Kosmiczna menażeria. Mikronowa, blazar i inne dziwadła. Czym tak naprawdę są?

Dziwadło to nawet zbyt dosadne określenie dla wielu z nich, dlatego nie będziemy używać już tego słowa w dalszej części tekstu. Bo gdy bliżej poznać naturę ciał niebieskich o dziwnie brzmiących nazwach, okażą się one całkiem normalnymi obiektami, które wciąż egzystują w ramach obowiązujących w naszym wszechświecie praw fizyki.

Ich nazwy wydają się nam niezrozumiałe tylko z tego powodu, że są to obiekty występujące powszechnie tylko w kosmosie, często tym bardzo dalekim, a często nawet tylko w hipotetycznej postaci. Ich nazwy nie są często przywoływane w mediach, a ich znajomość nawet dla naukowca (nie astronoma) nie zawsze jest obowiązkową. To trochę tak jak z językiem prawniczym czy medycznym, w którym stosuje się wiele określeń nie zrozumiałych dla laika, ale ułatwiających formułowanie dłuższych wypowiedzi.

Pan, jeden z miniksiężyców Saturna, zwany także księżycem pasterzem, gdyż wpływa na kształt pierścienia, na przykład oczyszczając go z materii na swojej orbicie

Ponieważ język polski nie jest językiem powszechnie używanym w astronomii, dlatego wiele takich określeń nie jest tłumaczonych z angielskiego, albo wręcz nie ma odpowiedników w naszym języku. Na przykład miniksiężyce, czyli księżyce o wyjątkowo małych rozmiarach, to po angielsku nie minimoons, a moonlets. Takich obiektów sporo znaleźć można np. wewnątrz pierścieni Saturna.

Część określeń bywa nadużywana. Tak jest w przypadku nazwy NASA, która co prawda nie ma związku z żadnym obiektem czy fenomenem kosmicznym, ale jest synonimem aktywności człowieka w kosmosie. Mówi się NASA to, NASA tamto, naukowcy z NASA itp. W praktyce NASA to tylko jedna z wielu kosmicznych agencji rządowych, istotnie z ogromnym budżetem wynoszącym dziesiątki miliardów dolarów rocznie, ale nie jedyna instytucja odpowiedzialna za odkrycia w kosmosie.

NASA, SpaceX, to chyba najbardziej rozpoznawalne nazwy firm (bo chyba nikt nie wątpi w to, że NASA też jest firmą) związanych z branżą kosmiczną

Dziś sukcesy SpaceX sprawiły, że i nazwa tej firmy pełni większą rolę niż jedynie określenie dla przedsiębiorstwa założonego przez Elona Muska.

Obiekty, których nazwy mają pochodzenie odprzymiotnikowe

Wiele nazw, w tym te stosowane już od bardzo dawna w nowoczesnej astronomii ma pochodzenie odprzymiotnikowe (czasem odrzeczownikowe). W ten sposób określony jest zarówno obiekt jak i opisana jego najbardziej typowa własność. Galaktyka spiralna to galaktyka o kształcie spirali, gwiazda zaćmieniowa podwójna to gwiazda podwójna, w której oba obiekty wzajemnie się przesłaniają.

Mniej trywialne są takie określenia jak układy kataklizmiczne, czyli pary gwiazd, w których dochodzi do transferu masy pomiędzy obiektami, a w efekcie do takich zjawisk jak wybuchy, które można porównać do kataklizmu w skali kosmicznej. Taki układ tworzą zwykle białe karły i zwykła gwiazda, czasem zaawansowana ewolucyjnie.

Wizualizacja układu kataklizmicznego w późnym stadium, w którym sąsiednia gwiazda została rozdarta przez grawitację czarnej dziury i utworzyła pierścień materii

Ale kataklizmiczny to określenie, które można stosować także do innych zjawisk, które mają charakter destrukcyjny, na przykład supernowych, czy par w których jednym z obiektów jest czarna dziura "pożerająca" sąsiadkę.

Gwiazdy kontaktowe to określenie dość łatwe do rozszyfrowania, choć niezwykłe w swojej naturze. To gwiazdy, które stykają się powierzchniami w okolicy punktu Lagrange’a L1 dla układu tych gwiazd. O punktach Lagrange’a i ich znaczeniu więcej przeczytacie w tekście o teleskopach kosmicznych. Takie gwiazdy nie tylko się stykają, ale czasem też mieszają materią.

