Znajdź zawartość

Jak zmierzyć kosmos? Niełatwo to zrobić, mając do dyspozycji tylko obserwacje. Obserwowana jasność obserwowanych obiektów, gwiazd, zależy od ich wielkości, jasności własnej, wreszcie odległości. Czy dwie gwiazdy o pozornie tej samej jasności znajdują się w tej samej odległości? Czy jedna jest większa, ale znajduje się dalej? Jest oczywiste, że do wiarygodnych pomiarów potrzeba nam obiektu o znanej i pewnej wielkości i jasności. Takimi obiektami, pełniącymi dla astronomów rolę „słupów milowych" są supernowe typu 1a. Supernowe typu 1a osiągają zawsze zbliżoną jasność maksymalną, dzięki temu można z dużą precyzją określić ich odległość, dlatego nazywa się je w astronomii świecami standardowymi. Nie znaczy to oczywiście, że są absolutnie idealne - mimo wszystko różnią się od siebie, a określanie tych różnic jest rodzajem sztuki. Udoskonalił ją właśnie Ryan Foley, astronom z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, a badania, które na to pozwoliły, trwały aż dwadzieścia lat. Jednym ze wskaźników, pozwalających określić rzeczywistą jasność supernowej 1a jest szybkość, z jaką pulsuje: rozjaśnia się i przygasa. To jednak nie wystarcza. Drugą właściwością, jaką możemy obserwować, jest jej barwa, która może być przesunięta w kierunku niebieskiej lub czerwonej. Poczerwienienie światła supernowej 1a uważano do dziś za efekt przesłonięcia jej przez obłok materii pyłowej, a zakładając, że domniemany obłok również przyciemnia jej blask, umiejscawiano takie gwiazdy bliżej. Ryan Foley dowiódł, że to błędne założenie, które powodowało zbyt bliskie umiejscowienie wielu „świec". Powracając do podstawowych założeń i zakładając, że barwa supernowej jest stała, przeanalizował dokładnie dane setki znanych takich obiektów. Okazało się, że barwa zależy od prędkości, z jaką gwiazda wyrzuca materię podczas eksplozji: wolniejszy wyrzut oznacza odcień bardziej niebieski, szybszy - bardziej czerwony. Odkrycie ma znaczenie nie tylko dla zrozumienia samych supernowych i nie tylko dla skorygowania pomiarów odległości wielu obiektów naszego Wszechświata. Pozwoli także na dokładniejsze pomiary i zrozumienie stanowiącej 70% masy Wszechświata ciemnej energii - tajemniczej siły, która rozpycha nasz Wszechświat i odgrywa kluczową rolę w jego ewolucji.

„Ważenie" odległych obiektów astronomicznych to niełatwa sprawa. Stosunkowo łatwo ocenia się masę gwiazd, stosując do nich modele ewolucyjne, ale to wciąż jest jedynie przybliżone szacowanie. Nowa metoda pozwoli zważyć niektóre gwiazdy przy pomocy planety i księżyca. Metoda, na razie opracowana teoretycznie, jest dziełem astrofizyka Davida Kippinga z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Obecnie znamy blisko setkę egzoplanet w takim położeniu i na tyle masywnych, że przechodząc przed tarczą swojej gwiazdy (nazywa się to tranzytem) przysłaniają jej blask. Jest to nie tylko doskonała metoda odkrywania planet, ale także oceny masy takiego zespołu ciał niebieskich. Parametry ruchu planety pozwalają ocenić stosunek mas obu ciał, niestety, nadal tylko relatywnie. Sytuacja zmienia się, kiedy planeta posiada księżyc, który również da się zaobserwować na tle tarczy gwiazdy. Wzajemne oddziaływanie trzech mas komplikuje parametry takiego układu ciał, ale pozwala wykorzystać prawa Keplera do określenia ich masy. Wymaga to sporego nakładu sił i wielu pomiarów, bowiem potrzebne dane to: okres obiegu planety oraz księżyca, rozmiary orbit planety i księżyca względem gwiazdy, rozmiar planety i księżyca względem gwiazdy. Z trzeciego prawa Keplera można dzięki nim wyliczyć gęstość gwiazdy i planety. Ponieważ gęstość to masa podzielona przez objętość - tę ostatnią znamy z rozmiaru, możemy więc policzyć względne masy obu ciał. Wreszcie, mierząc i uwzględniając zakłócenia ruchu gwiazdy powodowane przyciąganiem planety (jej prędkością kątową) można wyliczyć dokładną masę gwiazdy. Niestety, na razie nie jest znany żaden układ planetarny, w którym można by zaobserwować tranzyt zarówno planety jak i jej księżyca, więc odkrycie pozostaje na razie rozważaniem teoretycznym. Astronomowie spodziewają się jednak rychłego odkrycia pierwszych takich układów przez sondę Kepler, a wtedy astronomowie będą mieli na podorędziu odpowiednie narzędzie do wykorzystania.

