Srce Mlečnog puta: Crna rupa u centru galaksije predaje nam svoje tajne

Astronomi okreću svoje teleskope ka neizmernoj lepoti Mlečnog puta.

Zahvaljujući svojoj enormnoj veličini, Mlečni put može da se pohvali bar jednom planetom sa inteligentnim životom. Džinovske galaksije poput Mlečnog puta i obližnje, čak još veće galaksije u sazvežđu Andromeda, poseduju moć da stvore i zadrže bogate zalihe gvožđa, kiseonika, silicijuma, magnezijuma i drugih elemenata koji su teži od helijuma. Prisutni na mnoštvu zvezda Mlečnog puta, ovakvi teški elementi su gradivno tkivo planeta nalik našoj.

Teški elementi su podjednako presudni i za život. O tome svedoče kiseonik koji udišemo, kalcijum u našim kostima, gvožđe u našoj krvi. Kada u nekoj manjoj galaksiji eksplodira zvezda, ta sirova materija potrebna za život biva ispaljena u svemir brzinom od više miliona kilometara na sat i nestaje. Ali u galaksiji Mlečni put, ti elementi nailaze na međuzvezdani gas i prašinu i zadržava ih snaga ogromnog gravitacionog polja ove galaksije. Ove prepreke ih usporavaju, tako da oblaci gasa od kojih se formiraju zvezde mogu da se obogaćuju sastojcima koji su potrebni za nastanak novih generacija zvezda i planeta. To je ono što se dogodilo pre 4,6 milijardi godina kada su Sunce i Zemlja nastali iz međuzvezdane magline koja više ne postoji.

Astronomi su tokom prethodne decenije došli do brojnih otkrića o našoj galaksiji, počevši od otkrića velike crne rupe u njenom središtu.

Svaka zvezda koja pripada Mlečnom putu kruži oko te crne rupe, nazvane Sagitarius A zvezda (skraćeno Sgr A*). Puna revolucija Sunca, koje je od nje udaljeno 27.000 svetlosnih godina, traje 230 miliona godina. Na udaljenosti od samo jedne svetlosne godine od crne rupe nalazi se jato od preko 100.000 drugih zvezda, koje crna rupa daleko više privlači.

Nekim od tih zvezda je dovoljno samo nekoliko godina da obave svoje orbitiranje oko rupe. Te putanje otkrivaju da je masa Srg A* četiri miliona puta veće od mase Sunca, tj. da je nešto masivnija nego što se smatralo do pre deset godina.

Povremeno, ova crna rupa proguta nešto gasa, kakvu svojeglavu planetu ili čak celu zvezdu. Usled trenja i gravitacione sile, "žrtva" se zagreva do tako visokih temperatura da ispušta krik u vidu x-zraka. Oni osvetljavaju obližnje oblake gasa, ostavljajući tako svedočanstvo o proteklim gozbama crne rupe.

Na primer, naučnici su 2004. godine objavili da se x-zraci razležu u jednom gasnom oblaku udaljenom oko 350 svetlosnih godina od crne rupe. Pošto x-zraci putuju brzinom svetlosti, ovo razleganje ukazuje na to da je neki objekat upao u crnu rupu pre oko 350 godina. Jačina x-zraka ukazuje na to da je taj objekat imao masu male planete. Nedavno, tokom četrdesetih godina prošlog veka, u crnu rupu je upao još jedan objekat.

Začudo, crna rupa i odbacuje zvezde. Astronomi su 2005. godine obelodanili da se jedna zvezda izuzetno brzo kreće na udaljenosti od oko 200.000 svetlosnih godina od centra galaksije. "Bilo je to slučajno otkriće", kaže Voren Braun sa Harvard-Smitsonijan centra za astrofiziku. Kada je u sazvežđu Hidre otkrio zvezdu koja se od galaktičkog središta udaljavala brzinom od 709 kilometara u sekundi, odnosno 2,5 miliona kilometara na čas, on je zapravo tragao za "zvezdanim mlazevima" – ostacima malih galaksija koje je izmrvila gravitaciona sila Mlečnog puta. Pri toj brzini, ona će umaći privlačnoj sili galaksije i otploviti u intergalaktički prostor. Do 2010. godine Braun i drugi astronomi su otkrili još 15 takvih zvezda koje se kreću izuzetno velikom brzinom.