Tak wyglądałyby gwiazdy kontaktowe, gdyby móc je sfotografować z bliska. Tutaj punkt L1 znajduje się pod powierzchnią styku obu obiektów, dlatego mieszanie materii jest zaawansowane

Gwiazda neutronowa to jak sugeruje nazwa, gwiazda zbudowana z neutronów, choć lepiej byłoby powiedzieć, że prawie wyłącznie z neutronów. Istnieją także gwiazdy kwarkowe, które z kolei są wypełnione materią kwarkowo-gluonową. Dla wyjaśnienia, kwarki to cząstki jeszcze mniejsze niż protony czy neutrony, które łączą oddziaływania przenoszone z kolei przez bezmasowe cząstki zwane gluonami.

Bolid, którego naturę bliżej poznać możecie w innym naszym tekście, to z kolei określenie dla bardzo szybkiego, jasnego i chwilowego zjawiska meteoru.

Określenia dla grup obiektów, które mają jednego protoplastę

To terminy często stosowane w stosunku do klasycznych już obiektów, na przykład asteroid czy gwiazd, ale o konkretnych cechach. Mogą one wynikać z ich lokalizacji, wewnętrznej budowy czy zachowania. Ponieważ przedstawienie kompletnej charakterystyki obiektu, która pozwoliłaby przypisać go do konkretnej grupy, mogłoby zająć zbyt wiele czasu, astronomowie stosują nazwy biorące się od nazwy pierwszego szeroko znanego wśrod astronomów obiektu danego typu.

I tak określenie Cefeidy wyewoluowało od określenia dla pierwszej gwiazdy zachowującej się w dany sposób, czyli Delta Cefei w gwiazdozbiorze Cefeusza. Dokładniej rzecz ujmując Cefeidy to gwiazdy olbrzymy i nadolbrzymy (czyli o bardzo dużych rozmiarach), pulsujące, które zmieniają swój rozmiar niczym balon raz po raz nadmuchiwany i opróżniany z powietrza. Zmiana rozmiaru prowadzi do zmiany jasności. Relacja jasność gwiazdy okres tych zmian jest astronomom dobrze znana i wykorzystywana do pomiarów odległości. To właśnie obserwacje Cefeid w innych galaktykach (kiedyś uważanych za mgławice w Drodze Mlecznej) pomogły Edwinowi Hubble dojść do wniosku, że nasz Wszechświat jest ogromny.

Charakterystyczny sposób zmian jasności gwiazdy typu Cefeida. W tym przypadku obiektu z galaktyki w Andromedzie, który zmienia jasność z okresem około 31 dni

Inne nazwy, które już zapewne słyszeliście to Trojańczycy. To asteroidy na orbicie planety, które poruszają się w pewnej odległości przed nią lub za nią. Więcej o Trojańczykach dowiecie się z tego tekstu. Na tym się nie kończy, w Układzie Słonecznym mamy Ateńczyków, Centaurów, Apollów. Są też obiekty transneptunowe, czyli o średnich odległościach od Słońca większych niż Neptun. Zalicza się do nich Pluton.

Nawet księżyc, to określenie dla naturalnych satelitów planet, które wyewoluowało z nazwy Księżyc, jaką dawno temu nadaliśmy naszemu naturalnemu satelicie. Określenie potoczne, ale już zadomowione w astronomii.

Księżyce w Układzie Słonecznym. I to tylko te większe. Dla porównania rozmiarów Ziemia

Lecz nie w każdym języku. Bo o ile po angielsku Moon to Księżyc, a moon to księżyc, to w języku ukraińskim Księżyc określany jest mianem Miesiąca (Мі́сяць) a inne księżyce to po prostu satelity (cупутник). Co ciekawe, w starej polszczyźnie Miesiąc był synonimem nazwy Księżyc.

Wiele nazw bierze swój początek od nazw obiektów powiązanych z gwiazdozbiorami podobnie jak wspomniane wcześniej Cefeidy. I tak gwiazdy typu T Tauri to gwiazdy zmienne (o zmieniającej się jasności w skali krótszej niż czas obserwacji), które są na początkowej fazie swojej ewolucji i mają mniej niż 10 milionów lat.

Galeria dysków protoplanetarnych, które towarzyszą często nowo powstałym gwiazdom typu T Tauri

Algol to synonim dla klasycznych gwiazd podwójnych, których natura objawia się zaćmieniami. Podobnie jak w przypadku planet pozasłonecznych, jednakże ze względu na masywność obu obiektów, widocznych bez większego problemu przez astronomów jeszcze w czasach, gdy obserwacje prowadzono gołym okiem. Algol to druga co do jasności gwiazda w konstelacji Perseusza (beta Persei). Zmiany jego jasności (o 1,3 magnitudo) co 2,86 doby można zauważyć nawet gołym okiem.

