KO ČEKA TAJ DOČEKA

U prvoj polovini XVIII veka u Londonu je živeo i radio lekar po imenu John Bevis. Premda je svoju egzistenciju vezao za medicinu, hobi su mu bile druge stvari, u prvom redu astronomija (kako mi to zvuči poznato...). Bio je prilično uspešan i tražen u svom poslu ali je potpuno zadovoljstvo našao kad je napravio sopstvenu opservatoriju i dan posvetio medicini a noć nebesima. Fanatična upornost koja ga je krasila je tu dala prave rezultate: Bevis je bio u stanju da za samo jednu noć izmeri i pribeleži meridijanske tranzite za 160 zvezda. Kapa dole, dakle.

Logično je bilo da toliki materijal treba nekako da bude pametnije iskorišćen, ne samo da čami u fijoci. Bivis se poduhvatio izrade velikog zvezdanog kataloga koji bi se zvao Uranographia Britannica. Naravno da je on dobrim delom bio inspirisan Bajerovim radom, čak su i ploče (52 ukupno) bile gotove tj izgravirane kada je izdavač odjednom bankrotirao. Ploče je zaplenio sud i sav rad je propao.

Bivis je onda već bio poznat u naučnim krugovima, ali je pravi prodor u mejnstrim učinjen kad ga je lokalni prodavac duvana Thomas Hughes zamolio da otkrije zašto u njegovoj bašti ne raste cveće. Doktor je ustanovio da u vodi ima toliko gvožđa da bi to ubilo bilo koju biljku i ubrzo su Hjuzovi radnici kopali novi bunar na drugom mestu. Ovog puta voda je bila bolja za biljke ali je i dalje kod ljudi izazivala proliv. Hjuz je bio veoma sposoban u svom poslu i na mesto bašte je nastala banja koja leči zatvor i ostale crevne smetnje, biznis je eksplodirao i mesto je postalo poznato kao stecište bogatih, voda se prodavala za piće i sveukupno je nastao brend poznat celom tadašnjem Londonu. Imajući u vidu da je London tad bio uskraćen za vodovod i generalno prezagađen, čista voda za piće je bila tražen resurs i - Bivis je izabran u članstvo tamošnje Akademije, odnosno u Kraljevsko Društvo.

Novopečeni akademik je nastavio da se bavi astronomijom; preporuka da bude uopšte izabran je bilo dosta: katalog zvezda, banja, otkriće magline M1... Ovde treba ostaviti njegovu biografiju i preći na ono što je cilj današnjeg posta: 

Messier je spremno prihvatio ovo otkriće nekoliko decenija kasnije i stavio ga u svoj katalog na prvo mesto. Međutim nije to sve proteklo glatko: doktor je zapravo 1758. očekivao povratak tzv Velike komete (1P/Halley) i isprva je mislio da je M1 kometa. Bilo je tu dosta simbolike jer je brkanje komete i magline M1 bilo zagarantovano ako bi neko neupućen prvi put pogledao kroz teleskop; pravu prirodu razrešava samo dodatno posmatranje narednih dana koje pokazuje da se maglina ne kreće. Upravo da bi se izbeglo mukotrpno višednevno proveravanje, a posledično i da bi se ubrzao astronomski rad, Messier je velikodušno astronomskom svetu dao svoj katalog onoga što nisu komete. Bolje je za sve nas prvo proveriti u katalogu nego glupirati se navodnim otkrićem. 

I tako su prolazili dani, naučni rad veselog doktora se nastavio sa šarolikim temama, malo o tretmanu polnih bolesti, malo o tranzitima Jupiterovih satelita.  Nije pisao jedino o ljudima sa plavim očima i sa koje planete oni potiču, jer je ipak on imao prilično ozbiljnu naučnu reputaciju a u to vreme se ta reputacija nije tako olako bacala iz raznoraznih lukrativnih razloga, kao možda danas. To je i najbolji dokaz da Bivis u svom profesionalnom radu nije pripadao kategoriji prodavaca magle, kojih svakako ima podjednako u svim profesijama, nauci takođe. Inače, Bivis je umro tako što je pao sa teleskopa kojim je merio visinu Sunca nad lokalnim meridijanom. Premda nije jedini astronom koji je tako završio, bio je prvi; uteha je bila što je za to vreme doživeo nezapamćenu starost od 76 godina - tačno onoliko koliko je njegov poznanik Halley prethodno odredio za period obilaska Velike komete oko Sunca.

