Wiemy, jak obliczyć masę gwiazd dzięki temu, jak zakrzywiają światło

Artykuł/Nauka 09.06.2017
Wiemy, jak obliczyć masę gwiazd dzięki temu, jak zakrzywiają światło

Wiemy, jak obliczyć masę gwiazd dzięki temu, jak zakrzywiają światło

Naukowcom po raz pierwszy udało się obliczyć masę białego karła dzięki wykorzystaniu mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Istnienie tego zjawiska przewidział Albert Einstein. Fizyk nie sądził jednak, żeby kiedykolwiek udało nam się je zaobserwować.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne nie jest strasznie skomplikowanym zjawiskiem do wytłumaczenia. Wynika ono bezpośrednio z Ogólnej Teorii Względności Einsteina. Polega ono na tym, że grawitacja jednego ciała niebieskiego jest na tyle silna, że wpływa na światło emitowane przez drugie ciało.

Co powoduje mikrosoczewkowanie grawitacyjne?

mikrosoczewkowanie grawitacyjne
Na rysunku widać światło zakrzywione przez pole grawitacyjne gwiazdy-soczewki. Fot: NASA

Supermasywne obiekty, takie jak gwiazdy, czy czarne dziury zakrzywiają czasoprzestrzeń wokół siebie, przez co wpływają na tor lotu światła mijającego je w odpowiednio bliskiej odległości.

Zjawisko to możemy zaobserwować, gdy odpowiednio „ciężka” gwiazda ustawi się idealnie pomiędzy obserwatorem i gwiazdą emitującą światło. Gwiazda, która zasłania obserwowany przez nas obiekt, dzięki sile swojej grawitacji zakrzywi fale światła emitowane przez tą drugą, przez co dla obserwatora wyglądać to będzie, jakby zmieniła ona swoje położenie.

Nie jest to pierwsza obserwacja mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

mikrosoczewkowanie grawitacyjne
To zdjęcie zaćmienia słonecznego z 29 maja, 1919 r. znalazło się w raporcie Arthura Eddingtona potwierdzającym przewidywania ogólnej teorii względności nt. ugięcia promieni świetlnych w polu grawitacyjnym. Fot: Wikipedia

Po raz pierwszy bowiem zjawisko to udało nam się zaobserwować podczas zaćmienia Słońca, które wydarzyło się w 1919 r. Astronomowie, którzy badali to zjawisko zauważyli, że podczas zaćmienia zmieniły się pozycje niektórych gwiazd znajdujących się za Słońcem. Ponowne sprawdzenie ich pozycji w nocy potwierdziło teorię Einsteina. Gwiazdy oczywiście nie zmieniły swojej pozycji. Emitowane przez nie światło zostało po prostu zakrzywione przez Słońce.

Największymi ekspertami jeśli chodzi o mikrosoczewkowanie grawitacyjne są Polacy.

Metoda ta zresztą od dawna wykorzystywana jest do poszukiwania ciemnej materii, planet i gwiazd w przestrzeni kosmicznej. Polacy mają w tym swój duży udział. A właściwie to jeden Polak – Bohdan Paczyński, który doktoryzował się na Uniwersytecie Warszawskim. Jego pomysł był genialny w swojej prostocie. Skoro nie możemy zaobserwować bezpośrednio drobnych, nieświecących gwiazd, planet, czy czarnych dziur, rozejrzyjmy się za zmianami jasności widzialnych gwiazd. Jeśli ich światło przechodzi w pobliżu obiektu o dużej masie, silna grawitacja odchyli promienie emitowanego przez nie światła i skupi je, tak jak robi to zwykła soczewka. Na Ziemi widoczne to będzie w postaci rozbłysku.

Metoda profesora Paczyńskiego otrzymała nazwę OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). Pierwsza faza projektu obserwacyjnego z jej wykorzystaniem rozpoczęła się w 1992 r. Przez pierwsze kilka lat działania projektu udało się zaobserwować kilkanaście przypadków mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

mikrosoczewkowanie grawitacyjne
Polski teleskop znajduje się w budynku po prawej stronie. Wymaga on tak dużej precyzji, że w jego pobliżu nie mogą przebywać ludzie (temperatura ciała wszystko psuje). Dlatego sterowany jest z budynku po lewej. Fot: Wikipedia

Po tym, jak metoda Paczyńskiego zaczęła przynosić rezultaty, postarał się on na zapewnienie polskim naukowcom o wiele lepszych warunków do obserwacji. Polski teleskop Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, stworzony specjalnie z myślą o projekcie OGLE został przeniesiony do amerykańskiego Obserwatorium Las Campanas w Chile.

Projekt OGLE wciąż ewoluuje.

Projekt OGLE jest wciąż rozwijany. W 2002 r. polskim naukowcom udało się opracować nową metodę fotometryczną, która umożliwia na jeszcze łatwiejsze poszukiwanie obiektów planetopodobnych. Metoda ta polega na poszukiwaniu subtelnych zmian w jasności widzialnych gwiazd i została opracowana przez Bohdana Paczyńskiego, Marcina Kubiaka, Michała Szymańskiego Andrzeja Udalskiego.

Dzięki niej udało się m.in. oszacować zawartość ciemnej materii w galaktycznym halo, odkryć najmniejszą, zaobserwowaną jak dotąd gwiazdę (OGLE-TR-122b), pierwszą cefeidę w układzie podwójnym (OGLE-LMC-CEP-0227), czy zmierzyć odległość do centrum naszej galaktyki.

Obecna faza projektu – OGLE-IV co roku rejestruje ok. 1500-2000 zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Dzięki tym obserwacjom udało się też m.in. odkryć 14 nowych obiektów należących do Pasa Kuipera.

Najnowsze wykorzystanie mikrosoczewkowania grawitacyjnego jest równie ważne.

Najnowsza obserwacja niemniej jednak pozostaje bardzo ważnym wydarzeniem. Astronom Kailash Sahu wraz ze swoim zespołem ze Space Telescope Science Institute opracował nową metodę, dzięki której mikrosoczewkowanie grawitacyjne pozwala na wyliczenie dokładnej masy białych karłów. Pierwszym kandydatem na którym przetestowano tę metodę jest gwiazda Stein 2051 B.

Metoda opracowana przez Kailasha jest niezmiernie dokładna, dzięki czemu nasza wiedza astronomiczna osiągnie nowy poziom precyzji. Szczególnie jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że do tego typu obserwacji już wkrótce będziemy mogli wykorzystać teleskop Jamesa Webba. Oprócz konstrukcji, którą naukowcy planują wysłać w kosmos, zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego obserwowane będzie również przez teleskop LSST (Large Synoptic Survey Telescope), który powstaje w Obserwatorium Las Campanas w Chile.

Einstein pomylił się co do jednej rzeczy

Fizyk, opisując zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego napisał:

Nie ma szans na to, żeby udało się zaobserwować ten fenomen bezpośrednio.

Noblista jak widać nie doceniał postępu technologicznego, który pozwala nam na coraz bardziej szczegółową obserwację przestrzeni kosmicznej. Pomyślcie tylko, jakimi instrumentami ludzkość będzie dysponowała za 100 lat!

Musisz przeczytać:

Dołącz do dyskusji

Advertisement