Jeziora pozornie są takie cudowne,
gdy lekka przykrywa je falka,
jedynie na niby są takie spokojne:
w ich głębi śmiertelna wre walka.
[…]
Tam szczupak bandyta poluje na lina
i okoń się czai na żabę!
Sandacz na płotkę swój parol zagina,
węgorz się wpija w doradę.
[…]
Jan Kaczmarek, „Jezioro”

Wielce Szanowni Państwo!

Któż z nas nie lubi spojrzeć w rozgwieżdżone niebo? Jednakże ten romantyczny obraz skrywa brutalne, iście tytaniczne zmagania. Oto grawitacja nieustannie miażdży gwiazdy, a energia uwolniona podczas zachodzącej w ich jądrach fuzji jądrowej stara się je rozerwać. To istne balansowanie na ostrzu szpilki. Jednakże nadchodzi dzień, w którym gwiazda zużyje zapas paliwa i grawitacja przeważa. Co wówczas? Te najmasywniejsze kończą w gargantuicznych eksplozjach przewyższających blask całej galaktyki! Zwiemy je supernowymi, a pozostałością po nich są gwiazdy neutronowe i czarne dziury — o czym mieliśmy już zaszczyt Państwu donosić. Jednakże 97% gwiazd, w tym naszemu Słońcu, pisany jest zgoła inny los.

Przez większą część życia gwiazdy „spalają” wodór syntetyzując z niego hel. Gdy go zabraknie, reakcje jądrowe ustają i zwycięża grawitacja. Jądro zaczyna się zapadać, natomiast wewnętrzne ciśnienie i temperatura rosną (tak wynika z praw fizyki – energia potencjalna zamienia się w kinetyczną, a jej miarą jest temperatura). Kiedy osiągnie ona około 100 milionów Kelwinów, w jądrze rozpoczyna się przekształcanie helu w węgiel i tlen. Niezwykle gorące jądro „zapala” też reakcję fuzji wodoru w przylegającym do niego gazie, co niesamowicie rozdyma zewnętrzne powłoki gwiazdy. Średnica naszego Słońca wzrośnie z obecnych 1,5 miliona do 300 milionów kilometrów i sięgnie orbity Ziemi. A kiedy w jądrze wypali się również hel, gwiazda przejdzie na emeryturę. Ma zbyt małą masę, by nadal się zapadać i uruchamiać kolejne etapy syntezy jądrowej. Rozdęta atmosfera z czasem się rozwieje (zdmuchnięta wiatrem słonecznym) i pozostanie z niej tylko biały karzeł. To w zasadzie jądro gwiazdy o temperaturze powierzchniowej rzędu 100 000 K (Słońce ma zaledwie 5 000 K), o średnicy Ziemi i mające zwykle 0,5 – 1,3 masy Słońca. Łyżka takiej materii na Ziemi ważyłaby kilka ton. Jak to w ogóle możliwe, że taki dziwoląg jest stabilny? Dzięki elektronom i mechanice kwantowej! Po pierwsze: niezwykle wysoka temperatura powoduje, że atomy zostają całkowicie odarte z elektronów. Biały karzeł składa się zatem z jąder atomów oraz „gazu elektronowego”. Taki stan zwie się materią zdegenerowaną. Po drugie: w owym gazie obowiązuje następne dziwactwo zwane zakazem Pauliego [1]. Mówi on, że w układzie dwa fermiony (a elektrony są fermionami) nie mogą zajmować tych samych stanów kwantowych. A za sprawą olbrzymiej gęstości białego karła elektrony muszą konkurować o dostępne stany kwantowe. W efekcie pojawia się dodatkowa siła, zwana ciśnieniem zdegenerowanych elektronów, zapobiegająca zapadaniu gwiazdy. Jednakże ma ona swoje ograniczenia. Maksymalna masa białego karła, często zwana masą Chandrasekhara [2], wynosi około 1,44 masy Słońca. Po jej przekroczeniu kolaps jest nieuchronny. Białe karły czeka w zasadzie smętna egzystencja. Są niczym zombie. Niby świecą, ale pozbawione źródła energii powoluteńku gasną, by po jakichś 100 miliardach lat przekształcić się w czarne karły. Hipotetyczne, bo ze względu na potrzebny czas (Wszechświat ma około 14 miliardów lat), w naturze jeszcze nie występują. Słowem: nuda i beznadzieja. No, chyba że… w pobliżu białego karła znajduje się inna gwiazda.

