Co słychać w kosmosie? Jak zawsze – sytuacja jest dynamiczna, ciągle coś się zmienia, rośnie, zanika albo daje się odkryć naukowcom. Sprawdzamy!

Na początek zagadka. Co to jest: małe, masywne, stare i nie wiadomo, czy istnieje? Oczywiście – pierwotna czarna dziura. Obiekty takie mogą mieć rozmiar protonu przy masie wynoszącej kilkaset milionów ton. Należą do bardzo wiekowych, bo narodziły się w pierwszej sekundzie po Wielkim Wybuchu. Poza tym nie ma pewności, czy istnieją, gdyż na razie są to byty hipotetyczne.

Zwykłe, czyli gwiazdowe, czarne dziury są pozostałością wielkich gwiazd, dlatego ich masa może wynosić od 10 do 100 mas Słońca. Ale w przypadku pierwotnych czarnych dziur takich ograniczeń już nie ma. Mogą być gigantyczne, ale też (co w tym miejscu bardziej nas interesuje) zupełnie malutkie.

Takie maleństwa – wielkości protonu, choć ważące tyle co duża asteroida – rozproszone są po wszechświecie i latają zawrotnie prędko. Siłą rzeczy muszą także raz na jakiś czas wlecieć w przestrzeń Układu Słonecznego. Może więc dałoby się ich obecność jakoś wykryć?Owszem, dałoby się. Tak przynajmniej uważają naukowcy z Massachusetts Institute of Technology. Ponieważ pierwotne czarne dziury mimo swoich tycich rozmiarów są bardzo masywne, ich przelot wywołałby zaburzenie w orbitach planet, co najłatwiej będzie odnotować, uważnie przyglądając się orbicie Marsa.

Informacja

Z ostatniej chwili! To trzecia z Twoich pięciu treści dostępnych bezpłatnie w tym miesiącu. Słuchaj i czytaj bez ograniczeń – zapraszamy do prenumeraty cyfrowej!

Subskrybuj

Jak twierdzi Benjamin Lehmann z MIT, pierwotna czarna dziura przelatuje przez wewnętrzny Układ Słoneczny mniej więcej raz na 10 lat. Wystarczy, że minie Marsa w odległości kilkuset milionów kilometrów, żeby orbita planety wybrzuszyła się na metr. To oczywiście niedużo jak na międzyplanetarne miary, lecz technika osiągnęła już dziś taki poziom, że jest w stanie takie odkształcenie wykryć.

W następnym kroku trzeba będzie orzec, czy za wybrzuszenie nie odpowiada zwykła asteroida. Jednak i to, według ekspertów z MIT, da się zrobić. Jeżeli pierwotne czarne dziury wlatują do Układu Słonecznego, robią to z olbrzymią prędkością – około 240 km/s. Asteroidy tak nie pędzą. Różnica będzie też widoczna w płaszczyźnie ruchu. W sumie więc takie dziury można wykryć, sprytnie używając Marsa jako przedłużenia aparatury badawczej. I gdyby się to udało, byłoby wydarzeniem wielkiej wagi, ponieważ przyczyniłoby się do rozwiązania jednej z największych zagadek dzisiejszej astronomii: tajemnicy ciemnej materii.

Ciemnej materii nie widać, można tylko zauważyć jej grawitacyjne oddziaływanie, które ma wpływ na ruch galaktyk. Z wyliczeń wynika, że jest jej znacznie więcej niż zwykłej materii, ale co dokładnie się na nią składa, tego nie wiemy. Pierwotne czarne dziury są tu bardzo poważnymi kandydatkami.

Obserwacja marsjańskiej orbity nie jest jedynym możliwym sposobem na znalezienie maleńkich pierwotnych czarnych dziur. Dwaj fizycy, De-Chang Dai i Dejan Stojkovic, proponują inny, chyba jeszcze oryginalniejszy. Oto jak go opisali w wypowiedzi dla portalu Universe Today: „Jeśli asteroida, księżyc lub mała planeta (planetoida) mają ciekłe jądro otoczone stałą skorupą, wtedy mała pierwotna czarna dziura szybko (w ciągu kilku tygodni do miesięcy) pochłonie gęste, płynne jądro. Przy tym skorupa pozostanie nienaruszona, o ile materiał będzie wystarczająco mocny, by wytrzymać stres grawitacyjny. Jeżeli czarna dziura zostanie potem wyrzucona ze środka (z powodu zderzeń z innymi obiektami), zostanie pusta struktura, której gęstość będzie niższa niż gęstość skalistego obiektu z płynnym jądrem”.

De-Chang Dai i Dejan Stojkovic sugerują więc, że należałoby szukać pustych w środku, wyssanych przez małe czarne dziury asteroid. Mają też w zanadrzu inny sposób. Proponują wyszykowanie wielkich płyt polerowanego metalu i umieszczenie ich w jakimś dobrze odizolowanym miejscu. Maleńkie czarne dziury, przelatując przez te sztaby, zostawiałyby po sobie wąziutkie tuneliki, które – zdaniem badaczy – można by wykryć.

