Med zvezdami naše galaksije

Še vedno ne vemo točno, kaj medzvezdni absorbcijski pasovi sploh so

Bernard 68 ni luknja na nebu, ampak oblak prahu, ki vpija svetlobo zvezd v ozadju.

foto: VLT teleskop Evropskega južnega observatorija.

Jesensko sezono Frekvence X  začenjamo med zvezdami naše galaksije. Mednarodna skupina astronomov pod vodstvom Janeza Kosa in prof. Tomaža Zwittra s Fakultete za matematiko in fiziko v Ljubljani je nedavno v ugledni reviji Science objavila članek, v katerem so prvič raziskali porazdelitev medzvezdnih oblakov makromolekul v prostoru med zvezdami naše galaksije in problematiko medzvezdnih absorbcijskih pasov.

Profesor Zwitter, kaj pravzaprav so ti pasovi?

Prof. Tomaž Zwitter

Prof. Tomaž Zwitter

Ha, ko bi vedeli! Se pravi, dejansko vemo, kar opazimo. Pri nekaterih zelo specifičnih barvah svetlobe oddaljenih zvezd vidimo, da je te svetlobe manj in da je pravzaprav to svetlobo medzvezdni prostor vpil. Običajno bi to pomenilo, da gre pač za neke preproste molekule ali pa atome ali kaj podobnega. Če bi bilo to vpijanje, ta absorbcija razporejena po vseh mogočih barvah, bi šlo za običajen prah, tak, kot ga vidimo končno pri nas, v naši atmosferi, na Zemlji. Tukaj pa je nekaj vmes. Vidi se, da je stvar nekako razmazana, obenem pa ne vemo, od kod prihaja.

Je neka posebna barva in ljudje sklepajo, da gre – več razlogov je za to – za zelo velike organske molekule, ki sicer niso biološkega izvora, kljub vsemu pa so grajene na ogljiku, s kakšnimi 50, 100 ogljikovimi atomi. Dejansko ne vemo, kaj natanko te molekule so, kljub temu pa to vpijanje, ti absorbcijski pasovi omogočajo, da merimo vse mogoče, na primer, koliko jih je, kako se gibljejo, kje so ….

Raziskali ste tridimenzionalno prostorsko strukturo medzvezdnih oblakov in molekul. Kaj to pomeni?

Ja, to pomeni, da je običajna karta neke vrsta projekcija, kot je recimo Zemljina površina na običajni geografski karti. Tridimenzionalna pomeni, da je še ta tretja dimenzija, recimo pri Zemlji bi bila to višina. V tem primeru pa je to prostorska struktura ravno teh molekul v prostoru, kje so in upamo, da bomo lahko videli v prihodnje tudi, kako se gibljejo, približujejo, oddaljujejo od nas. Vse skupaj utegne biti precej zabavno. Že zdaj se je videlo, da so te molekule drugače razporejene kot običajen prah. Sčasoma pa se bomo morda tudi iz tega naučili, kaj te molekule dejansko so, od kod so prišle. Nekaj stvari že slutimo.

Nedavno so se te molekule, ki smo jih opazovali, pojavile v tem prostoru med zvezdami. Seveda, ko astronom reče nedavno, bodite previdni, zanj je nedavno mirne duše milijon let nazaj. Ampak to pa seveda pomeni, da lahko morda upamo, da bomo ugotovili, iz katerih zvezdnih eksplozij supernov so te molekule prišle.

Morda bi se dalo celo na računalniku, seveda z dovolj točnimi meritvami, ugotoviti, kje so te eksplozije nastale, ali so jih morda opazili celo kakšni naši predniki tisočletja nazaj in morda, ali je imela kakšna bližnja eksplozija vpliv na našo Zemljo in na katerega od drugih planetov, ki jih zdaj v svoji okolici že kar nekaj poznamo.

_____________

Janez Kos

Janez Kos

Z raziskovalcem Janezom Kosom, ki je zadnji mesec na povabilo avstralskih astronomov v Sydneyju in Canberri, sem se pogovarjala po telefonu. Trenutno obdeluje podatke pregleda neba, to imenujejo Hermes Galah in je nadgradnja pregleda neba, iz katerega so jemali podatke za raziskavo, o kateri govorimo danes.

Ko v jasni noči gledamo v nebo, se nam na prvi pogled zdi, da med nami in zvezdami ni ničesar. Pa vendar ni tako. Kaj je pravzaprav vmes, kje, koliko je te medzvezdne snovi?

