatorijama koje će se uključiti u posmatranje, od kojih su najvažniji svemirska opservatorija za X zrake Chandra i svemirski teleskop Habl.  Podaci koje će oni snimiti obrađivaće se narednih godina, koristiće se u kompjuterskim simulacijama koje treba da pomognu da se protumače kosmološki događaji koji su im prethodili.

Transformacije koje se dešavaju u toku eksplozija poput supernove još uvek su nam u znatnoj meri nedokučive. Ono što je poznato je da od mase zvezde  zavisi da li će doći do eksplozije i u šta će se zvezda nakon eksplozije pretvoriti. Što veća masa, to veća gravitaciona sila koja pokušava da je sažme. Dokle god je fuziona peć  u jezgru zvezde upaljena, ona će se opirati pritisku gravitacije. Kada zvezda potroši svo nuklearno gorivo, gravitacija je sažima ogromnom silinom što može da dovede do eksplozije supernove. Ukoliko je zvezda masivnija od 30 Sunaca, gravitaciona sila će biti toliko jaka da će je najverovatnije pretvoriti u crnu rupu. Nešto manje zvezde, veličine 8-30 masa Sunca, svoj životni put završiće sabijene u loptu od svega dvadesetak kilometara u prečniku, u kojoj je materija toliko gusta da u njoj više nema mesta za atome, već su elektroni sabijeni u atomsko jezgro i spojili su se sa protonima gradeći neutrone. Odatle naziv neutronska zvezda.

Svemirske opservatorije korišćene su za posmatranje bljeska posebno neobičnog gama zraka, GRB 180618A koji se pojavio juna 2018. godine i njegovog isijavanja u narednim danima. Uz pomoć kompjuterske simulacije, rekonstruisan je kataklizmični događaj u kojem je došlo do sudara dve neutronske zvezde. U pitanju je bio dvojni zvezdani sistem u kojem su se orbite dvaju neutronskih zvezda postepeno približavale, do trenutka kada su se ove dve zvezde sudarile i spojile u deliću sekunde. Očekivalo se da bi se tolika masa, nastala sjedinjavanjem ovih dvaju zvezda, skoro istog momenta transformisala u crnu rupu. Međutim, promene zračenja u vremenu pokazale su nešto drugo. Nastala je nova, neočekivano velika neutronska zvezda, sa ekstremno jakim magnetnim poljem, najjačim koje postoji u Svemiru. Takva zvezda naziva se magnetar, i mnoge neutronske zvezde početak svog života provedu u obliku magnetara da bi, nakon nekih 10.000 godina, njihovo magnetno polje oslabilo oko hiljadu puta i zvezda prešla u fazu “obične” neutronske zvezde. U ovom slučaju novoformirani magnetar je potrajao nekih 28 sati,verovatno zahvaljujući upravo svom jakom magnetnom polju, nakon čega je kolabirao u crnu rupu. Neobično je što se bljesak gama zraka pojavio pre nego što je formirana crna rupa.

A kada zračenje eksplozije izbledi, kada instrumenti zaćute, a teleskopi se ponovo usmere u mrak, u iščekivanju novog bljeska, ostaje za njom po neka  zvezdana maglina, od čije će se prašine jednom ponovo formirati neke nove zvezde.

Jelena Marjanović

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