Matuzalem, wielkie bum i zagadkowa pustka. Świat kosmicznych dziwów nie przestaje zadziwiać

Im dokładniej przyglądamy się kosmosowi, tym dziwniejszy i bardziej zaskakujący się wydaje. Kosmiczne anomalie i zagadkowe zjawiska rodzą coraz więcej pytań tam, gdzie wolelibyśmy odpowiedzi.

Wszechświat ma, według przyjętych powszechnie obliczeń, 13,8 miliarda lat. Z naukowej wiedzy na temat ewolucji gwiazd wynika wszelako, że gwiazda HD 140283 nazywana „Matuzalemem”, znajdującej się w Drodze Mlecznej, ma 14,5 miliarda lat(!). Czy może istnieć gwiazda starsza niż sam Wszechświat? Chyba nie. Gdzie w takim razie tkwi błąd, w liczeniu wieku gwiazdy czy w szacowaniu wieku Wszechświata? Odpowiedź nie jest zbyt jasna. HD 140283 znajduje się w odległości zaledwie 190 lat świetlnych od nas. Obserwacje tej stosunkowo bliskiej gwiazdy pozwalają nam oszacować dość precyzyjnie jej wiek na 14,46 miliarda lat. Jednak zawartość żelaza wynosząca 0,4 proc. zawartości żelaza w Słońcu, sugerują, że jest ona bardzo stara, za stara wręcz. Szacunki te są jednak obarczone dużą niepewnością wynoszącą prawie miliard lat, co oznacza, że najprostszym sposobem pogodzenia sprzecznych danych jest rozważenie możliwości, że gwiazda Matuzalem wydaje się starsza, niż w rzeczywistości jest, z powodu wydarzeń z przeszłości, których ślady już nie istnieją.

Eksplodujące prawa fizyki

W maju 2023 r. astronomowie donieśli, że udało im się zidentyfikować „największą” kosmiczną eksplozję, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, kulę ognia sto razy większą od naszego Układu Słonecznego, która zapłonęła w odległym rejonie Wszechświata ponad trzy lata temu. Wybuch nazwano AT2021lwx. Precyzyjnie rzecz ujmując, nie jest to najjaśniejszy błysk, jaki kiedykolwiek zaobserwowano we Wszechświecie. Ten rekord wciąż należy do wybuchu promieniowania gamma, któremu nadano przydomek BOAT, czyli Brightest Of All Time (z ang. najjaśniejszy w historii). Philip Wiseman, astrofizyk z brytyjskiego uniwersytetu w Southampton, wyja-śnia, że AT2021lwx został uznany za „największą” eksplozję, ponieważ uwolnił znacznie więcej energii w ciągu ostatnich trzech lat niż krótki błysk BOAT. Astronomowie przeanalizowali kilka możliwych wyjaśnień eksplozji. Jedno z nich traktuje AT2021lwx jako eksplodującą gwiazdę. Jednak błysk jest dziesięć razy jaśniejszy niż jakakolwiek wcześniej widziana supernowa. Zatem rozważa się wyjaśnienie nazywane zaburzeniem pływowym polegające na rozerwaniu gwiazdy na strzępy w trakcie opadania do supermasywnej czarnej dziury. Kojarzy się z modelem kwazara, czyli zjawiska połykania przez supermasywną czarną dziurę ogromnych ilości gazu w centrum galaktyki. Problem w tym, że supermasywne czarne dziury znajdują się w centrum galaktyk, a w przypadku eksplozji tej wielkości należałoby oczekiwać, że galaktyka będzie tak rozległa jak Droga Mleczna. Jednak nie ma śladów galaktyki w pobliżu AT2021lwx.

