Niebieskie ciała w oparach gazu

4 lipca 1054 r. ludzie w osłupieniu obserwowali rozbłysk tajemniczej gwiazdy na niebie. Blaskiem ustępowała tylko Słońcu i Księżycowi, a chińscy i arabscy astronomowie pisali, że przez miesiąc bez trudu była widoczna w ciągu dnia. Nikt nie miał pojęcia, że zamiast narodzin obserwuje śmierć gwiazdy. Pozostałością po tym kosmicznym dramacie jest dziś mgławica Krab widoczna przez teleskop w gwiazdozbiorze Byka. Masywne gwiazdy kończą właśnie tak – jako supernowe, w gwałtownej eksplozji odrzucając zewnętrzną powłokę materii. A jak zaczynają? Podręczniki astronomii uczą, że gwiazda zapala się, kiedy tworząca ją kula wodoru osiągnie stan syntezy termojądrowej. Toruńscy astronomowie mają jednak sposób na podglądanie gwiazd w ich okresie prenatalnym, zanim te zaświecą dla ludzkich oczu – przyglądają się za pomocą radioteleskopów tzw. maserom.

– Maser jest czymś w rodzaju znaku informującego o miejscu, w którym rodzą się gwiazdy – wyjaśnia prof. Andrzej Kus, szef Centrum Astronomicznego Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. – To zjawisko silnego promieniowania, niewidocznego dla naszych oczu. Gdybyśmy jednak mieli zdolność widzenia w zakresie fal radiowych – w tym przypadku w podczerwieni – masery świeciłyby na niebie jak obiekty pierwszej wielkości – tłumaczy prof. Kus.

Toruńscy uczeni prowadzą obserwacje, dzięki którym możemy doczekać się przełomu w poznawaniu odległych światów. Odkryto już ponad 190 planet poza Układem Słonecznym, zatem możemy zakładać, że wokół innych gwiazd planety występują dość powszechnie. Ale w jaki sposób powstają? Dzięki promieniowaniu maserowemu nasi astronomowie odkryli setki rodzajów molekuł, m.in. cząsteczki wody, alkohole i cukry zawarte w obłokach gorącego gazu kryjącego protogwiazdy. Wygląda na to, że owe cegiełki stanowiące budulec planet gromadzą się w kosmicznej hurtowni budowlanej o wiele wcześniej, nim rozbłyśnie gwiazda, wokół której ma powstać planetarne osiedle.

Radioteleskop w podtoruńskich Piwnicach uczestniczy w programie interferometrii wielkobazowej (VLBI) wraz z siecią podobnych instrumentów w różnych krajach Europy. Największym z nich jest niemiecka antena w pobliżu Bonn, a do sieci należą jeszcze m.in. teleskopy w Jodrell Bank i Cambridge (Wielka Brytania). W zestawieniu z obrazami kosmicznego teleskopu Hubble’a rozdzielczość, czyli zdolność widzenia szczegółów, za pomocą VLBI jest tysiąc razy większa; za pomocą interferometru moglibyśmy dostrzec ludzki włos z odległości 100 km!

– Gdyby wybrać anteny rozmieszczone względem siebie w przeciwległych punktach kuli ziemskiej, otrzymalibyśmy wirtualny radioteleskop o rozmiarach naszej planety. Na tak duży instrument musimy jeszcze poczekać, wiemy jednak, że sieć teleskopów okalających Ziemię dałaby nam zdolność widzenia nie tylko gwiazd w najmłodszym wieku, ale sąsiadujących z nimi pojedynczych protoplanet. Obserwowanie planet wprost byłoby prawdziwą sensacją – tłumaczy prof. Kus. Aby obserwować masery, potrzeba nie tylko dużego radioteleskopu, ale i specjalistycznego oprzyrządowania, które powstało w Centrum Astronomicznym UMK. Najważniejszy element aparatury to tzw. autokorelator, którego zadaniem jest rozkładanie obserwowanego sygnału radiowego na czynniki pierwsze. Wyobraźmy sobie domowy odbiornik radiowy: kiedy szukamy ulubionej rozgłośni, to przeskakujemy z jednej stacji na drugą. Autokorelator działa natomiast tak, jakbyśmy jednocześnie słuchali 16 tys. programów radiowych, nie gubiąc przy tym żadnej informacji.

Używając tego urządzenia radioastronomowie przeszukali spory – obejmujący 300 tarcz Księżyca w pełni – obszar nieba w płaszczyźnie Drogi Mlecznej obserwując głównie masery metanolowe (są one bardzo jasne, więc łatwe do obserwacji). Dzięki temu stanowią znakomity wskaźnik miejsc formowania się nie tylko młodych, masywnych gwiazd, lecz także układów planetarnych. Z kolei używając interferometru VLBI można powiększyć obraz i zajrzeć do wnętrza dysku materii, w centrum którego wylęga się gwiazda, a wokół niej formują się planety. – Jesteśmy w stanie wyznaczyć przestrzenną orientację, prędkość rotacji i temperaturę takiego dysku oraz obserwować jego ewolucję – mówi prof. Kus.

Jaka będzie przyszłość toruńskich badań nad maserami? Naturalną potrzebą staje się budowa większego radioteleskopu. W tym celu trzeba będzie zapewne sięgnąć po fundusze europejskie. – Mam nadzieję, że wyniki naszej pracy – a jesteśmy na początku drogi – stworzą sprzyjający klimat dla takiej inwestycji. Dużych instrumentów nie powstaje wiele, zatem możemy zakładać, iż radioteleskop klasy stumetrowej pozwoliłby nam wejść do światowej elity radioastronomicznej na najbliższe pół wieku – odpowiada prof. Kus.

Piotr Majewski