Garik Israelian: Što je unutar zvijezde?

Imam vrlo težak zadatak. Ja sam spektroskopičar. Moram govoriti o astronomiji bez da vam prikažem bilo koju sliku maglice ili galaksija, itd. jer moj posao je spektroskopija. Ja nikada ne baratam sa slikama. Ali ću vas pokušati uvjeriti da je spektroskopija zapravo nešto što može promijeniti ovaj svijet. Spektroskopija vjerojatno može odgovoriti na pitanje, "Ima li ikoga tamo vani?" Jesmo li sami? SETI. Nije baš zabavno baviti se spektroskopijom.

Jedan od mojih kolega u Bugarskoj, Neviana Markova, provela je oko 20 godina proučavajući ovakve profile. Objavila je 42 članka posvećena samo toj temi. Možete li si to zamisliti? Danju i noću, razmišljati, promatrati, istu zvijezdu kroz 20 godina je nevjerojatno. No mi smo ludi. Mi radimo te stvari. (Smijeh)

A ja nisam tako daleko. Proveo sam osam mjeseci radeći na tim profilima. Jer sam primijetio vrlo malu simetriju u profilu jedne od središnjih zvijezda planeta. Pomislio sam, možda postoji litij-6 u ovoj zvijezdi, što je pokazatelj da je ova zvijezda progutala planet. Jer očito se ne može imati ovaj krhki izotop litija-6 u atmosferi zvijezda nalik Suncu. Ali postoji u planetima i asteroidima. Dakle, ako ste progutali planet ili velik broj asteroida, imat ćete ovaj izotop litija-6 u spektru zvijezde. Tako sam uložio više od osam mjeseci samo u proučavanje profila linije litija ove zvijezde.

A to je zapravo nevjerojatno, jer sam dobio telefonske pozive mnogih novinara ispitujući, "Jeste li zapravo vidjeli kako planet ide u zvijezdu?" Jer su mislili da, ako imate teleskop, vi ste astronom pa to što radite je zapravo gledanje u teleskop. I možda ste vidjeli kako planet ide u zvijezdu. Na što sam odgovorio: "Ne, oprostite. Ono što ja vidim je ovo." (Smijeh) To je nevjerojatno. Jer nitko nije zapravo razumio. Mogu se kladiti da je bilo vrlo malo ljudi koji su zaista razumjeli o čemu pričam. Jer ovo je pokazatelj da je planet otišao u zvijezdu. To je nevjerojatno.

Moć spektroskopije je zapravo ostvarena sa Pink Floyd-om već u 1973. (Smijeh) Jer su oni zapravo rekli kako možete dobiti bilo koju boju koju želite iz spektra. A sve što trebate je vrijeme i novac kako bi napravili svoj spektrograf. Ovo je broj jedan visoke rezolucije, najprecizniji spektrograf na ovom planetu, pod nazivom HARPS, koji se zapravo koristi za otkrivanje ekstrasolarnih planeta i zvučnih valova u atmosferama zvijezda.

Kako dobivamo spektar? Siguran sam da većina od vas to zna još iz školske fizike da je to u osnovi cijepanje bijelog svijetla na boje. A ako imate tekuću vruću masu, to će proizvesti nešto što mi nazivamo kontinuirani spektar. Vrući plin proizvodi samo emisijske linije, ne kontinuum. A ako se stavi hladni plin ispred vrućeg izvora, vidjeti ćete određene uzorke koje nazivamo apsorpcijskim linijama. Koji se zapravo koriste za identifikaciju kemijskih elemenata u hladnoj tvari, koji upija upravo na tim frekvencijama.

Sada, što možemo učiniti sa tim spektrima, zapravo možemo proučavati pravocrtnu brzinu svemirskih objekata. A možemo također proučavati i kemijski sastav i fizikalne parametre zvijezda, galaksija, maglica. Zvijezda je najjednostavniji objekt. U jezgri se zbiva termonuklearna reakcija stvaranja kemijskih elemenata. A imamo i hladnu atmosferu. To je hladno za mene. Hladno, u mom pogledu, je tri ili četiri ili pet tisuća stupnjeva. Moji kolege u infracrvenoj astronomiji kažu da je minus 200 Kelvina hladno za njih. Ali znate, sve je relativno. Tako je za mene 5000 stupnjeva prilično hladno. (Smijeh)

Ovo je spektar Sunca. 24.000 spektralnih linija, a oko 15 posto ovih linija još uvijek nije identificirano. To je nevjerojatno. Dakle, mi smo u 21. stoljeću, a još uvijek ne razumijemo pošteno spektar Sunca. Ponekad se moramo nositi sa samo jednom malenom, slabom spektralnom linijom za mjerenje sastava tog kemijskog elementa u atmosferi. Na primjer, vidite jedinu spektralnu liniju zlata u spektru Sunca. A mi koristimo ovu slabu značajku za mjerenje sastava zlata u atmosferi Sunca.