Takie podwójne gwiazdy zaćmieniowe to w praktyce dwa obiekty. Jeśli można je zauważyć wizualnie, na zdjęciach, to mamy układ wizualnie podwójny. Jednak często podwójność układu można wywnioskować jedynie ze zmian krzywej blasku, gdyż na zdjęciach oba obiekty są widoczne jako jeden.

Przykładowe krzywe blasku, czyli wykres rejestrowanych jasności, dla różnego typu gwiazd zaćmieniowych. Jej kształt może zależeć od tego jak blisko siebie znajdują się dwie gwiazdy, jak duża jest różnica ich rozmiarów, a także tego jak układ jest zorientowany względem obserwatora

Czasem daną kategorię się zawęża, by dokładniej wskazać na konkretne cechy. I tak gwiazdy typu W Virginis to szczególna klasa Cefeid. Z kolei RCr Borealis to klasa gwiazd zaawansowanych wiekiem, o nieregularnych zmianach blasku związanych z ich wybuchową naturą, czyli etapami, gdy tracą lub wzbogacają się o sporą ilość materii. Takich określeń jest wiele, czasem astronomowie tworzą je samodzielnie na potrzeby własnych projektów i nie są one ogólnie uznane przez Unię Astronomiczną.

Mikronowa

W przeciwieństwie do innych przytaczanych tu określeń, mikronowa to niedawno ukuty termin. Dotyczy on zjawiska eksplozji materii (czyli rozpoczęcia fuzji wodorowej), która gromadzi się na powierzchni białego karła, podobnego jak zjawisko nowej, jednak zachodzącego w mikroskali. Mikro z perspektywy kosmicznej, bo milion razy słabszego niż eksplozja nowej. Lecz dla nas nawet taki lokalny wybuch na powierzchni białego karła byłby niczym wybuch wielu bomb termojądrowych.

Przykład układu podwójnego, w którym przepływ materii na powierzchnię białego karła może doprowadzić do zjawiska mikronowej

Różnica pomiędzy nową, a mikronową polega właśnie na skali wybuchu. W przypadku nowej materia zasysania przez białego karła z sąsiadującej gwiazdy gromadzi się w dysku akrecyjnym i co pewien opada na powierzchnię całego karła, gdzie dochodzi do rozpoczęcia fuzji. Tymczasem mikronowa to zjawisko zachodzące lokalnie w jednym miejscu, związane z silnym polem magnetycznym takiego białego karła, które kieruje materię w jedno konkretne miejsce.

Blazar

Ta nazwa, to przykład jak zmienną jest natura danych obiektów, tylko dlatego, że obserwujemy je z różnej perspektywy, czy też pewien ich element odpowiada za większość obserwowanego promieniowania. I tak blazar to galaktyka aktywna (w jej centrum znajduje się czarna dziura wykazująca aktywność, możliwą do zarejestrowania z Ziemi), w której powstają przeciwległe relatywistyczne dżety (wiązka zjonizowanej materii wyrzuconej z prędkościami bliskimi prędkości światła). Jeden z dżetów skierowany jest prawie w stronę obserwatora.

To właśnie promieniowanie pochodzące z tego dżetu jest tym co stanowi najważniejszy składnik obserwowanego sygnału przez teleskopy na Ziemi. Jest to promieniowanie nietermiczne (nie związane z ruchem termicznym cząstek materii) zawierające szeroki zakres długości fal, zarówno radiowe jak i wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Poszczególne blazary mogą wyróżniać się różnym rozkładem widma, w którym zasięg promieniowania krótkofalowego (czyli wysokoenergetycznego) bywa odmienny. Dlatego też wyróżniane są podklasy takich obiektów, określane podobnie jak określa się różnego typu gwiazdy zmienne.

Maser

Maser to urządzenie, które działa podobnie jak laser, ale zamiast wymuszonej emisji i wzmocnienia promieniowania widzialnego lub podczerwonego, mamy tu do czynienia z zakresem mikrofalowym. Stąd też taka nazwa. Masery budowane są w ziemskich laboratoriach, ale w przeciwieństwie do laserów występują też w naturze. I mają też różny czynnik roboczy, w którym wymusza się emisję promieniowania, gdyż emisja maserowa może powstawać w atmosferach gwiazd, ale także planet lub obłokach molekularnych. Może to być na przykład woda lub grupy hydroksylowe (OH).

