Giganty i karły - uczeni szukają największych i najmniejszych gwiazd

Piotr Cieśliński 2005.03.29, ostatnia aktualizacja 2005.03.28 14:51 Gazeta Wyborcza

Najcięższe gwiazdy ważą 150 razy więcej niż Słońce, najmniejsze są rozmiaru dużej planety. Astronomowie ostatnio ustanowili dwa gwiezdne rekordy Guinnessa

Najwięcej w kosmosie jest gwiazd przeciętnych - słabiej świecących i lżejszych od Słońca, tzw. czerwonych karłów. W zdecydowanej mniejszości są kolosy o masie kilka, kilkanaście razy większej niż Słońce, a bardzo rzadko (ledwie jedna na tysiąc) zdarzają się gwiazdy, które ważą ponad 20 razy więcej.

I nic dziwnego. Te olbrzymy świecą wprawdzie bardzo jasno, ale za to krótko. Wypalają się najwyżej w kilka milionów lat, a potem giną w eksplozji supernowej. Są niczym przelotny i krótki błysk płonącej zapałki w porównaniu z gwiazdami takimi jak Słońce, które świecą niezmiennie przez wiele miliardów lat.

Siewcy życiodajnych atomów

To dlatego tak trudno jest trafić w naszej Galaktyce na superciężkie gwiazdy i je badać. A szkoda, bo właśnie dzięki nim istnieje życie. W ich wnętrzach z lekkiego wodoru, helu i litu - jedynych pierwiastków stworzonych u zarania Wszechświata, w tyglu Wielkiego Wybuchu - powstają cięższe atomy, m.in.: węgiel, tlen, krzem, siarka, żelazo.

Następująca wkrótce potem eksplozja supernowej, w której na okrasę rodzą się jeszcze cięższe pierwiastki, jak miedź, złoto, ołów, rozsiewa całe to bogactwo materii po kosmosie. Gdyby nie było ciężkich gwiazd, nie mielibyśmy ani skalistych globów takich jak Ziemia, ani życia.

Jedną z tajemnic tych "życiodajnych" gwiazd była maksymalna masa, do jakiej mogą urosnąć. Z teoretycznych rozważań wynikało, że giganty nie powinny tyć bez końca. Nawet jeśliby wszystko temu tyciu sprzyjało, tj. formowałyby się w wielkim i gęstym obłoku, z którego mogłyby bez ograniczeń czerpać wodór i hel.

Kiedy bowiem gwiezdny zarodek osiągnie graniczną masę, w przybliżeniu 75 razy większą od masy Jowisza, w jego środku rozpoczynają się reakcje syntezy jądrowej, a wtedy promieniowanie wydobywające się na zewnątrz zaczyna rozpraszać materię, która nieustannie spada na gwiazdę. Po pewnym czasie staje się ono na tyle duże, że przewyższa siłę ciążenia - i nie dopuszcza do formującej się gwiazdy ani grama więcej materii. Gwiazda przytyć już nie może, zwłaszcza że im staje się większa, tym bardziej jest rozchwiana i niestabilna za sprawą kotłującej się w niej plazmy.

Jedna taka jak 130 słońc

Ile więc można utyć na gwiezdnej diecie? Warunki panujące w gwieździe są tak ekstremalne, a zachowanie gorącej plazmy tak burzliwe, że rachunki i symulacje komputerowe dawały wielce niepewne i różniące się rezultaty. Do tej pory teorie sugerowały, że największe gwiazdy mają masy 500-1000 razy większe niż Słońce. Jak się jednak okazuje - grubo przesadzały.

Donald Figer z Instytutu Teleskopu Kosmicznego w Baltimore (USA) w jednym z ostatnich "Nature" dowodzi, powołując się na obserwacje teleskopu Hubble'a, że najtęższe gwiazdy nie ważą więcej niż 150 słońc.

Figer szukał gwiezdnych grubasów prawie w samym centrum naszej Galaktyki, 25 tys. lat świetlnych od Ziemi, gdzie znajduje się gromada Arches (Łuki). Jest to najgęstsze ze znanych skupisk młodych gwiazd w Drodze Mlecznej. W obszarze o promieniu jednego roku świetlnego może się tam tłoczyć nawet sto bardzo masywnych i setki trochę mniejszych gwiazd.

- Według standardowych teorii powinienem tam znaleźć od 20 do 30 gwiazd o masie większej niż 150 mas Słońca. Z wielkim zdziwieniem jednak odkryłem, że w tej gromadzie nie ma ani jednej tak masywej gwiazdy - mówi.

Może te największe zdążyły się wypalić? - To niemożliwe, bo gromada jest bardzo młoda, liczy około 2 mln lat - argumentuje uczony. Poza tym nie ma ani śladu mgławic, które zwykle tworzą się ze szczątków wypalonych gwiazd. Wszystko wskazuje więc na to, że po prostu cięższe gwiazdy w kosmosie nie powstają - stwierdza uczony.

Niektórzy badacze są jednak nieco bardziej ostrożni w formułowaniu konkluzji. Pavel Kroupa z uniwersytetu w Bonn komentuje w "Nature" odkrycia swego amerykańskiego kolegi: - Istnieje niewielkie prawdopodobieństwo, że te największe gwiazdy nie eksplodują jak supernowe, lecz po krótkim życiu zapadają się w czarnej dziurze. I dlatego Figer ich nie zobaczył

Gwiazdowi pigmeje

Nie mniej emocjonujące są łowy na najmniejsze z gwiazd. Szwajcarscy astronomowie pod kierunkiem Frederica Ponta z Obserwatorium Genewskiego poinformowali w tym miesiącu o odkryciu karła, którego średnica jest o zaledwie 16 proc. większa od średnicy Jowisza. Na pierwszy rzut oka ten mikrus jest nie do odróżnienia od planety. Przynależność do rodziny gwiazd zdradza jego pokaźna masa - 96 razy większa niż masa planety. Wystarczająca, by we wnętrzu doszło do zapłonu reakcji termojądrowych.

Tego karła, oznaczonego jako OGLE-TR-122b, pomógł wyśledzić zespół prof. Andrzeja Udalskiego z Obserwatorium Uniwersytetu Warszawskiego. Polacy przed laty rozpoczęli pionierski program, dysponując tylko niewielkim teleskopem w Chile i podłączoną do niego cyfrową kamerą. Monitorują jasność milionów gwiazd i poszukują takich, których blask zmienia się nagle, co może wskazywać na to, że chwilowo zasłonił je jakiś ciemny obiekt. Jeśli zaćmienia zdarzają się regularnie i są niewielkie, ich źródłem może być planeta okrążająca gwiazdę.

Do tej pory Polacy wytypowali blisko 200 takich gwiazd, wokół których krąży coś ciemnego. Ale co? Żeby to sprawdzić, trzeba było skierować tam najsilniejsze ziemskie teleskopy. W pięciu przypadkach potwierdziło się, że sprawcą zaćmień są rzeczywiście planety, w innych okazało się, że to niewielkie, ciemne gwiazdy. W ten właśnie sposób Szwajcarzy natrafili na swoją rekordowo małą gwiazdkę.