Znikające gwiazdy. Czy naprawdę istnieją?

Temat znikających gwiazd, w dosłownym tego słowa znaczeniu, a nie takim jak w przypadku tak zwanych ciemnych gwiazd czy w związku z drganiami atmosfery, bywa poruszany co pewien czas w mediach poświęconych astronomii, w nawiązaniu do wydarzeń z lat 50. XX wieku. Jedno z nich miało miejsce w 1952 roku w Obserwatorium Palomarskim.

Podczas jednej z obserwacji, na fotograficznych szklanych płytach dokonano detekcji grupki trzech gwiazd, ale już po kilkudziesięciu minutach te gwiazdy dosłownie znikły z kolejnej naświetlonej płyty. Były i potem już ich nie było. Temat przypomniał niedawno serwis universetoday.org, stosując chwytliwy tytuł o gwiazdach, które znikają i których do dziś astronomowie nie mogą znaleźć.

Teleskop Oschin w Palomar, gdzie wykonano problematyczne obserwacje w 1952 roku. Dziś jest on wykorzystywany przez przegląd nieba ZTF, który używa 605 Mpix mozaiki kamer CCD. (fot: Obserwatorium Palomar)

Gwiazdy ot tak nie znikają, ale czasem są widoczne tylko przez chwilę

Rozwój cywilizacji przyczynia się do gorszej dostrzegalności gwiazd i innych ciał niebieskich na niebie, szczególnie miejskim i podmiejskim. Niebo robi się coraz jaśniejsze i coraz więcej gwiazd przestaje być dobrze widoczne. To zjawisko zmusza astronomów do korzystania z miejsc, gdzie niebo jest szczególnie ciemne, a nie tylko z coraz silniejszych urządzeń obserwacyjnych.

Jednak nawet najpotężniejsze teleskopy mają graniczną jasność, którą mogą zaobserwować. Ten parametr uległ, w porównaniu z czasami obserwacji na kliszach, znaczącej poprawie dzięki zastosowaniu cyfrowych detektorów i ich późniejszemu doskonaleniu. Zawsze jednak dana konfiguracja teleskopu i aparatury obserwacyjnej, nawet przy idealnej pogodzie, nie pozwoli zaobserwować dowolnie słabych obiektów. Im bliżej granicznej jasności, tym większe są błędy pomiaru jasności, aż w końcu obiekt staje się szumem tła.

Takie zdjęcia nieba jak to powyżej, są już przetworzone, gdzie tło nieba, które na oryginalnych fotografiach jest zaszumione, zostało wygładzone. A tym samym zlało się z gwiazdami, które są tak jasne jak tło nieba. (fot: ESO)

Nawet jeśli ta graniczna jasność jest stała, to gwiazdy niekoniecznie mają stałą jasność. Mogą ją zmieniać, w pewnym momencie są tak jasne, że dobrze wybijają się ponad tło nieba, a w innym ich jasność spada tak mocno, że przestają być dostrzegalne.

Stosując określenie „znikające gwiazdy” należy pamiętać, że w rzeczywistości mamy do czynienia ze znikaniem z naszego pola widzenia, ale nie z egzystencji. Bo nawet jeśli gwiazda zapadnie się do czarnej dziury to nie znika, choć jej wykrycie wymaga wtedy zmiany techniki obserwacyjnej. Dotyczy to zresztą nie tylko gwiazd, ale wszelkich ciał niebieskich, które mogą być przez astronomów obserwowane.

W obserwacjach gwiazdy w pewnym sensie znikają z pola widzenia astronomom, tak jak na coraz jaśniejszym niebie miast, znikają z roku na rok gwiazdy, które stają się ciemniejsze niż jasność nieba.

W tym pierwszym przypadku to zmienna jasność gwiazdy sprawia, że jest ona raz widoczna a raz jej nie widać, w drugiej sytuacji dotyczącej światła miejskiego, tło nieba z roku na rok zmienia (zwykle zwiększa) swoją jasność. W zasadzie nawet podczas obserwacji astronomicznych, w miejscu gdzie niebo jest bardzo przejrzyste, możemy mieć różne warunki pogodowe i jednego dnia daje się obserwować bardzo słabe gwiazdy, a innego tylko te jaśniejsze.

Wyjaśnienie znikających gwiazd z 1952 roku nie jest jednak proste

Problem z trzema znikającymi gwiazdami z obserwacji w Palomar trudno jednak uzasadnić powyższymi argumentami, chyba że zmienność jasności ma związek ze zjawiskami bardzo gwałtownymi. Takimi jak eksplozje na powierzchni białego karła lub mikrosoczewkowanie, które prowadzi do nagłego pojaśnienia, nawet w skali minut i godzin, wcześniej bardzo słabych obiektów.