Galaktyka MCG+01-38-005 (dolna) skrywa w sobie naturalny megamaser wodny

Masery kosmiczne mogą mieć różną moc, dlatego stosuje się czasem dla nich przedrostki kilo, mega, a nawet giga. Dla przykładu megamaser to maser, który jest 100 milionów razy mocniejszy niż przeciętne masery obserwowane w Drodze Mlecznej. Megamasery mogą być obserwowane z bardzo daleka. Odkrycie najdalszego z nich, megamasera hydroksylowego, w galaktyce odległej o 5 miliardów lat świetlnych ogłoszono w kwietniu 2022 roku.

Gwiazda kwarkowa (lub preonowa)

Zwykle gwiazdę, niezależnie od jej wieku, kojarzymy z mniej lub bardziej masywnym, większym bądź mniejszym, skupiskiem materii, którą stanowi wodór, hel i czasem też masywniejsze pierwiastki. Jednym z końcowych etapów ewolucji gwiazd masywnych są gwiazdy neutronowe, które tworzy materia bogata w neutrony. Samo jądro takiej gwiazdy składa się wyłącznie z neutronów, na zewnątrz i w skorupie mamy jeszcze protony i elektrony. Inaczej rzecz ujmując gwiazda neutronowa to takie gigantyczne (o średnicy ok. 20 km) jądro atomowe.

Obejrzyj w

W jego wnętrzu dzieją się różne dziwne rzeczy. Nie wszystkie jeszcze dobrze rozumiemy, dlatego istnieją hipotezy, że pomiędzy gwiazdą neutronową, a czarną dziurą, która powstaje, gdy masa zapadającej się gwiazdy jest jeszcze większa niż masa potrzebna do powstania gwiazdy neutronowej, istnieją pośrednie fazy egzystencji materii. Może to być gwiazda kwarkowa, w której wnętrzu zamiast neutrony, protony, są rozbite na kwarki i gluony. Co ciekawe, taką gwiazdę trzymać może „w kupie“ samo silne oddziaływanie jądrowe, dlatego zanik grawitacji jako jednego z oddziaływań fundamentalnych (gdyby tak się zdarzyło) nie spowodowałby ich rozpadnięcia się.

Na gwiazdach kwarkowych nie kończą się pomysły naukowców. Inne teoria zakłada, że i kwarki można podzielić na mniejsze cząstki. Zwane preonami, stanowiłyby także budulec leptonów (w tym elektronów). Mogłyby z nich powstawać gwiazdy preonowe. Fizycy widzą szanse istnienia także dla gwiazd utworzonych z innych rodzajów egzotycznej materii. Nawet takie pomysły jak gwiazdy puste w środku i to w dosłownym tego słowa znaczeniu, czyli takie, w których wnętrzu nie ma nic, nawet czasoprzestrzeni, zagościły w głowach teoretyków astronomów.

MACHO i WIMP

Te dwa określenia zostały spopularyzowane pod w drugiej połowie XX wieku, gdy zaczęliśmy na dobre zastanawiać się, gdzie podziała się brakująca materia we Wszechświecie. Dziś mówimy o ciemnej materii, a także ciemnej energii, która pozwala domknąć równania opisujące ewolucję przestrzeni.

MACHO to skrót od określenia masywny astrofizyczny zwarty obiekt halo. Takie obiekty nie emitują światła, ani innego promieniowania, albo jest jego tak mało, że nie dajemy rady wykryć go za pomocą teleskopów i radioteleskopów. Za to MACHO wywierają grawitacyjny wpływ na promieniowanie przemierzające kosmos, co objawia się zjawiskami mikrosoczewkowania. To coś podobnego do soczewkowania, ale w mniejszej skali, galaktycznej.

Tu może być gdzieś MACHO, albo i WIMP

Początkowo wydawało się, że odpowiednie zagęszczenie obiektów MACHO w galaktycznych otoczkach (stąd Halo w nazwie) wystarczy, by wyjaśnić problem brakującej masy. Obserwacje nie potwierdziły tego, choć MACHO w postaci czarnych dziur, bardzo słabych gwiazd, swobodnych planet, jak najbardziej może istnieć i dokładać się do ogólnej masy.

WIMPy to z kolei słabo oddziałujące masywne cząstki. Co najmniej kilkanaście razy masywniejsze niż protony. Zdolne do wpływania na nasze otoczenie jedynie w wyniku oddziaływania grawitacyjnego lub słabego. Znane już od kilkudziesięciu lat, ale wciąż traktowane jako obiekt hipotetyczny, którego poszukiwania trwają. Między innymi w akceleratorze LHC w CERN. WIMPów nie należy mylić z takimi cząstkami jak neutrina, które też mogą mieć masę i bardzo obficie występują w kosmosie oraz oddziałują w podobny sposób co WIMPy. Jednak te ostatnie to zimne powolne cząstki, natomiast neutrina rozpędzone do prędkości bliskich prędkości światła to przykład gorącej ciemnej materii.

