0. Wstępnie - coś powiem.
Na wstępie wprowadzę w arkana mojej działalności. Obecnie pracuje pełną parą, niczym pneumatyczny pociąg, MagLev, mknę w kierunku Gwiazd Ciemnych. Ciemno, choć oko wykol, a ja wiszę nad przepaścią i zbieram dane. Co tam widać? Niewiele. Ale jeśli skorzystać z Tego, co się Ma Między Uszami (poznaliście już magię Wzroku? ;)), można wyciągnąć pewne informacje, coś tam dojrzeć, może jeszcze zapisać.
Internet to taka Czarna Dziura. Można się czegoś dowiedzieć, ale płaci się czasem. Energią, a tę trzeba zachować. Oczywiście na napisanie kolejnej odsłony 'Fizyki Dla Laika Czyli Nauki Dla Tłuka'. A co innego robić? Zupełnie jak poza domem, też są wirusy.
Dlaczego Gwiazdy Czarne, a teraz Ciemne? Bo nikt ich nie lubi, są smutne, że wszyscy interesują się tylko czarnymi dziurami. Warto się im przyjrzeć z bliska, bo często bywa tak, że teorie zapomniane i odrzucone, po latach okazują się właściwe. Nie mówię, że tak jest w przypadkach opisywanych niedawno przeze mnie, ale... Zasada Noża, Widelca, i Brzytwy Ockhama. Odcinamy zbędny medialny szum od czarnych dziur i szukamy alternatyw! Do dzieła =]
1. Hipotetycznie to prawie jak czarna dziura... Tylko większa. Szkoda, że na razie tylko hipotetyczna.
Gwiazdy Ciemne przysłaniają nam rzeczywistość. Nie dlatego, że są Ciemne, jak ich nazwa mogłaby mylnie wskazywać. Jeśli gwiazdę neutronową można by nazwać supergwiazdą, a czarną dziurę rozgwiazdą, to Gwiazda Ciemna byłaby Hipergwiazdą. Wielu astrofizyków dałoby się pochlastać, żeby tylko je zobaczyć, a na pewno zapłaciliby wiele bitcoinów, żeby w ogóle istniały. Przewiduje się, że we wczesnych wiekach istnienia Wszechświata wszystko wyglądało trochę inaczej. Mówi się o tzw. pierwotnych czarnych dziurach, które istnieją do dziś, ale są jeszcze mniej sympatyczne od swoich zwykłych, czarnych sióstr.
Co do Gwiazd Ciemnych... też są pierwotne. Też mogłyby dotrwać do dziś, w niezmienionej formie, i być odmiennym typem gwiazdy, zupełnie różniącej się od zwykłych nadolbrzymów, białych karłów i reszty gwiezdnej menażerii.
2. Historyczny i strukturalny rys.
Gwiazdy Ciemne są bardzo jasne. Do tej pory nie zostały wykryte jako obiekty podobne do innych ciał niebieskich, są po prostu przewidywaniem pewnych teorii, głównie związanych z początkami istnienia Wszechświata oraz obecności tzw. materii ciemnej.
Jak powszechnie wiadomo (u nas nie, my jesteśmy świeżaki, każdy Laik pewnie czeka na temat o ciemnej materii, ale nie od razu Kraków czy Naukę dla Tłuka zbudowano), ciemna materia to około 26% całej masy we Wszechświecie. Inna sprawa to ciemna energia - 69% naszej Całości, masy energetycznej.
Jak energia może stanowić o ilości materii? Otóż musicie wiedzieć, że materia, czyli obecność masy, to nic innego jak oddziałująca, wręcz buzująca energia. Nawet na poziomie cząsteczkowym, jeśliby zajrzeć w strukturę hadronów, okazałoby się, że kwarki poruszają się nieustannie, odbijając się od siebie i wywierając ciśnienie na strukturze cząsteczki, którą tworzą. Stąd obserwujemy istnienie czegoś takiego jak masa. Jest to nic innego, jak siła, jaką wywiera energetycznie naładowana cząstka na strukturę hadronu.
