Kategorie
Kosmologia

Nieznane gwiazdy

Najmniejsze i najciemniejsze gwiazdy, jakie mogą istnieć, mają masę około 3% masy Słońca. Obiekty jeszcze mniejsze i ciemniejsze również istnieją w olbrzymiej liczbie, lecz nikt nie spróbował zmierzyć ich paralaksy – pokrętna logika doprowadziła do przekonania, że ponieważ gwiazdy mają pewną minimalną masę, ciemne obiekty nie mogą znajdować się blisko nas. Jeżeli jednak odrzucimy to założenie, może się okazać, że znajdziemy wiele takich obiektów. W wypadku małych czerwonych karłów (typy od K5 do M5) ich jasność jest proporcjonalna do kwadratu masy. Jeżeli odniesiemy to do Proxima Centauri, która ma jasność absolutną 15,45 wielkości gwiazdowej i masę równą 0,1 masy Słońca, okaże się, że małe obiekty o masie gwiazdowej i subgwiazdowej mogą potencjalnie istnieć znacznie bliżej niż rok świetlny od nas i mieć jasność obserwowaną mniejszą od 12 wielkości gwiazdowych. Wyniki porównania zawiera tabela.

Ewentualne obiekty o jasności obserwowanej równej 12 wielkościom gwiazdowym.

Jowisz ma masę równą około 0,001 masy Słońca. Obiekty o masie między 0,002 i 0,01 to brązowe karły. W ich wypadku albo nigdy nie nastąpił zapłon syntezy termojądrowej, albo reakcje w ich wnętrzu odbywają się z tak małą prędkością, że nie można mówić o żadnych znaczących zmianach w ich początkowym składzie za sprawą reakcji termojądrowych. Brązowe karty mogą jednak wydzielać ciepło na skutek kurczenia się (tak jak Jowisz). W większych brązowych karłach taka emisja cieplna może być na tyle duża, by ogrzać orbitujące wokół nich planety (księżyce?) do temperatury umożliwiającej ich zamieszkanie. Jak pokazano w tabeli powyżej, tego typu systemy mogą istnieć, dotąd nieodkryte, w odległości mniejszej niż pół roku świetlnego od nas.

Jeżeli obiekt sam nie świeci, może zostać zaobserwowany albo dzięki zdolności do odbijania światła słonecznego, albo poprzez wpływ jego pola grawitacyjnego na pobliskie ciała. Kandydaci na obiekty nieświecące – czarne dziury, gwiazdy neutronowe (wielkości planetoidy) i czarne karły (wielkości Ziemi) – są dość zwarte i trudno by było je odkryć z odległości większej niż 100 jednostek astronomicznych (0,0016 roku świetlnego). Perturbacje grawitacyjne wywołane przez ich masę prawdopodobnie zdradziłyby ich istnienie, gdyby znajdowały się w odległości nie większej niż 300 jednostek astronomicznych od Słońca. Wykaz potencjalnych kandydatów na obiekty znajdujące się blisko Układu Słonecznego znajduje się w tabeli.

Kandydaci na obiekty o gwiazdowej masie znajdujące się w pobliżu Układu Słonecznego.

W jaki sposób tego typu obiekty mogłyby pomóc nam w podróżach międzygwiezdnych? W wypadku obiektów świecących, takich jak białe, czerwone i brązowe karły, odpowiedź jest oczywista – są potencjalnie wartościowymi miejscami docelowymi wypraw, bliższymi niż najbliższe znane gwiazdy oraz, prawdopodobnie, znacznie liczniejszymi. To dziwne, lecz obiekty nieświecące mogą zaoferować jeszcze więcej. Jak to możliwe? Co możemy uzyskać z czarnej dziury? Odpowiedź: grawitację.

Zastanawialiśmy się poprzednio, jak statki kosmiczne mogą wykorzystywać studnie grawitacyjne Jowisza i Słońca, by osiągać duże prędkości końcowe przy małym wykorzystaniu silników. Gęste obiekty, takie jak czarne karły, gwiazdy neutronowe i czarne dziury, oferują znakomite studnie grawitacyjne, z prędkościami ucieczki równymi odpowiednio 2,85 i 100% prędkości światła. Mogą zostać wykorzystane do rewelacyjnego zwielokrotnienia efektywności rakiet, pozwalając – nawet przy użyciu dostępnych lub bliskich wynalezienia technologii – uzyskiwać prędkości końcowe pozwalające na podróże międzygwiezdne.

Wyobraźmy sobie na przykład statek kosmiczny napędzany jądrową rakietą termiczną (NTR), taki jaki został zademonstrowany przez NASA w latach sześćdziesiątych XX wieku. Charakteryzuje się on prędkością wylotową równą 9 km/s. Załóżmy, że wyposażymy go w dostateczną ilość paliwa, by osiągnął ΔV = 12 km/s, i w silnik zdolny wytworzyć ciąg pozwalający na osiągnięcie przyspieszenia 10g. To niezbyt wygórowane wartości; prawdopodobnie potrafilibyśmy zbudować taki statek w ciągu 10 lat, gdyby tylko zapadła polityczna decyzja. Teraz spowodujmy przelot statku koło czarnej dziury o masie równej 100 masom Słońca w odległości, przy której prędkość ucieczki wynosi 7500 km/s, czyli 2,5% prędkości światła. Możemy w trakcie manewru odpalić silnik, nadając statkowi ΔV =12 km/s, lecz ze względu na efekt asysty grawitacyjnej, statek opuści region czarnej dziury z prędkością końcową równą 424 km/s!