Globule Boka

Są to niejako kosmiczne tłumoczki, w których wnętrzu rodzą lub urodziły się gwiazdy. Globule Boka, gęste i stosunkowo niewielkie (rozmiar rzędu lat świetlnych), dla obserwatora wydają się ciemnymi mgławicami, które nie tylko blokują światło gwiazd leżących dalej, ale też których otoczka utrudnia dojrzenie tego co dzieje się w ich wnętrzu. Dlatego dopiero obserwacje w podczerwieni, która przenika pył gwiazdowy, pozwoliły potwierdzić ich naturę. 

Ostatnio tego typu obiekt, utożsamiany z mgławicą Barnard 68, obserwował teleskop Webb.

Błękitni Maruderzy

Są to gwiazdy, które niejako znalazły sposób na wydłużenie życia. Zwykle gwiazda podlega cyklowi ewolucyjnemu, w którym czas funkcjonowania jako normalna gwiazda, taka jak Słońce, zależy od jej masy. Im masywniejsza tym szybciej gwiazda przechodzi do fazy olbrzyma, podolbrzyma. Gwiazdy najmasywniejsze mają kolor niebieski, te o średniej masie zielony do żółtego, a najmniej masywne są czerwone. Logika sugeruje więc, że gwiazdy niebieskie na podstawowym etapie ewolucji są młode. A jednak Błękitni Maruderzy są starsi niż sugeruje to ich wygląd.

Błękitni maruderzy w gromadzie gwiazdowej NGC 6397. Wyróżniają się w oczywisty sposób

Najlepszym wytłumaczeniem jest wystąpienie w pewnym momencie sytuacji, w której taka gwiazda, już wiekowa, zapewniła sobie dodatkowe zapasy wodoru. W ten sposób stałaby się masywniejsza, gorętsza na powierzchni i niebieska, jednocześnie mając w metryce znacznie więcej lat niż identyczne masą niebieskie gwiazdy powstałe w tradycyjny sposób.

Transfer materii może być wynikiem złączenia się ze spotkaną w przestrzeni inną gwiazdą. Błękitny Maruder może też powstać w układzie podwójnym. Wtedy „podkrada” materię mniej masywnego sąsiada, który choć podobny wiekiem, z wyglądu jest tak stary jak sugeruje to jego metryka. Tymczasem Błękitny Maruder wciąż ma zapas „żywności” i może funkcjonować jako normalna gwiazda, oddalając w czasie moment przejścia do fazy olbrzyma.

Magnetar

Błękitni Maruderzy to gwiazdy, które oszukały na swój sposób „czas“, z kolei Magnetary to gwiazdy neutronowe, które oszukały „przeznaczenie“. Ich protoplastami są bowiem gwiazdy o masach kilkudziesięciu mas Słońca, co teoretycznie wskazuje na niechybną ewolucję w kierunku czarnej dziury.

Jednak magnetary istnieją i można je traktować jako najsilniejsze magnesy we wszechświecie. Ich pole magnetyczne jest rzędu 10 miliardów Tesli. Dla porównania, gwiazdy neutronowe o najmniejszej sile pola mają je mierzone w dziesiątkach tysięcy Tesli. Pole magnetyczne Słońca jest silnie zmienne, w okolicach plam, gdzie jest najsilniejsze, wynosi 0,4 Tesli. Ziemskie pole magnetyczne to od 25 do 65 mikroTesli.

Wizualizacja magnetara (fot: NASA Visualisation Studio)

Dla porównania najsilniejsze pole magnetyczne wytworzone w ziemskich laboratoriach nie przekroczyło 46 Tesli. Statyczne pole magnetyczne stosowane w diagnostyce medycznej to co najwyżej kilka Tesli (długa ekspozycja na pole 0,5 Tesli i mocniejsze jest traktowana jako szkodliwa dla zdrowia). Z kolei słuchawki, a dokładnie zawarte w nich magnesy wytwarzają pole mierzone w miliTeslach.

Magnetar powstaje prawdopodobnie w układach podwójnych, gdzie wzajemny przepływ materii związany z ewolucją prowadzi do znacznego przyśpieszenia rotacji powstającej gwiazdy neutronowej, a jednocześnie umożliwia zrzucenie przez gwiazdę protoplastę wystarczającej ilości materii, tak by to co pozostanie po wybuchu supernowej nie zapadło się do czarnej dziury.