A ovo je trenutačno posao u tijeku. Već smo se bili bavili sličnim, vrlo slabim značajkama, koje pripadaju osmiju. To je težak element proizveden u termonuklearnim eksplozijama supernova. To je jedino mjesto gdje možete, zapravo, proizvesti osmij. Samo uspoređujući sastav osmija u jednoj od središnjih zvijezda planeta, želimo shvatiti zašto je toliko tog elementa. Možda, čak pretpostavljamo da su možda eksplozije supernova okidač za stvaranje planeta i zvijezda. To može biti pokazatelj.

Neki mi je dan kolega sa Berkeley-a, Gibor Basri, poslao e-poštom vrlo zanimljiv spektar, pitajući me, "Možeš li baciti pogled na ovo?" Nisam mogao spavati, iduća dva tjedna, vidjevši toliko veliku količinu kisika i ostalih elemenata u spektru zvijezde. Znao sam da ništa slično nije uočeno u galaksiji. Bilo je nevjerojatno. Jedini zaključak koji smo mogli iz toga izvući je jasan dokaz da je došlo do eksplozije supernove u tom sustavu, koja je onečistila atmosferu ove zvijezde. A zatim je nastala crna rupa u binarnom sustavu, koji je još uvijek tamo s masom od oko pet sunčevih masa. To se smatralo prvim dokazom da crne rupe zapravo nastaju eksplozijom supernova.

Moji kolege, uspoređujući sastav kemijskih elemenata u različitim zvijezdama galaksija zapravo otkrivaju strane zvijezde u našoj galaksiji. Nevjerojatno je da možete ići tako daleko jednostavno proučavajući kemijski sastav zvijezda. Oni su zapravo ustvrdili da je jedna od zvijezda koju vidite u spektru stranac. Ona dolazi iz druge galaksije. Postoji interakcija galaksija. Znamo za to. I ponekad one naprosto otmu zvijezde.

Čuli ste za solarne baklje. Bili smo vrlo iznenađeni otkrićem super baklje, baklje koja je tisuće milijuna puta moćnija od onih koje vidimo na Suncu. U jednoj od binarnih zvijezda u našoj galaksiji zvanoj FH Leo, otkrili smo super baklju. A kasnije smo se okrenuli proučavanju spektralnih linija kako bi vidjeli da li se nešto čudno desilo s tim objektom. No ustanovili smo da je sve normalno. Te zvijezde su normalne poput Sunca. Starost, sve je bilo normalno. Dakle, ovo je misterija. To je jedna od misterija koje još uvijek imamo, super baklje. I postoji šest ili sedam sličnih slučajeva objavljenih u literaturi.

Da krenemo dalje sa ovime, mi doista trebamo razumjeti kemijsku evoluciju svemira. To je vrlo komplicirano. Zapravo i ne želim da pokušate razumjeti što je ovdje. (Smijeh) Nego ovo je da vam predočim koliko je komplicirana ova cijela priča o proizvodnji kemijskih elemenata. Postoje dva izvora -- masivne zvijezde i zvijezde male mase -- koji proizvode i recikliraju materiju i kemijske elemente u svemiru. I radeći to 14 milijardi godina, na kraju dobivamo ovu sliku. Ovo je vrlo važan graf, koji prikazuje relativnu brojnost kemijskih elemenata u Suncu sličnim zvijezdama i u među-zvjezdanom mediju.

Što dakle znači da je stvarno nemoguće pronaći objekt gdje se može naći oko 10 puta više sumpora od silicija, pet puta više kalcija nego kisika. To je stvarno nemoguće. A ako nađete jedan ja ću reći da je to povezano sa SETI. Jer prirodno to nije moguće. Dopplerov efekt je nešto jako važno iz temeljne fizike. A povezano je sa promjenom frekvencije pokretnog izvora. Dopplerov efekt se koristi za otkrivanje ekstrasolarnih planeta.

Preciznost koja nam je potrebna kako bi otkrili planet sličan Jupiteru oko Suncu slične zvijezde je nešto oko 28,4 metara u sekundi. I trebamo devet centimetra u sekundi kako bi otkrili planet sličan Zemlji. To može biti učinjeno s budućim spektrografima. Ja, osobno, sam zapravo dijelom tima koji razvija CODEX, visoko rezolucijski spektrograf nove generacije za 42 metarski E-ELT teleskop. Ovo će biti instrument za otkrivanje planeta poput Zemlje oko zvijezda nalik Suncu. To je nevjerojatan alat zvan astroseizmologija pomoću kojeg možemo otkriti zvučne valove u atmosferi zvijezda.

Ovo je zvuk Alpha Centauri. Možemo otkriti zvučne valove u atmosferi zvijezda nalik Suncu. Ti valovi imaju frekvenciju u podzvučnom području, domeni zvuka koji zapravo nitko ne zna. Vratimo se na najvažnije pitanje, "Ima li ikoga tamo vani?" Ovo je usko povezano sa tektonskom i vulkanskom aktivnošću planeta. Veza između života i radioaktivnih jezgri je jednostavna. Nema života bez tektonske aktivnosti, bez vulkanske aktivnosti. A znamo jako dobro da geotermalna energija uglavnom nastaje raspadom urana, torija i kalija.

