Kosmiczne eksplozje

Wszechświat, inaczej kosmos, to wszystko, co fizyczne, co istnieje: cała przestrzeń, czas, stałe fizyczne oraz wszystkie formy energii i materii. Od zarania dziejów prowadzono obserwacje kosmosu, które pozwoliły na zdefiniowanie teorii heliocentrycznej, zbadanie procesów w nim zachodzących i lepsze poznanie świata. Do tej pory jednak nie udało się ustalić dokładnych jego rozmiarów.

Wśród wielu zjawisk w kosmosie, możemy wyróżnić m.in. eksplozje. Ich przyczyny są różne. Są to na przykład: supernowe, eksplozje asteroid, narodziny czarnych dziur lub gwiazd neutronowych, kataklizmy, burze słoneczne bądź kolizje gwiazd. W tym referacie postaram się omówić i przybliżyć każde z wymienionych wyżej zjawisk.

Jest to wybuch kończący życie gwiazdy. W jego wyniku powstają pierwiastki cięższe od żelaza. Podczas wybuchu supernowej materia zostaje wyrzucona w przestrzeń z prędkością od około 15 000 do 40 000 k/s. Te eksplozje odpowiedzialne są za większość materii we Wszechświecie - w tym niektóre z pierwiastków, takie jak żelazo, z których składa się nasza planeta, a nawet my sami. Pierwiastki ciężkie powstają jedynie w supernowych, więc każdy z nas nosi w sobie resztki tych dalekich wybuchów. Supernowa może rozpalić niebo przez tygodnie. Zwykle do pełnej jasności supernowej trzeba poczekać kilka do kilkunastu dni.

Jednakże nie każda gwiazda kończy swoje życie wybuchem. Część z nich po prostu stopniowo wygasa przekształcając się stopniowo w białe, a następnie czarne karły.

Szanse na zobaczenie gołym okiem supernowej są zaskakująco wysokie. Według obliczeń astronomów prawdopodobieństwo zobaczenia supernowej widocznej gołym okiem z terytorium Polski wynosi około 10%. Jednak używając lornetki lub teleskopu zwiększymy na to prawdopodobieństwo. Dzięki użyciu tego sprzętu będziemy mogli dostrzec supernową w ciągu najbliższych lat.

Jedna z gwiazd o nazwie Betelgeza, wkrótce przekształci się w supernową widoczną z Ziemi. Jest to oddalony od nas o 650 lat świetlnych czerwony olbrzym, znajdujący się w gwiazdozbiorze Oriona. Przekazy historyczne mówią o zmienności tej gwizdy, to jest wcześniej miała ona kolor biały lub żółty, a następnie czerwony. Aktualnie jej kolor nadal jest czerwony, dlatego niedługo gwiazda umrze. Analizując najnowsze zdjęcia, naukowcy stwierdzili, że etap supernowej u tej gwiazdy prawdopodobnie się już zaczął jednakże ze względu na dzielącą nas od niej odległość, nie jesteśmy jeszcze w stanie tego dostrzec nawet za pomocą specjalistycznego sprzętu. Jednak gdy to nastąpi, będzie to wyglądało jakby drugie słońce na niebie. Podobny wybuch miał miejsce w 1054r. i w jego wyniku powstała Mgławica Kraba. Jasność błysku była na tyle silna, że nawet przez miesiąc można było oglądać jasne źródło światła, o czym informują nas różne źródła historyczne. 

Oprócz „kawałków wybuchu”, które znajdują się w nas czy w składzie naszej planety, australijscy i niemieccy naukowcy odnaleźli szczątki wybuchu supernowej na dnie Oceanu Spokojnego. Z racji, że do tej pory izotop żelaza 60 nie został znaleziony w żadnym zakątku świata, wydarzenie to można uznawać za sukces. Z wersji specjalistów wynika, że materiał dostał się do wody po wybuchu supernowej lub ewentualnie w wyniku upadku meteorytu. Badania są nadal kontynuowane, aby uzyskać więcej informacji na temat gwiezdnych pozostałości. Obecne badacze nie znają technologii wytwarzania izotopu żelaza - 60, więc na Ziemi może on pochodzić tylko z kosmosu.