Pozostaje magnetar, czyli gwiazda neutronowa, której pole magnetyczne wywołuje efekty kwantowe w otaczającej przestrzeni, a także umożliwia przeniesienie w ułamku sekundy energii porównywalnej z energią wyemitowaną przez Słońce w ciągu stu tysięcy lat. Magnetary sporą część energii emitują w postaci błysków promieniowania gamma oraz rentgenowskiego. Poniżej klip wideo pokazujący jak NASA zabierała się do obserwacji magnetara.

Obejrzyj w

Berster rentgenowski

To ponownie obiekt, w którym ważną rolę odgrywa gwiazda neutronowa. Jednakże tym razem jest ona częścią układu podwójnego, w którym drugi składnik to gwiazda przypominająca nasze Słońce. Podobnie jak w przypadku mikronowej gromadząca się materia na powierzchni gwiazdy neutronowej w pewnym momencie eksploduje, jednak w tym przypadku te zjawiska widoczne są w zakresie rentgenowskim promieniowania. I stąd nazwa berster rentgenowski.

Krzyż Einsteina (pierścienie Einsteina)

Nazwa tego kosmicznego obiektu ma związek z jego wyglądem, który faktycznie przypomina krzyż i ogólną teorią względności Einsteina, z której wynika zjawisko, odpowiedzialne za jego powstanie.

Przede wszystkim krzyż Einsteina nie jest obiektem fizycznym, to tylko wrażenie jakie odnosimy obserwując cztery pozorne obrazy znajdujące się wokół centralnego dla krzyża obiektu. Te obrazy to efekt soczewkowania grawitacyjnego (to zjawisko ogniskowania wiązki światła podobnie jak w układzie optycznym, ale z udziałem grawitacji jako czynnika zaginającego promieniowanie).

Nietypowy krzyż Einsteina utworzony przez cztery obrazy tej samej gwiazdy supernowej

Obiekt centralny to tak zwana soczewka grawitacyjna (niekoniecznie widoczna, za to bardzo masywna), czyli masa odpowiedzialna z powstanie tych pozornych obrazów. Ich wygląd ma związek z konkretną orientacją obiektu źródłowego i soczewki grawitacyjnej, które nie znajdują się idealnie w linii widzenia. Gdyby tak było, obserwowalibyśmy nie tyle krzyż, co pierścień Einsteina czyli kołowy rozciągnięty obraz wokół centralnie położonej soczewki grawitacyjnej.

Krzyż Einsteina to określenie historycznie związane z kwazarem Q2237+030, którego taki poczwórny obraz odkryto na niebie w 1984 roku. Soczewką grawitacyjną w tym przypadku jest galaktyka spiralna.

Galeria krzyży Einsteina w bazie obserwacji teleskopu kosmicznego Gaia

Pierścienie Einsteina lub rozciągnięte obrazy stanowiące fragmenty takich pierścieni z kolei często obserwowane są w kierunku gromad galaktyk. Taka gromada stanowi masę soczewkującą grawitacyjnie, a obiektami soczewkowanymi są na przykład położone znacznie dalej (zwykle dwa razy dalej) galaktyki. Ponieważ soczewkowanie jednocześnie wzmacnia sygnał, możemy dojrzeć w ten sposób galaktyki normalnie niedostrzegalne naszymi teleskopami.

Asocjacja gwiazdowa

Gromady gwiazdowe to miejsca, w których gwiazdy nie tylko się grupują w przestrzeni, ale mają również tę samą genezę. Najbardziej spektakularne są gromady kuliste, z milionami gwiazd silnie związanych grawitacyjnie. Gromady otwarte jak sugeruje nazwa to znacznie luźniejsze skupiska gwiazd, jednakże wciąż powiązanych grawitacyjnie. Zwykle występuje w nich kilkaset lub więcej gwiazd. Typowym przedstawicielem gromady otwartej są Plejady.

Gromada otwarta gwiazd Plejady licząca około tysiąca obiektów (14 z nich można dojrzeć gołym okiem) i gromada kulista Omega Centauri, w której znajduje się około 10 milionów gwiazd

Istnieją też skupiska gwiazd, które wydają się dzielić tę samą historię powstania, mają podobne własności, ale nie są związane grawitacyjnie, choć tworzące je obiekty poruszają się w podobnym kierunku w ruchu wokół centrum galaktyki. Rozmieszczone są czasem na przestrzeni kilkuset lat świetlnych. To są właśnie asocjacje gwiazdowe. W asocjacjach występują gwiazdy młode i bardzo młode.

Przyrostek dodawany do terminu asocjacja sugeruje typ gwiazd jakie go tworzą. Na przykład OB oznacza gwiazdy typu widmowego O i B. Tego typu obiekty są masywne, szybko ewoluują i są bardzo jasne już na podstawowym etapie istnienia.

