Ce este cel mai dens obiect din univers? Cel mai strălucitor? Cel mai zgomotos? În noua sa carte Extreme Cosmos (Perigee, 2012), astronomul Bryan Gaensler dezvăluie deținătorii recordurilor cosmice ale acestor titluri și ale multor altora. Într-un fragment de mai jos, din capitolul „Extremele temperaturii”, Gaensler explică fizica din spatele unora dintre cele mai fierbinți stele cunoscute:
Știm cu toții că, dacă încălziți ceva, acesta strălucește. Un vătrai în foc strălucește într-un portocaliu sau roșu stins, în timp ce un bec convențional (cu incandescență) funcționează prin încălzirea unui filament de tungsten la câteva mii de grade, astfel încât acesta strălucește în galben sau alb. Acestea sunt cazuri speciale ale unui proces universal explicat pentru prima dată în mod corespunzător de fizicianul german Max Planck: Practic, orice obiect (fie că se află pe Pământ sau în spațiu) radiază lumină, iar culoarea acestei lumini este legată de temperatura obiectului.
Putem vedea acest efect, cunoscut sub numele de „legea lui Planck a radiației corpului negru”, în acțiune ori de câte ori ne uităm la diferitele culori ale stelelor. Soarele nostru este o stea rezonabil de medie. Temperatura suprafeței sale de 9.900 de grade F rezultă într-o lumină gălbuie, exact așa cum prevăd ecuațiile lui Planck.
Betelgeuse, o stea strălucitoare din constelația Orion, este mult mai rece, aproximativ 6.900 de grade F, și astfel, chiar și cu ochiul liber, are o nuanță roșie ușor de identificat. Cea mai strălucitoare stea de pe cerul nopții, Sirius (cunoscută și sub numele de „Steaua Câinelui”), are o temperatură de suprafață de aproximativ 18.000 de grade F, ceea ce îi conferă nuanța albăstruie.
Dar există și alte stele, invizibile cu ochiul liber, care sunt mult mai fierbinți decât Sirius. După cum vom vedea puțin mai târziu în acest capitol, adevărata acțiune se petrece în adâncul nucleului unei stele, unde furia fuziunii nucleare generează toată căldura și lumina unei stele timp de până la miliarde de ani. Dar, atunci când o stea tipică își epuizează în cele din urmă tot combustibilul, ea aruncă majoritatea straturilor sale exterioare într-o coajă de gaz care se extinde încet, expunând nucleul central. Acest nucleu, o mică minge densă de heliu, carbon și elemente mai grele, nu mai arde niciun gaz prin fuziune nucleară, dar este încă incredibil de fierbinte. Această scânteie muribundă, cunoscută sub numele de „pitică albă”, se numără acum printre cele mai fierbinți stele din Univers, atât de fierbinte încât luminează învelișul înconjurător de gaz expulzat pentru a forma un rafinat nor strălucitor cunoscut sub numele de „nebuloasă planetară”.”
Atunci cât de fierbinte este o pitică albă nou formată? Actualul deținător al recordului se află în inima unei frumoase nebuloase planetare. Acest nor de gaz incandescent, denumit de astronomi „NGC 6537”, dar mai cunoscut sub numele de „Nebuloasa Păianjenului Roșu”, se află la aproximativ 2.000 de ani-lumină distanță, spre constelația Sagittarius. (Un an-lumină este distanța pe care o poți parcurge într-un an dacă te deplasezi cu viteza luminii, în total puțin sub 6 trilioane de mile. Așadar, 2.000 de ani-lumină înseamnă aproximativ 12.000 de trilioane de mile!)
Pe tot parcursul secolului al XX-lea, pitica albă centrală din Nebuloasa Păianjenul Roșu a scăpat de detectare, iar temperatura sa a rămas necunoscută. Există două motive pentru care astfel de stele sunt atât de greu de observat. În primul rând, ele sunt obiecte minuscule îngropate chiar în centrul unor nori înconjurători strălucitori și luminoși. Adesea, luminozitatea și complexitatea unei nebuloase planetare ascunde steaua sa centrală de vedere.
Dar celălalt motiv este că, în mod paradoxal, căldura extremă a stelei însăși face ca steaua să fie aproape invizibilă. După cum am văzut mai sus, legea lui Planck a radiației corpului negru dictează că temperatura unui obiect îi determină culoarea. Sirius, cu suprafața sa la o temperatură de 18.000 de grade F, este atât de fierbinte încât strălucește albastru.
Ce se întâmplă dacă o stea este chiar mai fierbinte decât Sirius albastru? În astfel de cazuri, legea lui Planck se aplică în continuare, dar strălucirea rezultată va fi de o culoare dincolo de gama la care ochii noștri sau telescoapele obișnuite sunt sensibile. În special, obiectele mult mai fierbinți decât Sirius vor străluci în lumină ultravioletă sau în raze X. Temperaturile diferite și legătura lor cu culoarea prin intermediul legii radiației corpului negru dezvăluie faptul că fenomenele aparent distincte, cum ar fi lumina ultravioletă și razele X, sunt de fapt doar părți ale spectrului electromagnetic larg. Spectrul electromagnetic descrie o întreagă gamă de culori diferite, mult dincolo de fărâmă de lumină pe care o putem vedea cu ochii noștri.
Așa că piticele albe sunt îngropate adânc în nebuloasele lor planetare și sunt atât de fierbinți încât nu emit prea multă lumină vizibilă, dar în schimb radiază în principal în părțile ultraviolete și cu raze X ale spectrului. Prin urmare, nu este prea surprinzător faptul că steaua supraîncălzită din centrul nebuloasei Red Spider a rămas nevăzută timp de multe decenii. Această situație s-a încheiat în cele din urmă în 2005, când Mikako Matsuura și colegii săi au folosit puternicul telescop spațial Hubble, aflat pe orbită deasupra atmosferei Pământului, pentru a identifica o mică pată de lumină care corespunde piticului alb din inima Păianjenului Roșu. În acest studiu și în studiile ulterioare, astronomii au reușit să măsoare cu precizie culoarea stelei, iar apoi au folosit legea lui Planck a radiației corpului negru pentru a-i calcula temperatura.
Rezultatele sunt uimitoare – temperatura de suprafață a stelei din centrul nebuloasei Păianjenul Roșu este incredibil de mare – 540.000 de grade F, de peste 50 de ori mai fierbinte decât Soarele și de 30 de ori mai fierbinte decât puternicul Sirius.
Această stea uimitoare, cu temperatura sa extremă și cu nebuloasa strălucitoare spectaculoasă care o înconjoară, este mai mult decât un simplu interes academic. Pentru că, uitându-ne la Păianjenul Roșu, vedem soarta noastră viitoare. Peste aproximativ 5 miliarde de ani, și Soarele va rămâne fără combustibil și își va pierde în mod similar straturile exterioare. Tot ceea ce va rămâne din steaua noastră și din sistemul său solar va fi o frumoasă nebuloasă planetară, luminată de o pitică albă intens încinsă în centrul său.
Imprimat din Extreme Cosmos de Bryan Gaensler prin acord cu Perigee, un membru al Penguin Group (USA) Inc., Copyright (c) 2011 by Bryan Gaensler.