Rentgenski žarki razkrivajo nasilno stran vesolja

Astronomi preučujejo svetlobo iz celega elektromagnetnega spektra, da bi sestavili zgodbo o vesolju. Rentgenska astronomija gleda na svetlobo visoke energije, kratke valovne dolžine – več kot 40-krat manjšo od najkrajše valovne dolžine, ki jo naše oči lahko zaznajo. Ta svetloba, ki jo oddaja plin, segret na milijone stopinj, omogoča vpogled v ekstremna okolja, kot so črne luknje, nevtronske zvezde in trkajoče galaksije.

Milijon stopinj plina je mogoče najti po vsem vesolju. V rentgenskih binarnih sistemih nevtronska zvezda ali črna luknja – zelo gost ostanek mrtve masivne zvezde – kroži okoli druge zvezde in krade plin svojemu spremljevalcu. Ukradeni plin se ujame v disk, ki se vrti okoli zvezdnega ostanka. Intenzivna gravitacija nevtronske zvezde ali črne luknje pospeši spiralni plin do velikih hitrosti, segreje material v disku na ekstremne temperature in povzroči, da sveti v rentgenski svetlobi.

Vsakič, ko se medzvezdni plin hitro stisne, se lahko dovolj segreje, da oddaja rentgenske žarke. Udarna fronta supernove lahko pošlje val rentgenskih žarkov, ki valovi skozi vesolje. Rentgenski žarki prežemajo tudi galaktične kopice – največje strukture v vesolju. V galaktični kopici na tisoče galaksij pleše ena okoli druge, združene zaradi medsebojne gravitacijske privlačnosti. Trki med galaksijami članicami so precej pogosti. Energija, ki se sprosti v teh titanskih spopadih, je dovolj za segrevanje tankega plina, ki prežema grozd. Ko jih opazujemo z rentgenskimi teleskopi, se zdijo galaktične kopice obdane z razpršenim rentgenskim sijem. Proučevanje rentgenskih žarkov lahko astronomom pove veliko o razvoju galaksij in naravi izmuzljive »temne snovi«, ki povezuje kopico.

Rentgenski teleskop Chandra je ujel to sliko vročega plina (zelenega) v jedru 2,4 milijarde svetlobnih let oddaljene galaktične jate Abell 520. Plina v milijon stopinj je dokaz nedavnega velikega trka znotraj jate. Zasluge: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (Univerza v Kaliforniji, Davis) in A. Mahdavi (San Francisco State University)

Težava s kozmičnimi rentgenskimi žarki je, da nikoli ne pridejo na površje Zemlje. Atmosfera našega planeta je zelo učinkovita pri absorbiranju vhodnih rentgenskih žarkov. To je dobra novica za nas, saj je trajna izpostavljenost tako visokoenergijski svetlobi smrtonosna. Toda to pomeni, da se morate, če želite preučevati rentgensko vesolje, dvigniti nad atmosfero.

Prvi poskus odkrivanja nezemeljskih virov rentgenskih žarkov se je zgodil z izstrelitvijo rakete leta 1949 v puščavah Nove Mehike. Detektorji v raketi so zaznali rentgenske žarke, ki so prihajali s sonca. Zdaj je sonce samo po sebi zelo šibek oddajnik rentgenskih žarkov. Pri razmeroma hladni temperaturi 'le' 6000 stopinj Celzija se večina njegove energije izloči kot vidna svetloba. Raketa je zaznala plazemski mehurček milijon stopinj, ki obdaja sonce: njegovo korono. Zakaj je plin okoli sonca bolj vroč od sonca, je dolgoletno vprašanje astrofizike. Obstaja veliko idej, kot so električni tokovi, ki jih ustvarjajo magnetna polja, vendar nobena ni povsem zadovoljiva.

Kako izgleda sonce z rentgenskim teleskopom. Posneta s satelitom Yohkoh, slika prikazuje korono: žarečo plazmo milijon stopinj, ki obdaja sonce. Zasluge: Yohkoh (prek Wikipedije)

Več raket, izstreljenih v zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja, je naletelo na rentgenske žarke, ki so prihajali izven sončnega sistema. Eksperiment iz leta 1962 je zabeležil rentgenske žarke, ki prihajajo od nekje v ozvezdju Škorpijona. Izkazalo se je, da je vir, poimenovan Scorpius X-1, nevtronska zvezda, oddaljena 9000 svetlobnih let, ki kroži okoli druge zvezde. Pregreti plin, ki je padel na nevtronsko zvezdo, je sproščal 60.000-krat več energije samo v rentgenskih žarkih kot vse valovne dolžine svetlobe, ki jo oddaja sonce!

Sondirne rakete so leta 1964 odkrile še en zelo nenavaden rentgenski objekt v ozvezdju Laboda Laboda. Cygnus X-1 ni bil le rentgenski dvojček, ampak prvo potrjeno opazovanje črne luknje – ostanka jedra supermasivne zvezde, katere gravitacija je tako intenzivna, da ne more več oddajati svetlobe. Na razdalji 6100 svetlobnih let od Zemlje je Cygnus X-1 spremljevalec črne luknje modrega supergiganta. Z merjenjem, kako hitro se modra zvezda vrti v vesolju, so astronomi lahko ugotovili, da črna luknja vsebuje maso 15 sonc! Ker črne luknje ne oddajajo nobene lastne svetlobe, je to eden od edinih načinov, kako lahko astronomi locirajo in preučujejo ta zelo čudna in slabo razumljena bitja.

Umetnikova upodobitev Cygnus X-1: črna luknja, ki črpa plin iz krožeče modre supergigantske zvezde. Ko plin pade v črno luknjo, se segreje na več kot milijon stopinj in oddaja rentgenske žarke. Oba sta oddaljena 6100 svetlobnih let v ozvezdju Laboda. Zasluge: NASA/ESA

Težava z zvočnimi raketami je, da so nad atmosfero le nekaj minut. To astronomom omejuje samo hiter pogled na rentgensko nebo. Uvedba rentgenskih teleskopov na satelite, ki krožijo okoli Zemlje v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, je vse to spremenila. V vmesnih desetletjih so raziskovalci odkrili nebo, posejano s pikami rentgenske svetlobe: mesta nevtronskih zvezd in črnih lukenj. Bližje domu so sateliti razkrili rentgenski sij, ki sega z vsega neba. Tisto, kar vidijo, je notranjost ogromnega plinskega mehurčka – 300 svetlobnih let v premeru – v katerem se nahaja sončni sistem. Poimenovan »Lokalni mehurček«, je najverjetneje zelo starodavni znak eksplozije supernove, ki je pretresla regijo pred približno 20 milijoni let. Kako bi to izgledalo našim prednikom na bolj primitivni Zemlji?

Sestavljena slika ostanka supernove, RCW 86. Rentgenski žarki so prikazani v modri in zeleni barvi, infrardeča svetloba v rumeni in rdeči. Slika prikazuje ostanke supernove, ki so jo leta 185 n. Rentgenski mehurček ima zdaj premer 85 svetlobnih let. Rentgenski kredit: NASA/CXC/SAO & ESA; Infrardeči kredit: NASA/JPL-Caltech/B. Williams (NCSU)

Rentgenski teleskopi razkrivajo skrito in zelo energično vesolje. Sledijo medzvezdnim in medgalaktičnim tokovom plina, segretim na milijone stopinj. Skozi nevtronske zvezde in črne luknje, udarne valove supernove in trkajoče galaksije relativno nedavno odkritje nezemeljskih virov rentgenskih žarkov omogoča astronomom raziskovanje nekaterih najbolj ekstremnih okolij v našem vesolju.