Przykład asocjacji gwiazdowej w galaktyce Trójkąta, na zdjęciu widać jedynie niewielki fragment dysku tej galaktyki

Planetozymal

To określenie dla obiektu, który stanowi element budulcowy dla planet. Planetozymale niczym cegły są zaczątkami większych struktur w układach planetarnych. Powstają z połączenia się niewielkich drobin materii, skał, asteroid, z czasem rosną w rozmiarze (do około 1000 km) i w końcu łączą się tworząc protoplanety.

Takim planetozymalem składającym się ze zlepionych dwóch mniejszych fragmentów jest prawdopodobnie Arrokoth (wcześniej Ultima Thule), który odwiedziła w 2019 roku sonda New Horizons. Wiele obiektów z pasa planetoid pomiędzy Marsem i Jowiszem również można traktować w ten sposób.

Arrokoth o rozmiarach 30 x 20 x 10 km, przykład planetozymala

Składnikami planetozymali jest materia stała, w przypadku planet gazowych olbrzymów planetozymale tworzą protpoplanety, które stają się jądrami i zarodkami takich olbrzymów. Dopiero potem następuje akumulacja materii gazowej, która w pewnym momencie odpowiada za większość objętości takiej planety.

Ostatnio teoria tworzenia się planet, która zakłada występowanie w dyskach protoplanetarnych ogromnej liczby planetozymali, zyskała konkurenta, a raczej alternatywę. To zjawisko bezpośredniego grawitacyjnego zapadania się fragmentów dysku protoplanetarnego, co również prowadzi do powstania planety.

Włókno (i pustka)

Kosmologia to bardzo ciekawa nauka, nawet jeśli nie jesteście miłośnikami astronomii, a rozważania na tematy kosmologiczne to świetny trening dla umysłu. W skalach kosmologicznych, czyli skalach porównywalnych z rozmiarem Wszechświata, nie mówimy już o galaktykach, gromadach, czy nawet supergromadach galaktyk.

Gdy spojrzymy się niczym wszechmocna istota na cały Wszechświat obejmując go wzrokiem w całości, zamiast wszechobecnej pustki czasem tylko ubarwionej galaktykami ujrzymy strukturę przypominającą piankę. W niej pomiędzy pustkami znajdują się skupiska galaktyk, które w tak dużej skali tworzą coś co przypomina włókna.

Struktura Wszechświata, według symulacji, gdy miał 551 milionów lat (fot: NASA Visualisation Studio)

Włókna mają rozmiary rzędu setek milionów lat świetlnych. Są tak duże, że przy ich opisie częściej stosuje się jednostkę parsek (1 parsek to 3,26 roku świetlnego), a dokładniej jego wielokrotność megaparsek. W małej skali włókna wydawać się bardzo puste, ale z perspektywy całego Wszechświata, a przynajmniej jego dużego fragmentu, włókno stanowi obszar, który dzieli pustki, faktycznie pozbawione jakichkolwiek galaktyk.

Co ciekawe wraz z upływem czasu od powstania Wszechświata, materia tworząca włókna coraz bardziej się zapada, w efekcie prowadząc do powiększania się pustek i zwiększania gęstości włókien. Przykładem takiej koncentracji materii jest tzw. Wielka Ściana, odległa o 100 megaparseków od Drogi Mlecznej, jedna z największych nam znanych struktur kosmicznych.

Taką ewolucję kosmosu można sobie wyobrazić jak efekt, który widzimy po wpuszczeniu kilku kropel rozpuszczalnika do pianki. Struktura wszechświata z czasem staje się więc coraz bardziej porowata, choć zachowuje ogólną jednorodność.

Wielki Atraktor i Wielka Pustka

Czy jesteśmy w stanie zobaczyć cały Wszechświat? Przy obecnych możliwościach obserwacyjnych jest to niemożliwe, a nawet może być niemożliwe ze względu na prawa fizyki, ale nie tylko technologia czy te prawa są przeszkodą. Łatwo nam bowiem spojrzeć daleko w przestrzeń ponad dyskiem Galaktyki i poniżej. Jednak kierunek ku środkowi Drogi Mlecznej i w płaszczyźnie dysku galaktycznego, utrudnia obserwacje tego co jest położone dalej. Nie tylko po drugiej stronie centrum Galaktyki, nie tylko w jej okolicach, ale także w tym odległym wszechświecie, w którym przestrzeń zapełniają włókna i pustki.