,,Jedną z hipotez opisujących zachowanie gwiazd nowych pomiędzy wybuchami jest teoria hibernacji, według której kilkadziesiąt – kilkaset lat po wybuchu nowej układ powinien znaleźć się w stanie o niskiej aktywności (zwanym „hibernacją”), gdy przepływ masy praktycznie ustaje. Według tej hipotezy wybuch termojądrowy na powierzchni białego karła, a w konsekwencji – bardzo silne oświetlenie towarzysza, wpływa na jego strukturę. Sąsiad białego karła puchnie i traci materię w znacznie szybszym tempie. Przepływ gazu ustaje dopiero po kilkuset latach, kiedy oświetlenie znacząco zmaleje.’’ - Przeczytamy o tym w tygodniku naukowym ,,Nature”. Teorię tą odkryli astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego.

FELT - Fast-Evolving Luminous Transient

Dzięki teleskopowi Keplera jedna z zagadek wszechświata została rozwikłana. Tajemnice stanowił bardzo krótki czas rozbłysku gwiazdy FELT. Na podstawie danych dostarczonych przez teleskop naukowcy doszli do wniosku, że do rozbłysku gwiazdy dochodzi, gdy zapada się ona w sobie i wybucha jako supernowa. Jednak od typowej supernowej różni ją fakt, że jest ona otoczona jedną lub więcej warstwami gazu i pyłu. Gdy energia kinetyczna z wybuchu dociera do tych warstw, jest ona natychmiast zamieniana na energię świetlną. Taki rozbłysk trwa jedynie kilka dni, jest więc 10-krotnie krótszy niż widoczny rozbłysk supernowej. 

To oficjalna nazwa fenomenu nazwanego ,,the cow”. Jest to niezwykła eksplozja kosmiczna silniejsza około 100 razy od wybuchu zwyczajnej supernowej. Została ona zaobserwowana przez astrofizyków 16 czerwca 2018r. Jej lokalizacja jest podawana na około 200 mln lat świetlnych od Ziemi. Zostało ono zarejestrowane w 12 profesjonalnych obserwatoriach, więc nie może być uznawane za jakiś błąd, pomyłkę bądź przypadek.

Hawajscy astronomowie zaobserwowali je jako pierwsi za pomocą teleskopu ATLAS i nazwali to gigantyczną chmurą cząsteczek poruszających się z prędkością 20 tys. km/s i o temperaturze 8900 stopni Celsjusza.

To zjawisko podczas swojej eksplozji emituje więcej światła i energii niż Słońce przez cały czas swojego istnienia. Zaskakujące jest do, że tak ogromne wydarzenie trwało bardzo krótko. Zwykle do pełnej jasności supernowej trzeba poczekać od kilku do kilkunastu dni, a w przypadku tego wydarzenia maksymalna jasność została osiągnięta zaledwie w ciągu dwóch dni. Eksperci twierdzą, że pojawiła się ona znikąd i nic nie wskazywało na jej wystąpienie. Z powodu, że do tej pory nie do końca wiadomo co to było, jest to klasyfikowane do najpodobniejszego wydarzenia, czyli supernowej.

W ramach projektu NEOWISE (projekt poszukiwania asteroid) sfotografowano około 600 planetoid bliskich Ziemi (NEA), z których 135 było nowymi odkryciami, które mniej lub bardziej mogą zagrażać naszej planecie.

Naukowcy pracujący z teleskopem Hubble’a zaobserwowali to rzadkie zjawisko podczas przyglądania się asteroidzie 6478 Gault. Stał się on aktywny i wyrósł mu duży ogon, podobny do tego jaki posiadają komety, o długości 800 tyś. km, a kilka tygodni później znaleziono drugi ogon.

Najczęściej dochodzi do przemiany asteroidy w kometę, gdy te przelatują blisko Słońca, w wyniku czego energia ogrzewa lód i inne zamrożone związki (będące częścią asteroidy) co powoduje, że zmieniają się one w gazy i zmuszają skałę do wyrzucenia tzw. śmieci kometarnych na długi, świecący ogon.

Jednakże Gault nie spełniał tych warunków, ponieważ znajdował się w znacznej odległości od Słońca, a mianowicie między Jowiszem a Marsem. Lecz dzięki licznym obserwacjom udało się dowieść, że się po prostu rozpada.

Jak powszechnie wiadomo, do wyginięcia ¾ zwierząt i roślin na Ziemi około 66 mln lat temu, najprawdopodobniej przyczyniło się zderzenie Ziemi z ogromnym planetoidem. Wywołało to katastrofalne skutki dla globalnego środowiska. Hipotezę zderzenia potwierdziło odkrycie mierzącego 180 km krateru Chicxulub na granicy Zatoki Meksykańskiej i półwyspu Jukatan w późnych latach siedemdziesiątych XX wieku. Zapewniło to rozstrzygający dowód, że granica K-T reprezentuje pozostałości uderzenia planetoidy.

W rzeczywistości to nie są gwiazdy, tylko meteoryty, które podczas wchodzenia w strefę ziemskiej grawitacji z dużą prędkością zaczynają płonąć. Większość kosmicznych elementów jakie wchodzą w naszą atmosferę ulegają całkowitemu spaleniu ze względu na dość małe rozmiary.

Jednak gdy jest ona zbyt duża nie zdąży się spalić. Jak informuje agencja kosmiczna NASA, w połowie grudnia 2018 roku nad Morzem Beringa eksplodowała asteroida mierząca około 10 metrów średnicy. Siła eksplozji wynosiła około 170 kiloton trotylu. Jest to najpotężniejsza tego typu eksplozja od czasu upadku meteora czelabińskiego. Asteroidy o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu metrów z reguły nie docierają do powierzchni Ziemi i eksplodują na dużej wysokości. W większości przypadków wybuchy te mają miejsce nad oceanami lub obszarami niezamieszkałymi. Są one wykrywane przez stacje monitorowania infradźwięków należące do Organizacji Traktatu o Całkowitym Zakazie Prób Jądrowych.

W 2019r. Meteor rozświetlił niebo w całej Australii Południowej. Całe nocne niebo przybrało na chwilę kolor jaskrawej pomarańczy, gdy biała/żółtawa kula przecinała horyzont. Obiekt spłonął na wysokości co najmniej 80 km i wszedł w atmosferę z prędkością 11 km/s.

W czerwcu 2018r., astronomowie dostrzegli tajemniczą eksplozję kosmiczną, która była nadzwyczaj jasna i trwała wyjątkowo krótko. Pochodziła ona z galaktyki karłowatej CGCG 137-068, która znajduje się około 200 mln lat świetlnych od Ziemi.

,,Więc co mogło doprowadzić do tak potężnej, jasnej eksplozji? Astronomowie zakładają, że w czerwcu 2018r. mogliśmy być świadkami narodzin czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej, czego jeszcze nigdy nie udało nam się zobaczyć – podobnie jak w przypadku tej niezwykle intensywnej ale bardzo krótkiej eksplozji kosmicznej.” - przeczytamy w publikacji internetowej.

Niektóry twierdzą jednak, że przyczyną eksplozji było powstanie gwiazdy neutronowej, jednak na razie nie jesteśmy w stanie tego dokładnie zbadać.

Do jednego z nich doszło 3700 lat temu na terytorium współczesnej Jordanii. Przyczyną był wybuch ogromnego ciała niebieskiego, które eksplodowało w atmosferze. Wykopaliska tam prowadzone dowodzą że przez co najmniej 2500 lat rozwijała się tam cywilizacja ery brązu, aż nagle zniknęła, a tereny te ponownie zostały zamieszkane po sześciu lub siedmiu stuleciach. Najbardziej przekonujące dowody kosmicznego kataklizmu udało się zebrać w pozostałościach miasta Tall el-Hammam. Analizy radiowęglowe pokazują, że prawie wszystkie ściany budynków wykonanych z cegieł mułowych, nagle i niemal natychmiast zniknęły. Pozostały tylko kamienne fundamenty. Innym dowodem na prawdziwość tego zdarzenia jest obecność zeszkleń na zewnętrznych powierzchniach odłamków ceramicznych z tamtego czasu. Badanie tych kawałków wykazuje obecność kryształów cyrkonu (ZrSiO4), które zostały utworzone w sekundę w temperaturze  tysięcy stopni Celsjusza.

Najpotężniejsza kosmiczna eksplozja dotknęła nas w średniowieczu i był to potężny rozbłysk Gamma. Dowody na tą eksplozję zostały odkryte w 2012r. jednak nie znano wtedy jej przyczyny. Najnowsze badania wskazują, że było to zderzenie dwóch czarnych dziur lub gwiazd neutronowych wewnątrz naszej Galaktyki. Takie wydarzenie spowodowało emisję olbrzymich ilości energii. Argumentem potwierdzającym prawdziwość tych zdarzeń są badania cedrów rosnących w Japonii. Zawierają one bowiem w sobie olbrzymie ilości radioaktywnego węgla C14. Z kolei wyniki z Antarktydy wskazywały, że w pewnym momencie, kilkanaście wieków temu, gwałtownie wzrósł poziom izotopu berylu - Be10. Jego nietypowe stężenie zachowało się w lodzie. Datowanie słojów drzewnych i lodu wskazywały, że wystąpiły mniej więcej w tym samym czasie - ok. VIII wieku n.e. Takie izotopy tworzą się, kiedy wyższe warstwy atmosfery poddawane są intensywnemu promieniowaniu.

4 sierpnia 1972r. w pobliżu Wietnamu doszło do tajemniczych eksplozji. Wówczas samoloty TF-77 zgłosiły około 30 wybuchów na polu minowym, nieopodal wyspy Hon La oraz w innych miejscach wzdłuż wybrzeża. Przyczyną przedwczesnych detonacji ponad 4000 wrażliwych magnetycznie min była burza słoneczna i towarzyszące jej perturbacje magnetyczne. Erupcyjne zdarzenia na Słońcu mogą mieć różny charakter. Burze mogą doprowadzić do rozbłysków słonecznych, wyrzucenia dodatkowego materiału słonecznego (fachowo to zjawisko jest nazywanie koronalnym wyrzutem masy) oraz zmian w liniach pola magnetycznego, włączających się w koronę słoneczną.

Burza z 1972r. jest uznawana przez NASA za legendarną, ponieważ miała miejsce pomiędzy dwiema misjami kosmicznymi: Apollo 16 powróciła na Ziemię, natomiast Apollo 17 przygotowywała się do startu. Jeśli astronauci przebywaliby w kosmosie w momencie burzy słonecznej, mogliby zostać poważnie poszkodowani przez promieniowanie.

Jest to jedno z najbardziej spektakularnych zdarzeń, do jakich może dojść we Wszechświecie. W ubiegłym roku mogliśmy byś świadkami spektakularnego zderzenia się dwóch białych karłów. W wyniku ich kolizji powstały potężne fale grawitacyjne.