Inna sprawa, że nigdy nie zaobserwowano swobodnych kwarków, najmniejszej cegiełki, jaka tworzy materialne cząstki. Zawsze występują w towarzystwie innych, siła jądrowa silna powstrzymuje je przed ucieczką od towarzystwa. Kwarki spajane są gluonami, nośnikami siły jądrowej silnej. Zaś gluon i kwark (w swoich pięknie nazywanych odmianach) po drugiej stronie równania generuje cząstkę, taką jak proton czy neutron [to te hadrony; niekoniecznie muszą być to akurat protony i neutrony, jedyne składniki jądra atomowego. Jest ich wiele więcej rodzajów].
Ciemna energia to sprytna rzecz. Mówi się, że generuje siłę odpychającą, przeciwdziała grawitacji i powoduje, że nawet galaktyki nie zapadają się same w sobie, pod własnym ciężarem. Niestety, ona także jest hipotetyczna. Dlaczego?
Ponieważ nie oddziałuje z materią barionową, czyli tą, która tworzy 5% pozostałej masy Wszechświata, widzialnej materii. Powyższy proces zachodzi jedynie za pośrednictwem grawitacji, enigmatycznej i niepoznanej jak żadna inna siła. Dlatego mamy: hipotetyczną energię, oddziaływującą z jedynie 5% masy Wszechświata, za pośrednictwem najgorzej poznanej siły.
Jakby tego było mało, rzucam Wam na głowy Gwiazdy Ciemne. Sweet enough? =]
Historycznie sprawa ma się następująco: Gwiazdy Ciemne to prastare twory, jeszcze z epoki formowania się gwiazd, ale zasilane materią ciemną. Nie barionową, ale tą 26% ilościowo masą energetyczną, niewidzialną masą Wszechświata. Są tak masywne, że mogą zaginać światło, powodując efekt tzw. soczewkowania grawitacyjnego. Ale z powodów wymienionych powyżej, nie da się ich wykryć bezpośrednio, jedynie za pomocą specjalnych modeli.
Jednym z najlepszych obecnie kandydatów na cząstki ciemnej materii to tzw. WIMPy (nie wampy ;) z wampirami jednak mają to wspólnego siebie, że są słabo wykrywalne, szczególnie, kiedy jest tak ciemno jak w bezkresnych przestrzeniach międzygwiezdnych). Weakly Interacting Massive Particles - Słabo Oddziałujące Masywne Cząstki.
3. Co z nimi tak, a co nie, czyli dlaczego jeszcze nie zobaczyliśmy Gwiazd Ciemnych?
Jeśli Gwiazda Ciemna składałaby się z cząstek WIMP, stanowiłoby to dla astrofizyków nie lada wyzwanie. WIMPy oddziaływałyby bardzo słabo z barionową materią, na dodatek pojawia się problem ładunku.
W tzw. teorii supersymetrii każda cząstka ma swoją antyczastkę, czyli bizona o przeciwnym ładunku. I dlatego taki WIMP musiałby mieć również swojego rywala - kogoś o znaku plus, wtedy, kiedy on jest na minus. Ale...
WIMPy nie posiadają ładunku elektrycznego. Dlatego są same swoją antycząstką. Patrzą w lustro, lewa ręka taka sama jak prawa, czyli lewa to lewa, ale w lustrze powinna być odwrotna, a nie jest... odbicie w lustrze zgadza się z obiektem realnym w 100%. Czyli po prostu - jakby tego odbicia nie było. Po prostu Wampir!
Gwiazdy Ciemne są prawdopodobnie pierwszymi gwiazdami, jakie w ogóle powstały. Zwykłe gwiazdy zasila fuzja jądrowa. To coś w rodzaju reakcji termojądrowej - wodór łączy się z helem, przy okazji powodują wydzielanie olbrzymich ilości energii. Cząstki są ściskane grawitacyjnie, energia wydziela się w postaci ciepła, jednak nadal kluczową rolę odgrywa grawitacja - ściska cząstki, zaś energia powoduje swego rodzaju rozdmuchiwanie gwiazdy. Dlatego uważa się, że znajdują się one cały czas na granicy kolapsu... w czarną dziurę. To tak jakby nasze gwiazdeczki miały lufę przy skroni i wtedy, działając pod presją, produkują niesłychane ilości energii.