Podsumowując: widzimy wyraźnie, że naukowcy zagięli już parol na pierwotne czarne dziury i nie zamierzają odpuścić. Prędzej czy później, w taki czy inny sposób je wykryją, chyba że okażą się one na tyle sprytne, żeby po prostu nie istnieć. Wtedy nikt ich nie znajdzie.

***

Gdy Ziemia miała pierścień

Wężowidła, mszywioły, liliowce, wielkoraki, jeżowce, rozgwiazdy. Ślimaki, małżoraczki, koralowce, gąbki, hiolity i jednotarczowce. Stromatoporoidy, bezżuchwowce oraz – rzecz jasna – trylobity, z których największe mierzyły ponad 70 cm długości. Tak z grubsza prezentowała się fauna ziemska około 460 mln lat temu, czyli w okresie zwanym ordowikiem. Była to menażeria wyłącznie podmorska, ale za to niezwykle obfita, a swoją obfitość zawdzięczać mogła temu, co działo się wówczas na okołoziemskiej orbicie.

Zaczynając tę opowieść od początku: jakieś 466 mln lat temu w pole grawitacyjne Ziemi wleciała pokaźna asteroida. Nie dotarła na tyle blisko planety, by na nią spaść, jednak wystarczająco blisko, żeby pod wpływem sił pływowych rozpaść się na kawałki. Jak mówią naukowcy: przekroczyła granicę Roche’a.

W przypadku niezbyt mocno zbitej asteroidy granica Roche’a to według badaczy około 15 800 km nad powierzchnią Ziemi. Na tej wysokości kosmiczny przybysz rozleciał się na mniejsze i większe głazy. Powstał w ten sposób pierścień, który przez następne 40 mln lat unosił się na okołoziemskiej orbicie, stopniowo rzednąc – fragmenty, które się na niego składały, jeden po drugim opadały na naszą planetę – aż zniknął zupełnie.

Tak właśnie rzeczy się miały według teorii Andrew Tomkinsa i jego współpracowników z Uniwersytetu w Mo­nash. Naukowcy ci przeanalizowali rozmieszczenie wyjątkowo licznych kraterów uderzeniowych pochodzących z ordowiku. Wykonali detektywistyczną pracę, z której wynika, że ordowickie asteroidy spadały na Ziemię wzdłuż ziemskiego równika – mówimy o pracy detektywa, bo inne i położone gdzie indziej niż dziś były wówczas kontynenty. Najpotężniejszy ląd, Gondwana, zajmował jedną piątą powierzchni planety. Były też mniejsze kontynenty: Laurencja, Syberia i Bałtyka.

Zespół Tomkinsa pokazał, że ordowickie kratery występują obecnie na lądach, które około 470 mln lat temu znajdowały się pomiędzy 30°S (szerokości geograficznej południowej) a takim samym stopniem szerokości geograficznej północnej. Stąd wniosek, że meteoryty spadały na Ziemię z unoszącego się nad nią pierścienia (pierścienie unoszą się zawsze nad równikami planet).

Naukowcy zaznaczają, że bardzo podobna sytuacja – utworzenie się pierścienia, a następnie jego opadnięcie na planetę – zaistniała całkiem niedawno, bo 30 lat temu, po sąsiedzku, na Jowiszu. Mowa tu o komecie Shoemaker-Levy 9. Obiekt ten został przechwycony przez grawitację gazowego olbrzyma i po przekroczeniu granicy Roche’a rozpadł się na kawałki. Dwa lata fragmenty komety wędrowały po jowiszowej orbicie, zanim w końcu spadły.

Było to zdarzenie podobne do tego, o którym mówi hipoteza Tomkinsa, choć pod wieloma względami różne. Dodatkowy pierścień utrzymywał się nad Jowiszem tylko dwa lata, więc de facto jedno okrążenie. Ten ziemski przetrwał miliony lat. Kometa Shoemaker-Levy 9 miała 1,8 km średnicy. Ciało, które rozpadło się nad Ziemią, było kilka razy większe (10,5 do 12,5 km – czyli podobne do tego, które położyło kres dinozaurom).

Ziemski pierścień był też bez porównania bardziej zwarty. Czy do tego stopnia, by wywołać zmiany w ziemskim klimacie? Naukowcy z Monash twierdzą, że tak. Pierścień nad równikiem obniżył temperaturę na zimowej półkuli, na którą rzucał cień, zarazem odbijając światło w kierunku letniej półkuli, gdzie temperatura mogła nieznacznie wzrosnąć. Efekt chłodzący nasilał się jeszcze za sprawą pyłu, który unosił się w powietrzu w wyniku uderzeń fragmentów pierścienia w powierzchnię Ziemi.

W sumie więc zrobiło się zimniej, a dodatkowo różnica temperatury między latem a zimą wzrosła.

Według zespołu Tomkinsa właśnie wpływem tamtego pierścienia można wytłumaczyć epokę lodowcową, która nastała w ordowiku i trwała około 20 mln lat. W tym czasie temperatura na Ziemi obniżyła się o 8°C.