Problemem jest jednak fakt, że były to trzy gwiazdy, a nie jedna. Rozważa się różne możliwości takiego nagłego zniknięcia trzech gwiazd, a między innymi tak zaskakujące jak:

• zbieg w czasie nagłego pojaśnienia obiektu gwiazdowego i zjawiska soczewkowania, które wytworzyło trzy obrazy - na niekorzyść działa tu nadmierna powtarzalność zjawisk znikających gwiazd w obserwacjach z lat 50. XX wieku i niekorzystna konfiguracja przestrzenna,
• nie były to gwiazdy, a obiekty z dalekiego Układu Słonecznego, których jasność w jakiś sposób nagle wzrosła - dziś teoretycznie powinniśmy mieć szansę dostrzec je lepszymi teleskopami, ale i tak to na nic, bo ich szybki ruch sprawia, że nie ma ich tam gdzie były w 1952,
• astronomowie zaobserwowali wady klisz, które wywołał radioaktywny pył, obecny w atmosferze w okolicach Palomar ze względu na przeprowadzone stosunkowo niedaleko próby broni jądrowej - całkiem sensowna teoria, która wyjaśnia powtarzalność takich zniknięć.

W kwietniu 2023 roku grupa astronomów wykorzystała 10.4 metrowy teleskop na Wyspach Kanaryjskich, by powtórzyć obserwacje tego samego fragmentu nieba. I, tak jak w innych obserwacjach przeprowadzonych we wcześniejszych dekadach, nie znaleziono nic, co dałoby się zaklasyfikować. Przeprowadzono także ponowną analizę klisz z Palomar, tym razem skanując je cyfrowo (w latach 50. jasność gwiazd określano bez wsparcia technik komputerowych). Te pomiary tylko zagmatwały sprawę, bo wykluczają nienaturalne źródło powstania trójki tajemniczych gwiazd, wykluczają też inny niż gwiazdowy charakter obiektów.

Na pierwszej z obserwacji z 19 lipca 1952 roku widać trzy gwiazdy, albo coś co je przypomina. Kilkadziesiąt minut później, jak i w kolejnych dniach, gwiazd tych już nie ma. (fot: Obserwatorium Palomar)

Problem jest wciąż nierozwikłany, ale jednorazowych (może to być też seria obserwacji z danego dnia), obserwacji w astronomii mamy dziś wiele. Utworzono dla nich nawet oddzielną kategorię i określenie, które brzmi transient.

Kilkadziesiąt lat temu, gdy masowe obserwacje jeszcze nie były łatwe w realizacji (wyobraźcie sobie kłopot z naświetlaniem, wymianą i wywoływaniem kolejnych szklanych płyt fotograficznych), nie mówiąc już o naocznej klasyfikacji wszystkich obiektów na kliszach, wszelka analiza obiektów o charakterze transientów, była wręcz niemożliwa do realizacji.

Dziś w czasach powszechności astronomii w domenie czasowej, czyli masowych przeglądów nieba i jego fragmentów w różnych długościach fal, gdzie obserwacje są wykonywane regularnie i z dużą częstotliwością, występowanie transientów jest czymś normalnym. I wiemy, że nie są to rzeczy przypadkowe.

Znikające gwiazdy, a zjawiska tymczasowe w astronomii

Trzy gwiazdy z 1952 roku to zjawisko, które być może trwało nie dłużej niż kilkadziesiąt minut, jeśli przyjąć, że da się je kiedyś w naturalny sposób wytłumaczyć. Jednakże klasa krótkotrwałych zjawisk w astronomii, jest szeroka i obejmuje zarówno zdarzenia trwające milisekundy, jak i te trwające tygodnie, ale później z zasady już niepowtarzalne.

Dzisiejsi astronomowie mają codziennie do czynienia z obiektami, które w ich obserwacjach pojawiają się tylko raz. Nie są to jednak tylko same gwiazdy, ale też zjawiska z nimi powiązane.

Każde z nich ma jedną wspólną własność - powiązane z nim obiekty nie są zwykle obserwowalne, choć na pewno istnieją, a dopiero jakieś zdarzenie sprawia, że daje się je zaobserwować. Może to być np. silna eksplozja na powierzchni gwiazdy w Drodze Mlecznej, która czyni ją jaśniejszą niż tło, zapadnięcie się gwiazdy w odległej galaktyce i związana z tym supernowa, pozwalająca dostrzec tę gwiazdę, czy też tzw. szybki błysk radiowy (FRB), który obserwujemy w zakresie fal radiowych, a powiązany prawdopodobnie z takimi obiektami jak magnetary (gwiazdy neutronowe o bardzo silnym polu magnetycznym).

Supernowa w galaktyce NGC3190, widoczna jako biała kropka po jej prawej stronie. (fot: ESO)

Transienty mogą być zdarzeniami jednorazowymi i najczęściej tak należy je rozumieć, ale astronomowie obserwują również powtarzające się zjawiska powiązane z tym samym obiektem, które wciąż noszą znamiona transientu. Występowanie takich obserwacji pozwala nam, mimo ograniczonych możliwości obserwacyjnych, wejrzeć w głąb kosmosu dalej niż wydaje się to możliwym.

Choć - znikająca gwiazda - to brzmi intrygująco, a my nie wszystko jeszcze wiemy o kosmosie. To ostatnie jest na pewno prawdą.

Źródło: arXiv:2310.09035, inf. własna