A kad je već reč o kometama, Bivis je prvi uočio Veliku kometu 1744 i to je opisao kao glavu komete veću od Jupitera, i sjaj uporediv sa zvezdom druge magitude. Ova kometa je nakon toga postala jedna od najsjajnijih u ljudskoj istoriji, imala je šestostruki rep što pre toga, a zapravo ni posle, nije viđeno. Naravno da je sa druge strane Kanala trinaestogodišnji Messier ovo posmatrao otvorenih usta, i verovatno je baš to bilo presudno za njegov kasniji izbor zanimanja.

Međutim, ako neko misli (kao što se u Srednjem veku mislilo) da su svi nebeski objekti večni i nepromenljivi, mogao bi vrlo lako da doživi razočarenje kad je u pitanju M1. Ova maglina je zapravo veoma mlada i u vreme otkrića bila je sigurno bar za jednu trećinu manjeg prečnika nego danas, a samim tim i većeg površinskog sjaja. Bilo je, dakle, mnogo lakše uočiti je, premda to ni danas nije problem, čak ni u najmanjim amaterskim teleskopima pod prosečnim (ne i gradskim!) nebom. Zapravo, vidljiva je i pomoću 10x50 dvogleda. Osim toga, ako pogledate crtež lorda Rosse-a, videćete da maglina izgleda kao rak, premda nama danas to uopšte nije prva asocijacija, ni vizuelno, ni fotografski. Ostali Parsonsovi crteži (npr M51) su vrlo tačni, pa bi bilo ispravno zaključiti da se maglina itekako menjala s vremenom. Ova promena, premda više prečnika nego oblika magline je postala veoma upečatljiva sa uvođenjem fotografije u astronomsku praksu. Američki astronom Dankan je 1921. godine konstatovao širenje a prvi je stisnuo petlju da poveže supernovu iz 1054. sa maglinom Edvin Habl. Verovatno je to što je tog puta bio u pravu uticalo da kasnije ima hrabrosti da zastupa hrabre ideje koje baš i nisu bile prihvaćene u redovno konzervativnom establišmentu. Položaj smo danju imali samo orijentacioni, videlo se da je posred Zodijaka ali u jesen se već precizno videlo da u sazvežđu Bika imamo "gostujuću zvezdu", kako je to tad zapisano, dakle, položaj nije bio sporan i eto kako je priča počela oko otkrića porekla magline.

Godine 1054, dakle u vreme velikog crkvenog raskola, a što zasigurno nije imalo veze sa tim, pojavila se nova zvezda usred bela dana. To se desilo verovatno u aprilu ili maju; interesantno je da su to jedino zabeležili revnosni kineski hroničari; arapski nisu a tek evropski su imali preča posla oko raskola. Zvezda je bila sjajnija od svih ostalih, sjajnija od Venere (premda ne mnogo) i jedino je pun Mesec bio sjajniji. Ovde treba napomenuti da Venera dostiže otprilike oko -4.2mag, ali je procena nove zvezde bila između Venerinih -4 i -7mag. Vrlo brzo je ova zvezda nestala sa dnevnog neba, ali je dve godine ipak ostala vidljiva na noćnom nebu sve dok nije potpuno nestala za golo ljudsko oko.

Tridesetih godina prošlog veka su krenule dileme koja je centralna zvezda ove planetarne magline, kako se tad verovalo - premda nije planetarna već ostatak eksplozije supernove. A zapravo bi najtačnije bilo reći da je to pulsar nebula, odnosno nešto što je nastalo izbacivanjem materijala sa polova pulsara; ovo je relativno kratkotrajna faza jer ni pulsari ne emituju beskonačno. Nije ih mnogo poznato, premda su par njih svakako spektakularne: M1 i maglina u južnom sazvežđu Jedro (Vela Supernova Remnant).

Ono što je bitno to je da ovo nisu klasične emisione ili planetarne magline - one su zaista nastale radom pulsara. Pulsar usled svoje veoma brze rotacije i enormno jakog magnetnog polja izbacuje kroz polove vrelu plazmu, i to tako da ona ima brzinu koja je jedan značajan deo brzine svetlosti (tzv. relativistička brzina). Na ovim brzinama se dešavaju čudne promene sa materijom koja se kreće: vreme se usporava, dužina se smanjuje i masa raste. Ovo je opisano kroz Lorencov faktor koji raste sa brzinom i definiše kad i koliko nastupaju ovi efekti. Hendrik Lorentz je bio holandski fizičar koji je sa Peter Zeeman-om podelio Nobelovu nagradu za otkriće Zimanovog efekta. U osnovi, fizika celog XIX veka se bavila apstraktnom konstrukcijom zvanom eter, koja im je pomagala da, koliko toliko, objasne gomilu novootkrivenih fenomena i pojava u fizici. Treba imati u vidu da se tad štošta empirijski znalo o elektricitetu i magnetizmu a da se nije znalo ništa o elektronima, fotonima niti uopšte o strukturi atoma. Takav raskorak je bio idealan za pojavu etera kao medijuma koji prenosi svetlost, pa se onda sto godina špekulisalo da li je eter stacionaran, ili se potpuno kreće sa Zemljom/Suncem, ili se kreće malo, jel utiče ili ne utiče na sabiranje brzine svetlosti, itd...

