Zmierzyç gwiazd´

w talii!

Oscylacje promieni X

pomogà ustaliç

promieƒ gwiazdy neutronowej

G

wiazdy neutronowe zajmujà
poczesne miejsce w zwierzyƒ-
cu kosmicznych osobliwoÊci.

W gruncie rzeczy sà to „przeroÊni´te”
jàdra atomowe – ∏y˝eczka materii
gwiazdowej wa˝y tyle co ca∏a góra na
Ziemi. Ju˝ od dziesiàtków lat astrofizy-
cy starajà si´ stwierdziç, jak du˝e (a ra-
czej jak ma∏e) sà gwiazdy neutronowe.
Wyglàda na to, ˝e dzi´ki pewnemu sa-
telicie i przys∏owiowemu ∏utowi szcz´-
Êcia wreszcie znaleêli na to sposób.

Kiedy skoƒczà si´ za˝arte dyskusje

i opadnà emocje, naukowcy po raz
pierwszy zmierzà promieƒ gwiazdy
neutronowej. Na dodatek mo˝e jeszcze
uda im si´ ustaliç, co majà one w Êrod-
ku: promieƒ i masa gwiazdy neutrono-
wej zale˝à bardzo silnie od w∏aÊciwo-
Êci materii jàdrowej w jej wn´trzu.
Dzi´ki temu dowiemy si´ wiele o w∏a-
snoÊciach oddzia∏ywaƒ jàdrowych.

Prze∏om w badaniach zawdzi´czamy

satelicie Rossi X-Ray Timing Explorer, któ-
ry mierzy czas przybycia ka˝dego foto-
nu z dok∏adnoÊcià do jednej mikrose-
kundy. Ju˝ od drugiej po∏owy 1996 roku

naukowcy z Uniwersytetu w Amster-
damie oraz z NASA Goddard Space
Flight Center donoszà o niezwyk∏ej for-
mie, w jakiej docierajà do nas promie-
nie rentgenowskie z niektórych gwiazd
neutronowych. Otó˝ tworzà one regu-
larne pulsy z cz´stotliwoÊcià oko∏o 1000
razy na sekund´ zamiast oczekiwanej
mieszaniny cz´stoÊci. „To tak, jakbyÊmy
nacisn´li na wszystkie klawisze forte-
pianu i us∏yszeli czysty akord najwy˝ej
dwóch lub trzech tonów” – wyjaÊnia
Frederick Lamb z University of Illinois.

Taki w∏aÊnie akord ma swoje êród∏o

w materii, którà gwiazda neutronowa
wysysa ze swojej gwiazdy-sàsiadki.
Strumieƒ gazu z chmurki orbitujàcej wo-
kó∏ gwiazdy neutronowej làduje prosto
na jej powierzchni i wypromieniowuje
promienie X w miejscu uderzenia. Tak
wi´c promieniowanie podà˝a za orbi-
tujàcà chmurkà (podobnie jak snop
Êwiat∏a z helikoptera policyjnego podà-
˝a na ziemi za nim samym). Rossi nie
widzi nic, gdy badane miejsce znajduje
si´ po drugiej stronie gwiazdy, ale kie-
dy jest ju˝ po naszej stronie, pojawia si´
puls promieniowania.

JeÊli model ten jest poprawny, to

chmurka obiega gwiazd´ z niesamowi-
tà cz´stotliwoÊcià 1000 razy na sekun-
d´. Taka wysoka cz´stotliwoÊç nak∏ada
Êcis∏e ograniczenia na wielkoÊç orbity.
Teoria grawitacji ogranicza rozmiar or-
bity do 17 km dla najwy˝szej zaobser-
wowanej dotàd cz´stotliwoÊci – 1200 Hz.
Sama gwiazda musi wi´c byç jeszcze
mniejsza. (We wrzeÊniu Teleskop Hub-

ble’a wytropi∏ samotnà gwiazd´ neutro-
nowà, której promieƒ najprawdopodob-
niej wynosi mniej ni˝ 14 km.)

Naukowcy nadal spierajà si´ o szcze-

gó∏y. Nie wiadomo na pewno, gdzie do-
k∏adnie sà chmurki. William Zhang
z NASA Goddard Center oraz niezale˝-
nie Philip Kaaret z Columbia Universi-
ty obliczyli, ˝e wszystkie chmurki mu-
szà si´ znajdowaç na tzw. marginalnie
stabilnej orbicie, którà przewiduje ogól-
na teoria wzgl´dnoÊci: wewnàtrz niej nic
nie mo˝e obiegaç gwiazdy, bo musia∏oby
spaÊç wprost na nià. Stàd wywniosko-
wali, ˝e gwiazdy neutronowe sà dwa ra-
zy masywniejsze ni˝ S∏oƒce.