Ja, prvi pogled nas zavede, ampak tudi sami se lahko hitro prepričamo, če gremo nekam daleč od mestnih in vaških luči pod nebo, ko na njem ni lune. Če opazimo Rimsko cesto, bomo videli, da jo prečkajo temni pasovi. No, to je dokaz, da prostor med zvezdami ni prazen. Na Rimski cesti je ogromno zvezd in tam, kjer vidimo v njej te temne pasove, vidimo jih lahko tudi s prostim očesom, to so oblaki prahu. No, in cela Rimska cesta oziroma cela naša galaksija je napolnjena s takšnim zelo redkim prahom, pa tudi s plinom.

Od kod je ta medzvezdna snov in kaj pozneje iz nje nastane?

Ja, vse ima svoj začetek, da ima vse svoj konec, pa še nismo prepričani, ampak konkretno ta medzvezdna snov nastane v eksplozijah zvezd.

Nekaj je je nastalo že ob velikem poku, kmalu po velikem poku. Iz te snovi potem nastanejo zvezde. Te zvezde ob koncu življenja eksplodirajo in eksplozija ni taka kot na Zemlji, ven ne letijo šrapneli, ampak od te zvezde ostane plin, iz tega pa na koncu ostane prah. Nekoč se to potem spet združi v gostejše oblake plina in prahu, iz katerih nastanejo nove zvezde in konec koncev tudi planeti in mi.

V raziskavi, ki ste jo s sodelavci nedavno objavili v reviji Science, ste sestavili prvo karto porazdelitve velikih molekul v medzvezdnem prostoru. Ste takšen rezultat pričakovali ali ste naleteli tudi na kakšno presenečenje?

Po eni strani smo pričakovali zelo podobne meritve, kot smo jih dejansko dobili, zelo podobne rezultate, po drugi strani je pa se je tisto presenečenje, ki nas je zelo razveselilo, skrivalo v podrobnostih. Ugotovili smo namreč, da porazdelitev plina in prahu v galaksiji ni popolnoma enaka. Tipično sta prah in plin dobro pomešana, ampak te velike, na ogljiku temelječe molekule, ki smo jih opazovali, imajo nekoliko drugačno porazdelitev. Prahu je več od tega plina, ki smo ga opazovali, razlika pa je v porazdelitvi. Ta plin, ki smo ga opazovali, sega veliko dlje od ravnine galaksije. Galaksija je sploščena in prah najdemo samo blizu te ravnine, medtem ko ta plin, ki smo ga opazovali, seže veliko dlje.

Za takšne odmevne rezultate je navadno treba imeti dobre podatke, obenem pa se je treba potruditi in rešiti precej problemov, ki se pojavijo sproti. Kako je bilo s tem pri vas?

Torej, mi smo imeli to podlago, da smo imeli zelo dobre podatke, s pomočjo katerih smo lahko začeli delati. Težava pa se je pojavila pri teoretičnih modelih, ki bi jih lahko uporabili. Noben teoretični model namreč ni bil dovolj dober, da bi ga lahko uporabili. Niti za napoved tega, kar smo na koncu odkrili niti za uporabo pri samem postopku obdelave te ogromne količine podatkov. Na koncu smo se morali znajti in izdelati neke empirične modele, ki temeljijo izključno na opazovanjih, pri katerih pri računanju ne uporabimo raznih približkov, kar recimo počnejo teoretiki.

Pred nekaj meseci so ameriški znanstveniki skupine BICEP 2 poslali v svet novico, da so odkrili odmev prvih trenutkov vesolja, zdaj pa kaže, da se da njihove rezultate pojasniti z vplivom prahu v naši galaksiji. Kako je mogoče, da tega lokalnega dejavnika niso pravilno upoštevali?

Torej, stvar je zapletena. Tisto, kar je BICEP 2 opazoval, je bila polarizacija mikrovalovnega sevanja ozadja. To je neka svetloba, ki nastala v vesolju kmalu po velikem poku in jo lahko še vedno opazujemo v vseh smereh neba. To, kar opazimo, je polarizirana svetloba, ki pa lahko nastane zaradi več razlogov. Eden od teh je to, kar so pri BICEP 2 iskali: to so gravitacijski valovi, ki so ostali od velikega poka in se od takrat še vedno širijo po vesolju.

