Często słyszymy, że w przestrzeni kosmicznej nie można usłyszeć swojego krzyku. Jest to w dużej części prawda, jednak nie do końca. Okazuje się, że odkryto fale dźwiękowe wokół czarnej dziury (pisaliśmy o tym). Jak jednak z odległości 250 milionów lat świetlnych, można je zaobserwować?

Dźwięk może przemieszczać się w przestrzeni kosmicznej, ponieważ przestrzeń kosmiczna nie jest doskonałą próżnią. We Wszechświecie znajdują się atomy gazu, dzięki którym mogą być przenoszone drgania.

Dźwięk w odróżnieniu od światła, przenosi się przez zagęszczanie i rozszerzanie się ośrodka. Na Ziemi atmosfera jest dobrym nośnikiem dźwięku, tak samo woda. Tak samo planeta może przenosić drgania sejsmiczne.

Przestrzeń kosmiczna nie jest aż tak sprężysta, ale także może przenosić drgania.

Jeżeli jakiś odważny astronauta mógłby ściągnąc bezpiecznie swój hełm i krzyknąłby w Kosmosie to jego głos zostałby poniesiony w przestrzeń.

“Nie bylibyśmy w stanie usłyszeć swojego głosu, ponieważ nasze uszy nie są na tyle czułe. Może gdbybyśmy mieli odpowiednio duży i odpowiednio czuły mikrofon moglibyśmy usłyszeć ten dźwięk, ale w naszych uszach zabrzmi jedynie cisza” – wyjaśnia Lynn Carter, absolwentka astronomii z Cornell University. Zbyt mało atomów uderzałoby w nasze błony bębenkowe.

Ten niesamowicie czuły mikrofon mógłby być wykorzystany do obserwacji odgłosów dochodzących z czarnej dziury (Muzyka czarnych dziur“>pisaliśmy o tym). Kosmiczny teleskop Chandra obserwował gaz, ściskany przez dźwięk w koncentryczne pierścienie podobne do zmarszczek na wodzie.

Widzenie dźwięku

Andrew Fabian z Institute of Astronomy in Cambridge w England wyjaśnia jak dźwięk został wygenerowany i jak przemierzył przestrzeń kosmiczną.

Obserwowana czarna dziura znajduje się w gromadzie galaktyk, w rejonie kosmosu gdzie gaz jest gęstszy niż w innych rejonach.

NASA

Artystyczna wizja fal dźwiękowych wokół czarnej dziury.

Membranę głosnika zastępują dwie duże wnęki, wypełnione gazem gorętszym od odtoczenia. Ciepło to jest generowane przez energię emitowaną z otoczenia czarnej dziury, gdy ta przyśpiesza materię prawie do predkości światła, tuż przed pochłonięciem jej.

“Powtórzenie potrzebne, żeby przekształcić dźwięk w nutę jest zależne od tego, czy wnęki utrzymują sie na powierzchni – gdy ultragorący gaz jest rzadszy niż gaz w otoczeniu” – stwierdził Fabian – “Więc proces odpowiada temu, co dzieje się kiedy dziecko dmucha przez słomkę w szklance mleka“.

Co 10 milionow lat nowa fala rozchodzi się z wnętrza systemu.

“Fale dźwiękowe to fale wywołane zmianami ciśnienia w gazie” – powiedział Fabian, “Kiedy przemieścisz kilka najbliższych cząsteczek, powiedzmy jak w membranie głośnika, powstanie punkt o najwyższym cisśnieniu i cząsteczki z tego punktu popchną inne cząsteczki, itd. W rezultacie punkt o najwyższym ciśnieniu przemieszcza się do zewnątrz, mimo że żadna pojednyńcza cząsteczka w zasadzie nie oddala sie zbytnio od swojego pierwotnego polożenia.” Podobnie zachowują się fale oceanu.

Fala może przebyć tysiące mil, ale porusza sie ona po wodzie, nie przemieszczając wszystkich swoich molekuł. Podczas gdy miejsca o najwyższym ciśnieniu przemieszczają się na zewnątrz wnęk wokół czarnej dziury, zachodzą zderzenia między atomami gazu, które generują promienie X. Dzięki temu promieniowaniu widoczny jest wzór koncentrycznych pierścieni. Promienie X są podobne do światła więc mogą przemieszczać wszechświat bez żadnego nośnika. To właśnie wykryło obserwatorium kosmiczne Chandra.

Fale dźwiękowe szybko zanikają, a ich energia zamieniana jest na energię cieplną, Więc w gruncie rzeczy, dźwięk został zauważony, a nie usłyszany z odległości 250 milionów lat świetlnych.

Dźwięki z Marsa

Astronauta w kosmosie doswiadczyłby czegoś innego niż astronauta na Marsie, gdzie dźwięk może być słyszalny ze skromnym mikrofonem i odrobiną technicznej pomocy. Atmosfera Marsa ma gęstość jednego procenta ziemskiej atmosfery na poziomie morza. To prawdopodobnie nie wystarcza żeby przenieść dźwięk, który ludzkie ucho mogłoby wychwycić. Oczywiscie każdy znajdujący się na Marsie musiałby nosić ciśnieniowy kombinezon, więc jedyne dźwięki jakie mógłby słyszeć musiałyby być elektronicznie wzmacniane. Nie ma powodu dlaczego czuły zewnętrzny mikrofon nie mógłby być użyty do wykrywania dźwięków i wzmacniania ich do częstotliwości słyszalnych przez ludzkie ucho. W zasadzie powstały plany żeby w ten sposób posłuchać dzwięków Marsa, używając mikrofonu zainstalowanego na pokladzie w 1999 na Mars Polar Lander. Chciano usłyszeć wiatr, zdmuchiwany pył lub nawet grzmot podczas burzy piaskowej.

Mikrofon, ufundowany przez Planetary Society i przymocowany do rosyjskiego instrumentu Lidar zamontowanego na pokładzie statku NASA, został przetestowany w laboratorium w warunkach odpowiadających warunkom na Marsie.

“Nawet przy niskim ciśnieniu na Marsie, sygnały dźwiękowe o częstotliwości wychwytywanej przez ludzkie ucho mogą być wykryte” – powiedział Greg Delory, który był wówczas doktorantem fizyki na University of California w Berkeley.

Mars pozostaje dla nas milczący, ponieważ Mars Polar Lander nie wylądował na powierzchni planety i nie ma o nim żadnych wieści (W poszukiwaniu Mars Polar Landera“>pisaliśmy o tym). Pomysł mikrofonu mimo to nie został zarzucony i Planetary Society ma nadzieje na wysłanie go przy okazji innej misji.

Kto wie co usłyszymy? jak powiedział Delory: “Wygląda na to, że najbardziej ekscytujące dźiwęki to te, o których jeszcze nie wiemy“.