A Gwiazdy Ciemne? Oprócz paliwa zwykłych gwiazd, zawierają także WIMPy. Potencjalny kandydat na ciemną energię jest swoją antycząstką, a co robią antycząstki? Anihilują ze sobą! Wydzielają przy tym kolosalne ilości energii, tak wielkie, że kolaps grawitacyjny jest powstrzymywany bez udziału fuzji termojądrowej. To jedna z najbardziej wydajnych form wytwarzania energii, taki reaktor, nawet nie termojądrowy, tylko antymateryjny - ciemna materia to niewyobrażalne źródło energii, przewyższające wydajnością nawet fuzję termojądrową!
4. Jak to działa i po co, a jeśli już, to czy w ogóle =]
Gwiazdy Ciemne mogłyby być zasilane przez energię ciemną i anihilację przez miliardy lat. Mogłyby istnieć o wiele dłużej niż zwykłe gwiazdy, i mieć się dobrze, ba, trwoniąc energię w sposób bardzo wydajny. WIMP to tylko 0.1% materii Wszechświata, ale i tak biją na głowę wydajnością fuzję jądrową.
Gwiazdy Ciemne to giganty, jeśli chodzi o wielkość - miałyby około 10 Jednostek Astronomicznych - coś w granicach 1,5 miliarda kilometra, jak odległość od Słońca do Saturna! Jasność? Totalny gigant, proszę bardzo - 10 miliardów razy jaśniejsze niż słońce. Masa - 10 milionów mas Słońca. I weź tu nie zastąp Słońca Gwiazdą Ciemną. Tylko, hmmm, mały problem, trzeba przesunąć Ziemię poza Saturna, żebyśmy jakoś przetrwali giganta energii.
Właściwie, to jeśli chodzi o wymienione powyżej wielkości, nie byłoby dla nich górnego limitu...
Żeby zobaczyć Gwiazdy Ciemne, potrzebny byłby nie lada teleskop, pozwalający zobaczyć odległości, na których ujawniałaby się wczesna historia Wszechświata. Czy trzeba wytłumaczyć, jak sprawa się ma z zaglądaniem w gwiazdy? Widzi się zawsze przeszłość, ponieważ światło potrzebuje czasu, żeby dotrzeć do nas z odległości w skali kosmicznej. Czyli - na przykładzie Słońca odległego o około 150 milionów kilometrów od Ziemi - prędkość światła to ~300 kilometrów na sekundę. Światło potrzebuje około 8 minut, by dotrzeć od Słoneczka do Ziemi, dlatego zawsze, kiedy patrzymy na Słońce, widzimy takie, jakie było 8 minut temu =] Podobnie ma się sprawa z innymi obiektami niebieskimi.
Gwiazdy Ciemne wyglądają jak Słońce, tylko trochę za duże. Podejrzane, prawda? Udające Słońce Gwieździsko Ciemne mogłoby nam narobić niezłego kuku. Przysmażałoby nieźle, filtr na plaży podchodzący pod 150, opalenizna z Majorki nad Bałtykiem w 5 minut.
Ale - wszystkiego nie można mieć. Gwiazdy Ciemne byłyby... zimne. Ich temperatura to około 9700 st. Celsjusza. To mało, Słońce ma temperaturę w w obszarze swojej korony, około 3 milionów stopni Celsjusza.
5. Końcówka, czapki z głów dla Gwiazd Ciemnych jeśli chodzi o egzotykę.
Ciemne Gwiazdy to nie lada zagwózdka. Jak coś tak energetycznego mogłoby być tak zimne? Widocznie antymateria, albo wcześniej - ciemna materia - to zupełnie inne źródło energii niż to, jakie obserwujemy obecnie w znanych sobie formach. Właściwie uważa się, że coś takiego jak Gwiazda Ciemna nie powinno istnieć. A jednak - mogłoby i wyczekuje się ich zaobserwowania. Fantastycznie brzmi fakt, że byłyby to gwiazdy uformowane około 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu, czyli już po początku Ery Jonizacji (380 000 lat po Wielkim Wybuchu). To jedne z pierwszych, jeśli nie pierwsze gwiazdy, jakie kiedykolwiek powstały. Czy nie jest dziwne, że mogłyby być zasilane aż do dziś? Tak mogłaby działać materia niebarionowa. Są to wybitnie pierwsze w kolejce kandydatki na powstanie Supermasywnych Czarnych Dziur, tych potworów, które zamieszkują każdą z galaktyk, podobno. Ale to tylko po zderzeniu z inną Ciemną Gwiazdą. Paliwo jest, masa także, nic tylko wzmacniać rzeźbę =]
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz