Materia po zderzeniu gwiazd neutronowych leci z prędkością nadświetlną. To niemożliwe, więc skąd to złudzenie?

W tym artykule:

1. Czy prędkości nadświetlne istnieją?
2. Prędkości nadświetlne dżetów
3. Prawdziwa prędkość dżetów

Wypalenie się masywnej gwiazdy skutkuje powstaniem najcięższego rodzaju „śmieci”, jakie istnieją w kosmosie. Pozostałe po gwieździe resztki, czyli supergęste jądro, to gwiazda neutronowa. Szacuje się, że łyżka jej materii ważyłaby na Ziemi 4 mld ton.

Co się dzieje, gdy takie dwa nieduże, ale ultraciężkie obiekty wpadną na siebie? Astronomowie mieli okazję obserwować to w 2017 r. Wówczas doszło do zderzenia dwóch gwiazd neutronowych (oznaczonego jako GW170817). W jego wyniku uwolniła się energia podobna do tej, jaka uwalnia się w czasie wybuchu supernowej. Czasoprzestrzeń ugięła się, a rozchodzące się po całym kosmosie fale grawitacyjne zostały zarejestrowane przez ziemskie detektory, takie jak LIGO.

Tamto spektakularne wydarzenie śledzone było również przez inne obserwatoria, rejestrujące promieniowanie elektromagnetyczne o różnych długościach fali. Już dwa dni po zderzeniu astronomowie wycelowali w jego stronę Teleskop Hubble’a. Zarejestrował on potężny dżet, czyli strumień materii, poruszający się z ogromną prędkością. Początkowo obliczenia wykazały, że siedmiokrotnie przekraczała ona prędkość światła!

Czy prędkości nadświetlne istnieją?

Czy to możliwe? Nie, ponieważ zgodnie z teorią względności żaden obiekt nie może poruszać się szybciej niż światło w próżni, czyli szybciej niż niecałe 300 tys. km/s. Skąd więc wziął się błąd?

Gwiazda neutronowa emitująca nietypowe sygnały radiowe w naszej Galaktyce. Czym jest ten dziwny obiekt?

Zupełnie nowy rodzaj gwiazdy wypatrzyli astronomowie w rejonie Drogi Mlecznej odległym od Ziemi o 1300 lat świetlnych. Znajduje się tam obiekt, który wysyła impulsy radiowe z niespotykaną do...

Zderzenie gwiazd neutronowych doprowadziło do powstania czarnej dziury. Zaczęła ona zasysać materię rozrzuconą dookoła po eksplozji. Tak powstał szybko obracający się dysk akrecyjny, z którego biegunów wystrzeliwały w kosmos dżety.

Ich obserwacje prowadzone z pomocą Hubble’a były niezwykle precyzyjne. Naukowcy porównują je do mierzenia z Ziemi średnicy 30-centrymetrowej pizzy umieszczonej na Księżycu. Jednak dżety nie leciały prosto w stronę obserwatoriów znajdujących się na Ziemi i na jej orbicie. Tylko pod pewnym do nich kątem. I to właśnie było przyczyną przeszacowania ich prędkości i uznania jej za prędkość nadświetlną.

Prędkości nadświetlne dżetów

Dlaczego? Gdy obserwujemy coś pod kątem, to, co widzimy, jest w istocie rzutem prostopadłym źródła na sferę niebieską. Źródło to emitowało sygnały, których czas pojawienia się rejestrowano. Jednak zarejestrowany czas ich pojawiania się był krótszy niż rzeczywisty. A to wypaczało wynik obliczeń prędkości dżeta.

– Ponieważ dżet porusza się z prędkością bliską prędkości światła, światło, które wyemituje później, ma mniejszą drogę do pokonania do obserwatora. W istocie dżet ściga więc swoje własne światło. Prowadzi to do tego, że upływa więcej czasu między rzeczywistymi emisjami światła niż sądzi obserwator – czytamy na stronie NASA. – Krótszy niż rzeczywisty rejestrowany czas obserwacji przekłada się na przeszacowanie prędkości obserwowanego obiektu.

Ta iluzja prędkości nadświetlnej nie jest niczym nowym. O tym, że kwazary mogą wystrzeliwać strumienie materii, które pędziły przez kosmos z pozornymi prędkościami nadświetlnymi, wiedziano już w latach 70. poprzedniego wieku. Wówczas też rozwikłano zagadkę. Dokładne wyjaśnienie tłumaczące, skąd biorą się wyliczane prędkości nadświetlne, można znaleźć w artykule astronoma Leszka M. Sokołowiego z Obserwatorium Astronomicznego UJ.

Prawdziwa prędkość dżetów

Skorygowanie błędnych pomiarów wymagało żmudnej lat pracy. Dopiero teraz astronomowie precyzyjnie policzyli, jaka była prędkość strumienia materii wyrzuconego w kosmos w 2017 r. Szczegółowe kalkulacje, w których uwzględniono również obserwacje radiowe prowadzone metodą interferometrii o bardzo długiej bazie (ang. very long baseline interferometry, VLBI) wykazały, że teoria względności pozostaje niezagrożona.

Po raz pierwszy zaobserwowano, jak umierająca gwiazda rozrywa i pożera planety z całego swojego układu

W atmosferze białego karła odległego o 86 lat świetlnych od Ziemi znaleziono unikatową kompozycję pierwiastków. Świadczy ona o tym, że gwiazda pochłonęła zarówno wewnętrzne planety, p...

– Nasze obliczenia wykazały, że w momencie wystrzelenia prędkość dżeta wyniosła przynajmniej 99,97 prędkości światła – mówi Wenbin Lu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, jeden z autorów pracy na ten temat opublikowanej w „Nature”.

Naukowcy podkreślają, że ich praca umożliwi jeszcze dokładniejsze badanie zderzeń gwiazd neutronowych. A także może przyczynić się do precyzyjniejszego określenia prędkości rozszerzania się Wszechświata.

Źródła: hubblesite.org, Nature.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com