Poleg svetlobe pa lahko polarizirajo tudi druge stvari, recimo prah. Najpogosteje je to prah v naši galaksiji. Eksperiment BICEP 2 je bil zasnovan tako, da je zelo težko ločil med tem, ali je za polarizacijo odgovoren prah ali gravitacijski valovi. No, pred dobrim tednom so prišli na dan rezultati satelita Planck. Satelit Planck je opazoval zelo podobno stvar, ampak je nekoliko drugačen instrument in je lahko ločil med tem, katero polarizacijo prispeva prah, katere pa ne. Izkazalo se je, da verjetno večji del tiste polarizacije, ki jo je BICEP 2 opazil, povzroča prah. Trenutno poskušajo ugotoviti, ali se da v signalu, ki ga je BICEP 2 opazil, videti kljub temu še gravitacijske valove iz velikega poka.

Pri tem je treba opazovati, kako se prah v naši galaksiji obnaša, posebej daleč od ravnine Rimske ceste, ki jo je BICEP 2 opazoval. O tem še ne vemo dovolj.

Kljub izjemnemu napredku o vesolju, kot pravi tudi Janez Kos, ne vemo dovolj. Koliko pa nam je doslej sploh znanega, profesor Zwitter?

Jah, kakor gledate. Se pravi, kot vedno si upam trditi, da je napredek zelo skokovit, zelo hiter. Recimo pred sto leti sploh nismo vedeli, da obstaja še kaj drugega kot naša galaksija, sploh nismo imeli tega prostorskega občutka.

Danes vemo marsikaj, recimo na decimalke natančno vemo, koliko je vesolje staro, veliko, v veliki meri, kako se je razvijalo. Kljub vsemu pa smo zelo zelo daleč od tega, da bi razumeli vse.

Se pravi, napredek je izjemen, tudi v zadnjih dvajsetih letih, vendar pa je treba razumeti, da na primer temna snov, temna energija – stvarí, ki so morda tudi deloma povezane s stvarmi, o katerih sva danes govorila – da o njih ne vemo skoraj še ničesar, razen, da so. In ne razumemo natanko, kako ogromna količina snovi in energije delujeta.

Kot je rekel kak bolj slaven um: Narava je sicer lahko zelo zvita, ni pa zlobna. In tako se da iz tega, kar poznamo in kar lahko s fizikalnimi zakoni, ki veljajo vsepovsod, razumemo, nekaj sklepati tudi o teh neznanih zadevah.

Mislim, da bo v naslednjih letih in desetletjih še veliko dokaj prelomnih odkritij. Skratka, nobene bonace. Ni res, da vse poznamo, odpirajo se nam nova obzorja.

Tudi vaša raziskava je le kamenček, ki ga dodajate znanju o vesolju, lastnostih in nastanku. Kaj dokazuje oziroma kakšna je vrednost takšnega odkritja? Zakaj so takšne informacije dragocene?

Poglejte, tukaj ste imeli neko absorbcijo, neko vpijanje, za katero niti po sto letih, odkar so ga prvič opazili, še ne razumemo, od kod prihaja. In ljudje so seveda sto let poskušali stvar razumeti, s tem, da so posamezne zvezde zelo podrobno opazovali. Mi pa smo šli nekako z druge strani. Opazovali smo zelo veliko zvezd, a nekoliko bolj površno, nekoliko bolj rutinsko in pokazala se je ta tridimenzionalna slika, ki je nekaj novega.

Nenadoma vemo, da je ta snov mlada, čeprav ne vemo, kaj je. Nenadoma vemo, kako je razporejena, dosti bolje, kot smo vedeli prej, kmalu bomo morda vedeli, kako se giblje. Skratka, neki kamenčki so in ti kamenčki so seveda nekakšni gradniki za našo sliko, za razumevanje. To je nekaj, ko poveste nekomu, ki se ukvarja z razmišljanjem, na primer, kako se to vse spremeni, kako je nastalo, kam to gre. In to lahko vtakne v svoje modele, v svoje računske simulacije in lahko veliko od tega dokaj smiselno napove oziroma razloži.

Se pravi, vse skupaj je nek zajeten stroj, nihče stvari ne spozna sam, vedno je pri teh zadevah prisotno neko širše mednarodno sodelovanje. Tako da gre za iskanje, v kašnem prostoru smo, v kakšnem vesolju smo, kaj je tukaj okrog nas. Če omeniva, da je približno 10 odstotkov oblik v medzvezdnem prostoru v obliki absorbcijskih pasov neznanega izvora, potem to pomeni, da je to ena od stvari, ki jih bo treba razumeti, če bomo hoteli razumeti, iz česa končno nastanejo nove zvezde, kako se pozneje ta material med zvezdami zgosti v nove predmete, nove planete in tako naprej. Tako da vsaka stvar je pravzaprav nek gradnik, sčasoma pa se – še sam ne veš, kako, še sam ne veš, kdaj – stvari zložijo skupaj.