Niewykluczone, że pierścień odpowiada także za wzrost bioróżnorodności, który wystąpił w ordowiku – i znany jest jako GOBE (Great Ordovician Biodiversification Event). Owa intensyfikacja ewolucji miałaby nastąpić w wyniku wspomnianej różnicy temperatur między zimą a latem. Wężowidła, mszywioły, wielkoraki – wszystkie one swoją obfitość gatunkową zawdzięczać mogły właśnie ziemskiemu pierścieniowi.

***

Bezplanetowcy

Czy możliwe jest życie poza­ziemskie niezwiązane z żadną planetą, tylko unoszące się swobodnie w przestrzeni kosmicznej? – pytają Robin Wordsworth i Charles Co­ckell na łamach czasopisma „Astrobiology”. Jak najbardziej – odpowiadają sami sobie. Taka kolonia organizmów musiałaby egzystować w mocnej skorupie, która przynajmniej z jednej strony byłaby przezroczysta, aby wpuszczać świat­ło konieczne do procesów fotosyntezy. To samo światło zapewniałoby również niezbędne do życia ciepło dzięki efektowi cieplarnianemu.Wordsworth i Cockell wyliczyli nawet, że średnica takiej skorupy wynosiłaby najprawdopodobniej od 1 m do 100 m. Poddali też pomysł, jak taka kosmiczna organiczna szklarnia mogłaby powstać w sposób naturalny. Wyobraźmy sobie planetę, która powoli traci swoją atmo­sferę. W wyniku takiego pełzającego kataklizmu wywierana jest presja ewolucyjna na coraz szczelniejsze zamykanie się grup organizmów w przezroczystych skorupach. Wreszcie następuje zupełna izolacja.Jednak w jaki sposób takie kolonie katapultowałyby się potem w kosmos? Tego Wordsworth i Cockell już nie tłumaczą, ale ta wspaniała próbka wyobraźni, którą zaprezentowali na łamach „Astrobiology”, pozwala wierzyć, że kiedyś jakieś wyjaśnienie znajdą.

***

Dobre miejsce

Ziemia jest planetą zdatną do zamieszkania – ogłosili naukowcy z Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Badacze wysnuli taki wniosek na podstawie danych dostarczonych przez sondę Juice, której celem są księżyce Jowisza: Ganimedes, Callisto i Europa. W drodze ku tym odległym, mroźnym globom sonda skierowała swoje przyrządy pomiarowe w stronę Ziemi. I oto co się okazało – na trzeciej planecie Układu Słonecznego życie jest nie tylko możliwe, ale wręcz obecne!Naukowcy doszli do tej konkluzji dzięki zastosowaniu dwóch spektrometrów. Pierwszy określił skład ziemskiej atmo­sfery, wychwytując obecność m.in. takich substancji, jak woda, ozon i dwutlenek węgla. Drugi skoncentrował się na sześ­ciu kluczowych dla życia pierwiastkach: węglu, wodorze, azocie, tlenie, fosforze i siarce (czyli zestawie zwanym CHNOPS).Uzyskane dane świadczą o tym, że spektrometry działają prawidłowo i będzie można im zaufać podczas przelotu nad Ganimedesem, Callisto i Europą, gdzie sonda Juice ma szukać śladów obecności mikroorganizmów. Wynik badania oznacza też, że Ziemia jest wspaniałym, przyjaznym dla życia miejscem – tak mówią spektrometry, a one rzadko się mylą.

***

Wszechświat Shapleya

Ziemia jest planetą Układu Słonecznego, który znajduje się w galaktyce zwanej Drogą Mleczną, ta zaś jest częścią Grupy Lokalnej, która z kolei jest częścią Gromady w Pannie stanowiącej fragment Supergromady Lokalnej przynależącej do jeszcze większej supergromady znanej pod wdzięczną nazwą Laniakea.

Laniakea po hawajsku znaczy „rozległe niebo” i jest to trafne określenie dla skupiska materii, które mierzy sobie 500 mln lat świetlnych średnicy. Jego masa wynosi 1017 mas Słońca, a więc 100 tys. razy więcej niż masa Drogi Mlecznej.

Teraz jednak naukowcy z Uniwersytetu Hawajskiego ogłosili, że Laniakea może być częścią jeszcze obszerniejszej struktury z centrum w supergromadzie znanej jako Koncentracja Shapleya.

A skoro o Koncentracji Shapleya mowa, to trzeba też koniecznie napisać kilka słów o jej odkrywcy. Harlow Shapley był wielkim orędownikiem poglądu, że we wszechświecie istnieje tylko jedna galaktyka – Droga Mleczna. Aż pewnego dnia dostał od Edwina Hubble’a list z wynikami badań, które sprawiły, że musiał zmienić zdanie. Wygłosił wtedy ponoć sentencję: „Oto list, który zniszczył mój wszechświat”.

Jednak żałoba Shapleya po „zniszczonym wszechświecie” nie trwała długo, bo szybko zorientował się, że w zamian otrzymał drugi, znacznie większy wszechświat. Raźno zajął się jego badaniem, by wkrótce odkryć wspomnianą koncentrację, nazwaną potem jego imieniem.

Jak mówi bowiem stare ziemskie porzekadło: nie ma co płakać nad rozlaną Drogą Mleczną.