Wielki Atraktor zaznaczony na diagramie (niebieska długa strzałka), który pokazuje także rozkład galaktyk i ich gromad na sferze niebieskiej wokół Drogi Mlecznej

To właśnie w tym kierunku znajduje się Wielki Atraktor, czyli skupisko materii w skali międzygalaktycznej, które stanowi odstępstwo od spodziewanego rozkładu materii. Nadmiarowa koncentracja materii, której obecność wnioskuje się z obserwacji ruchu położonych w jej kierunku galaktyk, jest miliony razy masywniejsza niż Droga Mleczna. Istnienie Wielkiego Atraktora jest dyskusyjne, ze względu na bardzo duże trudności obserwacyjne, jednakże w ostatnich latach udało się zidentyfikować supergromadę galaktyk zwaną Vela, której położenie wiąże się z położeniem Wielkiego Atraktora.

Zdjęcie kosmosu wykonane w kierunku, w którym miałby znajdowac się Wielki Atraktor

Wielka Pustka to z kolei wyjątkowo duży obszar, o średnicy ponad miliarda lat świetlnych, w którym gęstość materii w postaci galaktyk jest wyjątkowo mała. I dowód na to, że nawet pustka w kosmosie nie musi być do końca pusta. Bowiem również w Wielkiej Pustce znajdziemy galaktyki, tylko niewiele.

I jeszcze kilka określeń, dla miejsc i momentów w historii Wszechświata, które miłosnik astronomii powinien znać

Zacznijmy od pojęcia rejonizacja, a raczej era rejonizacji. Wbrew pozorom nie ma ono nic wspólnego z NFZ, ZUSem czy medycyną, a w astronomii jest określeniem dla trwającego od 150 do 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu okresu, w którym materia została ponownie zjonizowana przez światło pierwszych gwiazd. Jej przebieg wizualizuje poniższe wideo (niebieski kolor to rozszerzające się obszary zjonizowanej materii).

Obejrzyj w

Ponownie, bo tuż po Wielkim Wybuchu materia była zjonizowana, czyli jądra atomowe były pozbawione elektronów, ale zanim pierwsze gwiazdy rozświetliły niebo, wszechświat zdążył ostygnąć i swobodne elektrony i protony połączyły się ponownie tworząc atomy wodoru. Najdalsza znana nam galaktyka HD1 powstała w trakcie ery rejonizacji.

Linia Karmana to doskonale znany termin miłośnikom lotów kosmicznych. Tak określamy miejsce w odległości 100 km od powierzchni Ziemi, którego przekroczenie uznaje się za osiągnięcie przestrzeni kosmicznej. To umowne określenie, nie w każdym kraju respektowane, ma wyróżnić miejsce, powyżej którego tradycyjna awiacja nie jest możliwa. Tę granicę przekraczają wszystkie pojazdy latające do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, ale chwilowo także pojazdy New Shepard, którymi Blue Origin zabiera turystów w kilkuminutową podróż w kosmos. Loty kosmicznymi samolotami Virgin Galactic nie osiągnęły dotychczas tej granicy, ale przekroczyły pułap 80 km, który z kolei w USA traktowany jest podobnie.

Pasażerowie lotu Blue Origin w trakcie krótkiego pobytu poza linią Karmana (fot: Blue Origin)

Basen uderzeniowy, to inaczej bardzo duża struktura w porównaniu z największymi wyróżnialnymi na powierzchni danego ciała niebieskiego kraterami. Miejsce, gdzie kiedyś miało miejsce uderzenie ogromnego obiektu, ale którego natura przypominająca krater została zatarta przez czas. Najbardziej znanym miejscem w Układzie Słonecznym jest Basen uderzeniowy Aitken - Biegun Południowy na Księzycu. Jedna z najnowszych teorii zakłada, że to pozostałość po kataklizmie, który odpowiada za odmienny wygląd widocznej z Ziemi i tej niewidocznej półkuli Księżyca. Największym z kolei basenem uderzeniowym jest Utopia Planitia na Marsie, gdzie lądował Viking 2, a niedawno łazik Zhurong.

Basen uderzeniowy Aitken - Biegun Południowy na Księżycu. Jego środek zaznaczony literką X (fot: NASA)

Równanie czasu to określenie dla formuły, której znajomość nie będzie nam szczególnie przydatna, ale określenie, którego warto nie mylić np. z podróżami w czasie. Równanie czasu pozwala określić astronomom w jakim stopniu ruch Ziemi wokół Słońca po wyimaginowanej uśrednionej kołowej orbicie różni się w danym momencie od rzeczywistego ruchu po orbicie eliptycznej. O co w tym wszystkim chodzi dowiecie się w kolejnego tekstu o mierzeniu czasu.

Foto: NASA, ESO, ESA