Wbrew pozorom to jest całkiem prawdopodobne. Ponad połowa obserwowanych gwiazd występuje w układach wielokrotnych! Ot, najbliższa nam Alfa Centauri jest gwiazdą podwójną, do tego obieganą przez trzecią — Proximę Centauri. Taki Mizar, leżący w załamaniu dyszla Wielkiego Wozu, to układ poczwórny złożony z dwu obiegających się gwiazd podwójnych. Natomiast Syriusz, najjaśniejsza gwiazda nieboskłonu, to w rzeczywistości układ podwójny, w dodatku z białym karłem.

Kiedy towarzysz białego karła wejdzie w stadium rozdętego czerwonego olbrzyma i jest dostatecznie blisko, nasz zombiak przeobraża się w wampira bezwzględnie wysysającego materię z nieszczęśnika. Dalszy rozwój wypadków zależy od tempa akrecji. Jeżeli zachodzi ona powoli, to w gazie odłożonym na powierzchni białego karła może dojść do zapłonu reakcji jądrowych i eksplozji. Efektem jest rozbłysk zwany gwiazdą nową. Nie niszczy on wszak białego karła, zatem zjawisko może się powtarzać. Ot, zupełnie jakby wampir puszczał do nas oko. Co innego, gdy pasie się zbyt szybko, by zaistniały warunki do eksplozji nowej. Kiedy zostanie przekroczona masa Chandrasekhara następuje kolaps i wybuch supernowej typu Ia [3]. A trzeba jasno powiedzieć, że supernowe typu Ia to święty Graal astronomii. Dlaczego? Po pierwsze: są powszechne, występują we wszystkich rodzajach galaktyk. Po drugie: są częste, w galaktyce pojawiają się średnio co 100 lat. Przy setkach miliardów galaktyk nie brakuje materiału obserwacyjnego. Po trzecie i najważniejsze: eksplodujące gwiazdy mają taki sam skład i taką samą masę. Ergo: uwalniana jest taka sama energia. Zatem, mierząc blask supernowej Ia, można obliczyć jej bezwzględną odległość! Stosowny wzór podał zresztą sam Chandrasekhar. Oczywiście wymaga to „kalibracji”, odniesienia do jasności supernowych Ia, których odległość ustalono innymi metodami, ale to już kuchnia. Myślę, że gdyby astronomowie unisono zakrzyknęli „hurra!” na ich cześć, to zarejestrowałyby to sejsmometry na całym globie. To właśnie supernowe typu Ia legły u podstaw projektu pomiaru tempa rozszerzania Wszechświata. Ku ogólnej konsternacji okazało się, że ono nie zwalnia, a przyspiesza! A autorzy otrzymali nagrodę Nobla. Jednak ostatnio pojawił się mały zgrzyt. Otóż inny zespół dociekliwych astronomów postanowił przyjrzeć się temu, co zostało z czerwonych olbrzymów, będących „karmicielami” w owym noblowskim projekcie. I okazało się, znów ku wielkiej konsternacji, że znaleziono je zaledwie w 10% przypadków. Gwiazdy są bardzo trwałe i nawet wybuch pobliskiej supernowej nie może ich unicestwić. Wysunięto więc hipotezę, że supernowe Ia powstają raczej wskutek zderzenia dwu białych karłów. A że jest skrajnie mało prawdopodobne, by suma ich mas była dokładnie równa masie Chandrasekhara, to supernowe Ia nie nadają się do pomiarów odległości w Uniwersum. I tak spora część kosmologii może trafić do kosza, a dociekliwi astronomowie dostaną Nobla. Oczywiście, jeżeli ich hipoteza się potwierdzi.

Tak, tak Moiściewy! Dążenie do prawdy i kwestionowanie paradygmatów jest obowiązkiem każdego uczonego, a ich obalenie honoruje się najwyższymi nagrodami. Zupełnie inaczej niż w polityce, czy religii. Tu za to samo może grozić ostracyzm, ekskomunika, więzienie, auto da fé, kula w łeb, czy co tam jeszcze… Dlatego zdecydowanie wolę metodę naukową.

Jak zwykle pozdrawiam Państwa skrupulatnie i metodycznie.
Z.M.