Lorencova eterska teorija (LET) je bila poslednja u nizu koja je sadržavala eter u svojoj teorijskoj konstrukciji. Apsurdna je koincidencija da je deo oko gorepomenutih relativističkih efekata Ajnštajn prepoznao i kasnije ugradio u svoje shvatanje i mi to danas prihvatamo kao bitan deo Teorije relativiteta - većina i ne znajući da taj deo vuče poreklo direktno iz LET.  

Sama M1 se nalazi u Persejevoj grani Mlečnog Puta (to je jedna od dve glavne grane Galaksije; druga je Scutum-Sagittarius) i naziv nema mnogo veze sa sazvežđem Perseja, jer se dotična grana, apsurdno, pruža nekih 180 stepeni oko nas. Sazvežđe Perseja je neki približni centar gde se otprilike sredina ove grane gledano iz Sunčevog Sistema nalazi.

Jedna devojka, Jocelyn Bell, drznula se da studira fiziku u Glazgovu i onda da doktorira na Kembridžu. U to vreme (Engleska šezdesetih) je to ipak bila retkost; za devojke se tehničke nauke nisu preporučivale bez obzira na volju ili talenat. Čak se i smatralo da žena ne treba da radi ako ima decu, svi su se pitali da li su njeni roditelji toliko siromašni da ne mogu da pomognu, kad već muž ne može; nego eto, ona mora da se maltretira po raznoraznim opservatorijama i institutima.

A kad je dotična otkrila prvi pulsar, niko joj tek tada nije verovao. U to vreme je Kembridž imao radio-teleskop površine hektar ipo; to je bila najobičnija hrpa žica toliko iprepletanih da travu između njih nije bilo moguće pokositi, već je taj posao obavljalo stado ovaca. Gospođica Bell je imala zadatak da svake noći pregleda trideset metara traka svega mogućeg snimljenog na severnom nebu i ubrzo je uspela da izdvoji neke sumnjive periodične signale u sazvežđu Vulpecula. Šef projekta, Antony Hewish, dugo nije hteo da čuje za bilo kakve nove kategorije nebeskih objekata, po njemu je sve to bila ljudska interferencija ili jednostavno scintilacija (projekat se i zvao zapravo "Interplanetary Scintillation Array"). Istog momenta je konkurent Fred Hojl ispravno zaključio da je reč o brzo rotirajućim neutronskim zvezdama. Kad je konačno prihvatio da je nešto otkriveno, Bell je izvisila za Nobelovu nagradu koju je dobio njen šef, uz kontroverze koje traju do danas, a zasigurno je da će trajati i nadalje. Međutim, jedna od retkih žena u astronomiji, usto još i student postdiplomac - u konzervativnom sistemu kao što je britanski još je i dobro prošla. Mogli su da joj daju da čuva ovce a ne da se pravi pametna sa kojekakvim otkrićima kad već šef to nije otkrio. Nobelov Komitet se u to vreme svakako nije mnogo razlikovao u mizoginim shvatanjima, otud i izostanak nagrade.

A kada smo već kod onoga koji je otkrio pulsare, vredi reći da je gospođa Bell Burnell ispričala još jednu anegdotu o pulsarima, odnosno o tome kako se ženama nije verovalo. Na pitanje novinara da li je ona bila prva žena koja je ugledala pulsar, odgovorila je da je pedesetih na teleskopu Univerziteta Čikago bilo je otvoreno veče i posmatrala se maglina M1. Jedna žena je insistirala da vidi veoma brzo treperenje jedne od zvezda u maglini koja je imala magnitudu ispod 16mag. Astronom koji je tu bio prisutan je ovo odbacio i naveo da se radi o scintilaciji - mada je žena insistirala da zna šta je scintilacija i da ovde to nije slučaj, kao i da je kao pilot prošla obuku na kojoj je, uz ostale optičke efekte, bilo reči i o scintilaciji. 

Scintilacija je sama po sebi haotična, nepravilnog ritma i amplitude oscilacije sjaja. Ovo je bilo nešto sasvim drugačije, kao stroboskop u diskoteci. Zapanjujuća je stvar da je ta neimenovana žena verovatno jedno od prvih ljudskih bića u istoriji koje je videlo pulsar.