Astronomowie z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics odkryli jedną z najcięższych znanych gromad galaktyk. Za pomocą South Pole Telescope zauważyli gromadę SPT-CL J0546-5345, która znajduje się w odległości 7 miliardów lat świetlnych od Słońca. Jej wagę oszacowano na około 800 bilionów (1012) większą od masy Słońca. W skład gromady wchodzą setki galaktyk. SPT-CL J0546-5345 zauważono w gwiazdozbiorze Malarza. Jako, że znajduje się ona w odległości 7 miliardów lat świetlnych, a zatem widzimy ją taką, jak była w czasie, gdy wszechświat był o połowę młodszy, a Układ Słoneczny jeszcze nie istniał, wiadomo, że galaktyka się powiększyła. Nasza obecna wiedza pozwala wywnioskować, iż teraz jest czterokrotnie większa, co czyni ją jedną z największych gromad we wszechświecie. Astrofizyk Mark Brodwin mówi, że SPT-CL J0546-5345 zawiera w sobie bardzo stare galaktyki, dzięki czemu nadaje się do studiowania historii wszechświata. Ponadto masywne gromady galaktyk, a w ich wyszukiwaniu specjalizuje się South Pole Telescope, pozwalają badać ciemną energię i ciemną materię.

Człowiek od zawsze obserwował niebo. Od czasów Galileusza, twórcy pierwszego teleskopu, nasze obserwacje Kosmosu stają się coraz dokładniejsze i doskonalsze technicznie. Jednego jednak do tej pory nie można było zmienić: oglądaliśmy Wszechświat zawsze z tej samej perspektywy. Rozejrzenie się z innego punktu wszechświata jest - wydawałoby się - przecież niemożliwe. A jednak. Astronomowie z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) postanowili wypróbować nową technikę obserwacji. Wzięli na celownik słynną supernową Kasjopeja A, która pojawiła się na naszym niebie 330 lat temu (eksplodowała oczywiście znacznie wcześniej, bo około 11 tysięcy lat temu). Jej mające średnicę 20 lat świetlnych pozostałości trudno dostrzec okiem choć są najsilniejszym radioźródłem na niebie. To właśnie dzięki wyjątkowo silnemu promieniowaniu stała się doskonałym kandydatem do eksperymentu. Otóż zamiast obserwować jedynie jej bezpośrednie promieniowanie, jak to robiono od wieków, postanowiono rejestrować promieniowanie odbite od innych obiektów astronomicznych, jakie również do nas dociera. Autorzy pomysłu porównują to do rejestracji dźwięku w jaskini. Kiedy ktoś krzyknie w niej „echo!", słyszymy nie tylko jego własny głos, ale po chwili docierają do nas kolejne odbicia od ścian, sufitu, podłogi. Podobny fenomen postanowili wykorzystać do obserwacji Kasjopei A. Z powodzeniem. Analiza odbitych fal pozwoliła nie tylko „zobaczyć" ją z innych kierunków - jak gdyby ze strony obiektów, które odbijają jej promieniowanie - ale także dowiedzieć się, jak wyglądała wiele lat temu. Dzięki temu można było dowiedzieć się, w jaki sposób się rozprzestrzeniała. Złożenie zaś jej widoku z wielu stron pozwoliło na zrekonstruowanie trójwymiarowego, wirtualnego modelu. Jego wizualizację można zobaczyć w internecie, naprawdę zapierający dech w piersiach widok. Wykorzystano przy tym dane z rentgenowskiego teleskopu Chandra, obserwacji w podczerwieni dostarczył Spitzer, wykorzystano też dane optyczne z teleskopu NOAO w Kitt Peak oraz teleskopu MIT w Michigan-Dartmouth. I nie jest to tylko zabawa. Dzięki tym badaniom okazało się, że eksplozja supernowej wcale nie jest jednorodna. Nie jest to - według porównania samych autorów - fajerwerk wybuchający równo we wszystkich kierunkach. Supernowa - jak podejrzewano - może eksplodować znacznie silnej w jednym kierunku. Taki właśnie kierunkowy wybuch miał miejsce w przypadku Kasjopei A. Zespół Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), który ma siedzibę w amerykańskim Cambridge, jest wspólną inicjatywą Smithsonian Astrophysical Observatory oraz Harvard College Observatory. Sześć wydziałów CfA zajmuje się badaniem powstania, rozwoju i spodziewanego końca Wszechświata.

Naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics opracowali technologię, która może przynieść przełom w astronomii. Dzięki ich pracom wyszukiwanie planet podobnych do Ziemi, a więc takich, na których może zaistnieć życie w znanych nam formach, stanie się znacznie łatwiejsze. Amerykańscy naukowcy wykorzystali stosunkowo niedawno odkrytą technologię laserową i dzięki niej stukrotnie zwiększyli dokładność analiz spektrograficznych. Sara Seager, profesor z MIT, mówi, że jeśli nowa technologia będzie współpracowała z współczesnymi teleskopami, to będziemy świadkami olbrzymiego przełomu. Jej kolega, George Ricker wyjaśnia, że gdy planeta krąży wokół gwiazdy, to oddziałuje na nią za pomocą własnej grawitacji i zakłóca jej ruch. Te zakłócenia powodują, zgodnie z efektem Dopplera, niewielkie zmiany w długościach fali światła, które dociera do nas z danej gwiazdy. Analizując to światło spektrografem możemy wykryć planety. Im większa jest planeta, tym łatwiej ją zauważyć. Najczęściej więc odkrywane są planety należące do kategorii gorących Jowiszy, czyli duże, gazowe ciała niebieskie. Na nich jednak nie może powstać życie takie, jak znamy je z Ziemi. Współczesne spektrografy nadają się do wykrywania w ruchach gwiazd zakłóceń rzędu około 1 metra na sekundę. Takie zmiany są jednak wywoływane przez duże planety jak Jowisz, a nie małe skaliste jak Ziemia. Naukowcy już w latach 80. ubiegłego wieku zaczęli się zastanawiać nad wykorzystanie lasera do zwiększenia rozdzielczości spektrografu, ale nie wiedzieli jak to zrobić. Dopiero Ronald Walsworth i Chih-Hao Li wpadli na pomysł, by połączyć laser i interferometr Fabry'ego-Perota, dzięki czemu powstała bardzo precyzyjna "linijka" pozwalająca zbadać właściwości światła z odległych gwiazd. W najbliższym czasie zostanie ona zamontowana w Multiple Mirror Telescope (MMT) na Mount Hopkins w Arizonie.

Amerykańscy naukowcy najwyraźniej uważają, że mieszkańcy pozaziemskich cywilizacji również, podobnie jak Ziemianie, uwielbiają telewizję. Przedstawiciele Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ogłosili właśnie, że astronomowie przeskanują 1000 najbliższych gwiazd w poszukiwaniu pochodzącego z ich okolic sygnału telewizyjnego lub podobnego sztucznego sygnału, który wskazywałby na istnienie cywilizacji. Projekt ruszy na początku 2008 roku. Radioteleskop będzie szukał podobnych oznak cywilizacji, jakie znaleźliby obcy kierując swoje radioteleskopy w stronę naszej planety. Przeszukane zostanie pasmo elektromagnetyczne w zakresie podobnym do tego, jakiego sami używamy do transmisji radarowych, telewizyjnych i radiowych. Do poszukiwań zostanie wykorzystany budowane w Australii urządzenie odbierające sygnały na niskich częstotliwościach. Jest ono na tyle oddalone od ludzkich siedzib, że ziemska transmisja nie będzie go zakłócała. Radioteleskop będzie w stanie odbierać sygnał z odległości 30 lat świetlnych. W takiej odległości od Ziemi znamy 1000 gwiazd.