Inny wielki i dziwny obiekt, który świeci dziesięć milionów razy jaśniej niż Słońce, jest równie tajemniczy i zdaje się łamać prawa fizyki. Tak przynajmniej wynika z publikacji NASA. Należy do kategorii zjawisk znanych astrofizykom jako „ultraluminous X-ray sources” (ULX). Wydzielana przez ten obiekt ilość energii łamie tzw. limit Eddingtona, określający maksymalną jasność obiektu o określonym rozmiarze. Jeśli wartość ta jest przekraczana, to zdaniem naukowców, obiekt powinien się rozpaść. Jednak ULX-y przekraczają ten limit nawet pięćsetkrotnie i nie rozpadają się. Obserwacje opisane w „The Astrophysical Journal”, przeprowadzone przez instrument Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), pracujący w zakresie promieniowania rentgenowskiego, dotyczą ULX o nazwie M82 X-2 (1), zdecydowanie za jasnego w stosunku do rozmiaru. Wcześniej sugerowano, że ekstremalna jasność mogła być rodzajem złudzenia optycznego, ale nowe badania pokazują, że tak nie jest. Jeden z nowszych pomysłów na wyjaśnienie polega na tym, że intensywne pole magnetyczne gwiazdy neutronowej zmienia kształt jej atomów, pozwalając gwieździe utrzymać jednorodność, w miarę jak staje się coraz jaśniejsza.

1. Obiekt M82 X-2.
Fot. https://commons.wikimedia.org

Kosmos jest pusty, ale sąsiedztwo Drogi Mlecznej jest bardziej pusty

Nasza Galaktyka, Droga Mleczna, wydaje się jedną z wielu takich we Wszechświecie. Jednak jej kosmiczne otoczenie znacznie różni się od innych. Chodzi o to, że z obserwacji wynika, iż znajdujemy się w samym środku gigantycznej kosmicznej pustki, największej, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, co oznacza, że tak wielkiej pustki nie ma nigdzie, wokół żadnej znanej nam galaktyki. Oczywiście, nie oznacza to, że nie ma w ogóle. Po prostu z tego, co obecnie wiemy, ta, która nas otacza, jest wyjątkowa. Astronomowie po raz pierwszy zaproponowali istnienie tej masywnej pustki, znanej jako pustka KBC, w 2013 roku. Od tego czasu dowodów potwierdzających jej istnienie jest coraz więcej.

Zgodnie z teoriami kosmologicznymi materia we Wszechświecie powinna być równomiernie rozłożona w dużych skalach. Zasada ta pozwala naukowcom stosować te same prawa fizyczne do obiektów znajdujących się blisko nas i tych na obrzeżach obserwowalnego Wszechświata. Zakładamy, że Wszechświat jest jednorodny i izotropowy, co oznacza, że wygląda tak samo w każdym kierunku i z każdego punktu. Jednak obserwacje przeprowadzone w ciągu ostatniej dekady sugerują, że materia może nie być tak równomiernie rozłożona, jak sugeruje zasada kosmologiczna. Wydaje się ona zbijać w regiony o wysokiej i niskiej gęstości, co powoduje znaczne różnice w rozkładzie materii.

Indranil Banik z Uniwersytetu St. Andrews w artykule opublikowanym w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” sugeruje, że pustka, w której środku żyjemy, rozciąga się na jakieś dwa miliardy lat świetlnych i jest wystarczająco duża, aby pomieścić dwadzieścia tysięcy galaktyk rozmiarów Drogi Mlecznej ustawionych w rzędzie, od jednego końca do drugiego.

Dla ścisłości warto dodać, że pustka KBC nie jest całkowicie pusta – cechuje się około 20 proc. mniejszą gęstością materii niż przestrzeń poza jej granicami. Różnica ta może nie wydawać się znacząca, ale i tak stanowi dla kosmologów zagwozdkę. Jednym z efek-tów pustki KBC jest zachowanie pobliskich gwiazd i galaktyk, które oddalają się od nas szybciej, niż oczekiwano by zgodnie z teoriami i stałą Hubble’a. Galaktyki wewnątrz pustki doświadczają z kolei przyciągania grawitacyjnego z zewnątrz, co daje większą lokalną wartość stałej Hubble’a (przesunięcie ku czerwieni). Stała Hubble’a to wartość używana przez kosmologów do opisania tempa rozszerzania się Wszechświata. Zgodnie z naszym obecnym rozumieniem, stała Hubble’a powinna być taka sama wszędzie we Wszechświecie. Jednak obserwowane tempo ekspansji w naszej kosmicznej okolicy jest wyższe, niż przewidywano, co sugeruje szybszą, niż oczekiwano, ekspansję.

Mirosław Usidus