Z drugiej strony, Lamb twierdzi, ˝e

marginalnie stabilna orbita to tylko naj-
mniejsza odleg∏oÊç, na jakiej mogà znaj-
dowaç si´ chmurki; w rzeczywistoÊci sà
one dalej, w tzw. odleg∏oÊci dêwi´ko-
wej. Poni˝ej tego dystansu chmurki roz-
padajà si´ gwa∏townie, powy˝ej zaÊ –
obiegajà gwiazd´ par´set razy. Lamb
twierdzi, ˝e daje to górnà granic´ masy
gwiazdy neutronowej wynoszàcà 2.2
mas S∏oƒca. Prawdziwa masa – dodaje
– mo˝e byç du˝o mniejsza.

„Po raz pierwszy uzyskaliÊmy do-

k∏adne ograniczenia jednoczeÊnie za-
równo na mas´, jak i na promieƒ – wy-
jaÊnia Lamb. – Zaczynamy poznawaç
w∏asnoÊci g´stej materii.” Nigdy nie by-
∏o jasne, co znajduje si´ we wn´trzu
gwiazd neutronowych. Wszyscy zga-
dzajà si´, ˝e sà tam neutrony, jednak˝e
ich oddzia∏ywania w tak g´stej materii
pozostajà nieznane. Postuluje si´, ˝e we-
wnàtrz masywnych gwiazd neutrono-
wych wyst´pujà wolne kwarki, czàstki
takie jak kaony i inne dziwaczne two-
ry. „Nikt nie zbudowa∏ jeszcze pe∏nego
modelu’’ – zauwa˝a Robert Wiringa z
Argonne National Laboratory, autor kil-
ku „ostro˝nych, aczkolwiek solidnych’’
prac w tej dziedzinie.

Jeszcze nie jest ca∏kiem jasne, którym

z tych modeli zagra˝ajà nowe obserwa-
cje, ale ˝e niektórym tak – to pewne.
„Wykrycie nieco wy˝szych cz´stotliwo-
Êci wykluczy∏oby wiele z tych modeli’’
– stwierdzi∏ Lamb. Ograniczenia jego
autorstwa sprzyjajà raczej „mi´kkim’’
modelom, w których materia neutrono-
wa jest wysoce ÊciÊliwa. Taka materia
nie mo˝e si´ mocno przeciwstawiç gra-
witacji, gdyby wi´c odpowiednio du˝o
masy przesz∏o z sàsiedniej gwiazdy, to
gwiazda neutronowa zapad∏aby si´,
tworzàc czarnà dziur´.

Z drugiej strony, Zhang zauwa˝a, i˝

z jego oszacowaƒ masy wynika, ˝e ma-

8 Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 1998

NAUKA

I

LUDZIE

ASTROFIZYKA

SLIM FILMS

SNOP ÂWIAT¸A RENTGENOWSKIEGO z gwiazdy neutronowej wywo∏any upadkiem

materii na jej powierzchni´. Chmurka materii okrà˝a gwiazd´, promienie X pojawiajà si´

i znikajà, co pozwala na pomiar cz´stotliwoÊci orbitalnej oraz promienia gwiazdy.

teria jàdrowa jest twarda i du˝o silniej
przeciwstawia si´ grawitacji. Na przy-
k∏ad jego obliczenia wykluczajà kaony
jako podstawowy sk∏adnik materii jà-
drowej: nie mog∏yby utrzymaç wi´cej
ni˝ 1.5 masy S∏oƒca. (Zapadajàce si´
gwiazdy kaonowe wytworzy∏yby lek-

kie czarne dziury o masie poni˝ej dwóch
mas S∏oƒca. Takich jeszcze nie znalezio-
no, ale jest to zapewne zwiàzane ze spo-
sobem polowaƒ na czarne dziury – szu-
ka si´ obiektów o masie co najmniej
powy˝ej 5 mas S∏oƒca, aby nie pomyliç
ich z gwiazdami neutronowymi.)

Podczas gdy naukowcy ulepszajà

swoje modele, Rossi kontynuuje obser-
wacje. Byç mo˝e ju˝ tylko miesiàce dzie-
là nas od chwili, gdy wytyczymy gra-
nic´ mi´dzy gwiazdami neutronowymi
a czarnymi dziurami.

Madhusree Mukerjee

Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 1998 9

W

latach 1848–1849 prawie milion osób w Rosji i 150 tys. we
Francji zmar∏o na choler´ – chorob´, którà zazwyczaj

powoduje spo˝ycie wody zawierajàcej zarazki. Dur brzuszny,
równie˝ przenoszony przez wod´, by∏ prawdopodobnie przyczy-
nà Êmierci 6500 spoÊród 7500 kolonistów z Jameston (Wirginia)
na poczàtku XVII wieku. Podczas wojny hiszpaƒsko-amerykaƒ-
skiej wykluczy∏ on z dzia∏aƒ 1/5 amerykaƒskiej armii.

W krajach wysoko rozwini´tych choroby przenoszone przez

wod´ nie stanowià ju˝ problemu dzi´ki powszechnemu dost´-
powi do urzàdzeƒ sanitarnych oraz oczyszczaniu i chlorowa-
niu wody. Jednak w paƒstwach rozwijajàcych si´ choroby zwià-
zane z niskim poziomem higieny i piciem zanieczyszczonej
wody atakujà rocznie setki milionów ludzi – szczególnie dzieci
do piàtego roku ˝ycia – i zabijajà ponad trzy miliony z nich.