Ispoljavajući veliku moć predviđanja, Džek Hils je, tokom svog boravka u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos u Novom Meksiku, predvideo upravo takav fenomen. "Zapravo, pre iznenađuje to što se na ovo otkriće toliko dugo čekalo", kaže Hils, "ali svakako sam bio oduševljen." Hils je u jednoj studiji iz 1988. godine napisao da bi, ako bi se neka binarna zvezda – dve zvezde koje orbitiraju jedna oko druge – isuviše približila Sagitariusu A*, jedna iz ovog para zvezda mogla da bude privučena ka crnoj rupi i počela da orbitira oko nje na manjoj udaljenosti, gubeći pri tom ogromnu količinu energije. Budući da zakoni fizike nalažu da količina energije ostaje ista, ona druga zvezda bi dobila odgovarajući energetski podsticaj i odletela enormnom brzinom. Braun kaže da je crna rupa, tokom postojanja Mlečnog puta, na ovaj način iz galaksije verovatno izbacila milion zvezda.

Uprkos dramatičnim dešavanjima oko crne rupe, galaktičko jezgro je plodno mesto. Zvezde su zbijene u galaktičkom centru, tako da su živototvorni teški elementi, koje one stvaraju, tu najobilnije prisutni. Čak i u blizini našeg Sunca – svetle žute zvezde na pola puta između crne rupe i ruba zvezdanog diska – mnoge novonastale zvezde poseduju orbitirajuće diskove gasa i prašine koji opstaju milionima godina, dovoljno dugo da bi iz njih nastale planete.

Nasuprot tome, planete na rubu galaksije nemaju dobre izglede. Prošle godine su Čikako Jasui, sada zaposlena u Nacionalnoj astronomskoj opservatoriji Japana, i njene kolege otkrili 111 novonastalih zvezda na periferiji Mlečnog puta, na udaljenosti više nego dvostruko većoj od one na kojoj se nalazi naše Sunce. Ove mlade zvezde poseduju male zalihe teških elemenata. Na primer, njihove zalihe kiseonika iznose samo 20 odsto zaliha Sunca. Iako su ove zvezde stare samo pola miliona godina, što, mereno zvezdanom starosnom skalom, znači da su još u ranom detinjstvu, većina njih je već izgubila svoje diskove gasa i prašine iz kojih se oblikuju planete. Ako nema tih diskova, nema ni planeta, a ako nema planeta, nema ni života.

Zvezde sa još nižim količinama kiseonika i gvožđa nam nude uvid u nastanak naše galaksije. Ove zvezde se nalaze u zvezdanom halou, koji se proteže iznad i ispod galaktičkog diska, i toliko su stare da su nastale pre nego što su ranije generacije zvezda imale priliku da proizvedu teške elemente. Dakle, tipična zvezda iz zvezdanog haloa ima samo 3 odsto od količine gvožđa koju poseduje Sunce.

Uobičajeno je da astronomi starost zvezdanog haloa, pa stoga i starost čitave galaksije, određuju proučavajući zbijena zvezdana jata – sjajne, tesno zbijene skupine zvezda, toliko stare da su se njihove zvezde sa kraćim životnim vekom već ugasile. Procena njihove starosti zavisi od teorija o tome kako zvezde žive i nestaju.

Na sreću, postoji i drugi način da se proceni starost galaksije. Još kao student na Australijskom nacionalnom univerzitetu, Ana Frebel je počela da traga za pojedinačnim zvezdama u halou. "Želim da nađem te zvezde jer želim da zavirim u prošlost", kaže Frebelova koja radi u Harvard-Smitsonijan centru za astrofiziku. Ona je 2005. godine u sazvežđu Vage otkrila zvezdu u zvezdanom halou, koja ima samo hiljaditi deo zaliha gvožđa koje poseduje Sunce, i ukazuje na to da je toliko stara da je verovatno nastala iz gasa obogaćenog jednom jedinom supernovom. Za razliku od većine supernova, ova je izbacila mnogo elemenata daleko težih od gvožđa, uključujući i radioaktivni torijum i uranijum.

Za Frebelovu, to je zaista bila srećna zvezda. Pošto se ti radioaktivni elementi raspadaju nepromenljivom brzinom, ona je, poredeći njihove količine na ovoj zvezdi danas, mogla da proceni njenu starost: zvezda je stara oko 13,2 milijardi godina. Iako taj broj možda odstupa dve ili tri milijarde godina, on je u skladu sa procenom starosti te zvezde izračunate na osnovu proučavanja zbijenih zvezdanih jata i ukazuje na to da je Mlečni put samo neznatno mlađi od samog svemira, koji je star 13,7 milijardi godina. Ova moćna galaksija, čije će bezbrojne zvezde kasnije omogućiti život na Zemlji, nije časila ni časa da bude rođena.