Frekvencija Crab pulsara je oko 30Hz, brzina tog treperenja se može videti na ovom linku:  30Hz

Mnogi ljudi izuzetno oštrog vida bi na teleskopu veće aperture mogli vizuelno uočiti ovo treperenje. Ono što se vidi velikim teleskopima, može se fotografisati manjim. Evo kako izgleda ovaj pulsar u zelenom kanalu:

Zvezda magnitude 16.5mag je ovde označena zelenim linijama. Međutim, na snimku zvezda ima dosta niži sjaj, pošto pulsar samo u momentu svog emitovanja ima taj sjaj; najveći deo vremena pulsar je potpuno nevidljiv. Zato je kod mene pulsar na granici detekcije, a to što je priljubljen uz dosta sjajniju zvezdu sasvim sigurno ne olakšava detekciju. Evo deset puta uvećanog isečka:

Sam pulsar je, kao što rekosmo, neutronska zvezda. Čista je slučajnost da njeni polovi emituju u našem pravcu, da ovo nije slučaj mi nikad ne bismo bili u stanju nikakvu detekciju da izvršimo. Međutim, kako je pulsar nastao? Koja je bila priroda progenitorske zvezde?

Ukratko o supernovama: postoje dva tipa eksplodirajućih zvezda, beli patuljci i masivne zvezde. Beli patuljak može nagomilati masu gasa sa prateće dvojne zvezde, tako da ta masa pređe neku uobičajenu granicu koja označava koliko beli patuljak može da postoji i da bude stabilan. Čandrasekarova granica je u pitanju i iznosi 1.4 mase Sunca. Ovo je tip Ia i one ne produkuju pulsare, tako da prelazimo na sledeću grupu.

Masivne zvezde sa masom iznad 8 Sunčevih takođe ekslpodiraju; a ispod 8 masa evoluiraju kao planetarne magline. Dakle, masivnije zvezde produkuju Tip b/c i Tip II supernova i jedini problem je što prilikom sopstvenog kolapsa, odnosno posledične eksplozije supernove, proizvode maglinu sa sasvim drugim hemijskim sastavom od onog koji je detektovan u M1. Sve ukazuje da je naš pulsar nastao kolapsom masivne zvezde, ali ima jedan problem - kad se preračuna masa neutronske zvezde tj pulsara, i sabere sa masom magline M1, nikako se ne dolazi do minimalno potrebnih osam Sunčevih masa. Tačnije, trebalo bi nam za M1 kako stvari teorijski stoje 9-11 masa. Trenutno maglinu i pulsar procenjujemo na dve do tri Sunčeve mase a sam pulsar na 1.4-2. Pretpostavka da je progenitorska zvezda oduvala veći deo svoje mase (kao što to čine Volf-Rejetove zvezde) pada u vodu jer ništa nije otkriveno, nikakav balon gasova i materije koji od 1054. godine do danas, da postoji, ne bi mogao mnogo daleko da ode.

Postoji više predloženih nuklearnih mehanizama kako se zapravo odvija kolaps jezgra u procesu nastanka supernove. Jedan od njih je i preuzimanje elektrona: radi se o mehanizmu gde jezgro stabilnog atoma preuzima jedan elektron iz omotača, obično sa K ili L orbitale. Tom prilikom jedan proton se posledično pretvara u neutron, a sledi emisija elektronskog neutrina. Celokupnu energiju odnosi dotični neutrino, a svi znamo da eksplozija supernove predstavlja ogromnu neutrinsku emisiju još pre nego što je eksplozija bila vidljiva. Posledice za novonastali atom mogu biti svakakve u pokušaju da dostigne stabilno stanje; od emisije gama zraka do emisije jednog elektrona iz omotača, tzv. Ožeovog elektrona. I sve ovo ne bi bilo toliko bitno da, po najnovijim pretpostavkama, M1 pulsar zapravo nije idealan kandidat za supernovu nastalu dominantno procesom preuzimanja elektrona, toliko idealan da postoji ideja da ovaj objekat bude uzet kao prototip supernova nastalih preuzimanjem elektrona.

Ipak ima neke kosmičke pravde. Gospođa Bell Burnell je 2018. godine dobila nagradu koju dodeljuje fond ruskog investitora Jurija Milnera, između ostalog po obrazovanju fizičara; od 3 miliona dolara. To je dvostruko više od onoga što dobijaju nobelovci. Od srca se nadam da je bakica Bell Burnell kupila bar jedan Ferari, makar vozila samo do pijace.

Ko čeka taj dočeka.