Oprócz cholery i duru brzusznego do chorób bakteryjnych

czy wirusowych spowodowanych wypiciem wody zawierajàcej
zarazki nale˝à ostre zakaêne stany biegunkowe u niemowlàt i
najm∏odszych dzieci, wirusowe zapalenie wàtroby

1

oraz choroba

Heinego-Medina

2

. Woda mo˝e tak˝e zawieraç postacie rozwo-

jowe paso˝ytów, na przyk∏ad glisty ludzkiej lub riszty. Doros∏a
glista to du˝y robak bytujàcy w jelicie cienkim, natomiast doros∏a
riszta umiejscawia si´ pod skórà i przerywa jà

3

. Choroby przeno-

szone przez wod´ mogà równie˝ rozprzestrzeniaç si´ drogà
pokarmowà wskutek jedzenia brudnymi r´kami i poprzez bez-
poÊredni kontakt mi´dzy ludêmi. Niekiedy wystarczy zetkni´cie pa-
so˝yta ze skórà w zanieczyszczonej wodzie. Przyk∏adami mo-
gà tu byç przywry krwi wywo∏ujàce niedokrwistoÊç, powi´kszenie
wàtroby i Êledziony oraz jaglic´

4

– g∏ównà przyczyn´ Êlepoty lu-

dzi, oraz t´goryjce, które tak˝e wywo∏ujà niedokrwistoÊç, zabu-
rzenia ˝o∏àdkowo-jelitowe i inne dolegliwoÊci.

Mapa przedstawia odsetek ludnoÊci miejskiej majàcej dost´p

do czystej wody pitnej (nale˝y pami´taç, ˝e w krajach rozwija-
jàcych si´ ludnoÊç miejska jest pod tym wzgl´dem w lepszej
sytuacji ni˝ wiejska). Najgorzej wyglàda sytuacja w Afryce sub-
saharyjskiej; tam te˝ notowana jest najwy˝sza umieralnoÊç wy-
wo∏ana chorobami przenoszonymi przez wod´. I tak a˝ 38%
spoÊród niespe∏na 3 mln mieszkaƒców Abid˝anu na Wybrze˝u
KoÊci S∏oniowej nie mo˝e korzystaç z wodociàgów, a 15% –
z ust´pów. W odmiennej sytuacji znajdujà si´ Chiny, w których
dost´p do czystej wody jest powszechny, a umieralnoÊç wy-
wo∏ana opisywanymi wy˝ej chorobami nale˝y do najni˝szych
w krajach rozwijajàcych si´. UmieralnoÊç jest wysoka w Indiach
i na Bliskim Wschodzie, nieco ni˝sza w Azji (z wy∏àczeniem
Chin) i jeszcze ni˝sza w Ameryce Po∏udniowej.

Oko∏o miliarda ludzi na Êwiecie nie ma dost´pu do czystej wo-

dy, a 1.8 mld – do odpowiednich urzàdzeƒ sanitarnych. Wed∏ug
jednego z oszacowaƒ poprawa sytuacji kosztowa∏aby 68 mld do-
larów w ciàgu najbli˝szych 10 lat. Mo˝e si´ to wydawaç ogrom-
nà sumà, ale to tylko 1% Êwiatowych wydatków przeznaczanych
w tym samym okresie na cele wojskowe.

Rodger Doyle

Przypisy t∏umacza:

1

Chodzi tu o mniej groêne dla cz∏owieka ni˝ postaç wszczepienna zaka˝enie

wirusem typu A.

2

Choroba Heinego-Medina (polio) powodowana jest przez wirusy, natomiast

stany biegunkowe – zarówno przez wirusy, jak i bakterie.

3

Samica, d∏ugoÊci oko∏o 1 m, umiejscawia si´ pod skórà nóg; jej koniec prze-

bija skór´, by w zetkni´ciu z wodà wydaliç jaja, którymi zaka˝a si´ ˝ywiciel po-
Êredni – oczlik. Cz∏owiek zaka˝a si´, pijàc wod´ zawierajàcà oczliki.

4

Jaglica jest chorobà wirusowà, natomiast Êlepota mo˝e byç wywo∏ywana

przez nicienie

Onchocerca volvulus, które nie sà jednak roznoszone przez

wod´, ale przez owady – meszki.

W LICZBACH

Dost´p do czystej wody pitnej

PONI˚EJ 75

PROCENT LUDNOÂCI MIEJSKIEJ, KTÓRA MA DOST¢P DO CZYSTEJ WODY

èRÓD¸O: The World Resources Institute. Dane oparte na badaniach przeprowadzonych przez rzàdy poszczególnych krajów w latach 1980, 1983, 1985, 1988, 1990.

75–94.9

95 LUB WI¢CEJ

BRAK DANYCH

RODGER DOYLE