Zderzenia te mogą być na tyle potężne, że można by było obserwować je w całym kosmosie. Najnowsze badania sugerują jednak, że tego typu zderzenia w przestrzeni kosmicznej mogą również służyć jako przekaźnik wiadomości dla potencjalnych obcych cywilizacji, w związku z czym pojawiła się teoria, zgodnie z którą jakaś obca cywilizacja mogłaby być w stanie wykorzystać zderzenie tych obiektów do nadania sygnału. Jednak te informacje to tylko spekulacje.

W 1962r. przeprowadzono próbę Starfish Prime – trzecia z kolei po poprzednich zakończonych awariami. Rakieta balistyczna Thor wzniosła się na 1,1 tys. km i uwolniła głowicę, która zaczęła opadać i eksplodowała dokładnie na wysokości 400 km z mocą 1,4 megatony, czyli około 70 razy większą niż bomby zrzucone na Japonię. Uwolniona w momencie eksplozji energia natychmiast spowodowała chaos na granicy ziemskiej atmosfery.

,,Wybuch nie przypominał tych, które są powszechnie znane z nagrań testów na Ziemi. Nie było kuli ognia, fali uderzeniowej czy rosnącego grzyba. W próżni nie było koniecznego do tego powietrza i pyłu. Bomba wybuchła z oślepiającym blaskiem, który niemal natychmiast zgasł. Jego miejsce zastąpiły spektakularne efekty podobne do zorzy polarnej, a znaczna część horyzontu rozświetliła się na czerwono. To wyrzucone przez bombę cząsteczki docierały do granicy ziemskiej atmosfery i wywoływały zjawiska, które zazwyczaj wywołują te wysyłane w kierunku Ziemi przez Słońce. Nie towarzyszył temu żaden dźwięk, bo nie mógł z braku atmosfery w miejscu detonacji. Nienaturalne zjawiska świetlne na niebie trwały jednak wiele godzin. Widziano je na niemal całym centralnym Pacyfiku, od wysp Samoa i Fidżi na południu, po Hawaje na północy.” - przeczytamy w jednym z artykułów na temat wyścigu zbrojeń USA i ZSRR.

Uwolnione przez eksplozję promieniowanie uformowało sztuczne pasy radiacyjne wokół Ziemi. Wbrew oczekiwaniom okazały się one być tak silne, że spowodowały uszkodzenia satelitów. Naładowane cząsteczki niszczyły baterie słoneczne i elektronikę. Efekty testu Starfish Prime tak zaskoczyły wojsko oraz naukowców, że zrezygnowano z kolejnej, bardzo podobnej próbnej eksplozji.

W Internecie możemy znaleźć filmiki ukazujące wybuch podczas próby Starfish Prime do których linki podam na końcu tego referatu.

I na koniec coś, od czego właściwie powinnam zacząć.

Jest to jedna z najprawdopodobniejszych teorii dotyczących powstania Wszechświata. Według niej około 14 mld lat temu miał miejsce Wielki Wybuch - z nieskończenie gęstej i gorącej osobliwości początkowej wyłonił się Wszechświat. Czas nie istniał przedtem, ale zaczął się wraz z wybuchem, dlatego nie można mówić o czymś „przed” początkiem Wszechświata, natomiast kwestią do dyskusji jest mechanizm lub „przyczyna” Wielkiego Wybuchu, w szczególności w związku z pojawiającą się w teoriach możliwością istnienia początkowej osobliwości.

Fizycy teoretycy stworzyli nowy model kosmologiczny, który przewiduje istnienie antywszechświata. Twór ten, jak zakładają kanadyjscy naukowcy, jest niczym lustrzane odbicie naszego świata, w którym czas płynie w przeciwnym kierunku, który powstał w momencie Wielkiego Wybuchu. Badacze twierdzą, że ich model jest zgodny ze znaną historią ekspansji kosmicznej, a dodatkowo wyjaśnia istnienie ciemnej materii. Propozycja badaczy rozwiązuje zatem kilka problemów. Naukowcy muszą jeszcze wykazać, czy ich model jest wiarygodny i da się to jakoś zbadać.