Kako to izmjeriti, ako imamo planete gdje je količina tih elemenata malena, tako da su ti planeti tektonski gledajući mrtvi, tamo ne može biti života. Ako je previše urana ili kalija ili torija, vjerojatno, opet, ne bi bilo života. Možete li zamisliti kako sve ključa? To je previše energije na planeti. Sada, mjerili smo obilje torija u jednoj od zvijezda s ekstrasolarnim planetima. To je potpuno ista igra. Vrlo malena značajka.

Mi zapravo pokušavamo izmjeriti ovaj profil i otkriti torij. To je vrlo teško. To je vrlo teško. A morate... prvo morate uvjeriti samoga sebe. Tada morati uvjeriti i svoje kolege. A onda morate uvjeriti i cijeli svijet da ste zapravo otkrili nešto poput ovoga u atmosferi središnje zvijezde ekstrasolarnog planeta, negdje oko 100 parseka odavdje. To je stvarno teško. Ali ako želite znati o životu na ekstrasolarnim planetima morate raditi ovaj posao. Jer morate znati koliko radioaktivnog elementa imate u tim sustavima.

Jedan od načina kako otkriti vanzemaljce je da podesite svoj radio teleskop i slušate signale. Ako dobijete nešto zanimljivo, to je zapravo ono što SETI i radi, što je SETI radio godinama. Smatram da najviše obećava potraga za biomarkerima. Možete vidjeti spektar Zemlje, ovaj Zemljin spektar, a ovo je vrlo jasan signal. Krivulja koja dolazi, koju mi zovemo Red Edge, predstavlja detekciju područja vegetacije. Nevjerojatno je da možemo otkriti vegetaciju iz spektra. Sada zamislite ovaj test nad drugim planetima

Nedavno, vrlo nedavno, govorim o posljednjih šest, sedam, osam mjeseci, voda, metan, ugljični dioksid bili su otkriveni u spektru planeta izvan Sunčevog sustava. Nevjerojatno. Dakle, ovo je moć spektroskopije. Možete zapravo ići i otkriti i studirati kemijski sastav planeta daleko, daleko, daleko od sunčevog sustava. Moramo otkriti kisik ili ozon kako bi bili sigurni da imamo sve potrebne uvjete za postojanje života.

Svemirska čuda su nešto što može biti povezano sa SETI. Sada zamislite objekt, nevjerojatan objekt, ili nešto što ne možemo objasniti kad možemo samo ustati i reći: "Gle, mi odustajemo. Fizika ne radi." To je nešto što uvijek možete pripisati SETI i reći, "Pa, mora da ovo netko radi, na neki način."

A s poznatom fizikom itd., to je zapravo nešto što je istaknuo Frank Drake, prije mnogo godina [nejasno]. Ako vidite, u spektru središnje zvijezde planeta, ako vidite strane kemijske elemente, to može biti signal civilizacije koja je tamo i oni to žele signalizirati. Oni zapravo žele signalizirati svoju prisutnost kroz te spektralne linije, u spektru zvijezde, na različite načine.

To se može učiniti na različite načine. Jedan od njih je na primjer tehnicij, radioaktivni element s vremenom poluraspada od oko 4,2 milijuna godina. Ako iznenada pronađete tehnicij u Suncu sličnoj zvijezdi, možete biti sigurni da je netko stavio taj element u atmosferu, jer je na prirodan način to nemoguće učiniti. Sada ispitujemo spektre od oko 300 zvijezda s ekstrasolarnim planetima. Taj posao radimo još od 2000. i to je vrlo težak projekt. Radili smo jako naporno. Imamo neke zanimljive slučajeve, kandidate, itd., stvari koje zapravo ne možemo objasniti. A nadam se da u bliskoj budućnosti možemo to i potvrditi.

Dakle, glavno pitanje: "Jesmo li sami?" Mislim da to neće doći od NLO-a. Ona neće doći od radio signala. Smatram da će doći iz spektra kao što je ovaj. Ovo je spektar planete poput Zemlje koji pokazuje prisustvo dušikovog oksida, kao jasan signal života, i kisika i ozona. Ako, jednom, a mislim da će biti unutar 15 godina od sada, ili 20 godina. Ako otkrijemo spektar kao što je ovaj možemo biti sigurni da postoji život na tom planetu. Unutar pet godina ćemo otkriti planete slične Zemlji, oko zvijezda nalik Suncu, na istoj udaljenosti kao što je Zemlja od Sunca. Potrajati će oko pet godina. A onda ćemo trebati još 10, 15 godina sa svemirskim projektima kako bi dobili spektre Zemlji sličnih planeta, poput onog koji sam vam pokazao. I ako vidimo dušikov oksid i kisik, mislim da ćemo imati savršenog E.T.-a. Puno vam hvala (Pljesak)