Naše nebo je prikryté v mori hviezdnych duchov. všetky potenciálne fantómy, ktoré sú mŕtve milióny rokov a ešte to nevieme. O tom budeme dnes diskutovať. Čo sa stane s najväčšou z našich hviezd a ako to ovplyvňuje samotnú podstatu vesmíru, v ktorom sídlime.
Túto cestu začíname pozorovaním Krabej hmloviny. Jeho krásne farby siahajú smerom von do temnej dutiny; nebeská hrobka obsahujúca násilnú udalosť, ku ktorej došlo pred tisícročiami. Natiahnete ruku a švihnutím zápästia začnete prevíjať čas a sledujete, ako sa táto krásna hmlovina zmenšuje. Keď sa hodiny otáčajú dozadu, farby hmloviny sa začínajú meniť a všimnete si, že sa zmenšujú do jedného bodu. Keď sa kalendár blíži 5. júla 1054, plynný mrak sa rozjasní a usadí sa na jednom mieste na oblohe, ktorý je rovnako jasný ako spln a je viditeľný počas dňa. Jas mizne a nakoniec tam leží vrchol svetla; hviezda, ktorú dnes nevidíme. Táto hviezda zomrela, ale v túto chvíľu by sme to nevedeli. Pozorovateľovi pred týmto dátumom sa táto hviezda javila večná, rovnako ako všetky ostatné hviezdy. Ako však vieme z nášho privilegovaného hľadiska, táto hviezda sa chystá ísť supernovou a zrodiť jednu z najkrajších hmlovín, ktoré dnes pozorujeme.
Hviezdni duchovia sú výstižným spôsobom, ako opísať mnoho obrovských hviezd, ktoré vidíme rozptýlené po celom vesmíre. Mnohí si neuvedomujú, že keď sa pozrieme hlboko do vesmíru, nepozeráme sa len na veľké vzdialenosti, ale hľadíme späť do času. Jednou zo základných vlastností vesmíru, ktorú dobre poznáme, je to, že svetlo cestuje konečnou rýchlosťou: približne 300 000 000 m / s (zhruba 671 000 000 mph). Táto rýchlosť bola stanovená pomocou mnohých prísnych testov a fyzických dôkazov. Pochopenie tejto základnej konštanty je v skutočnosti kľúčom k väčšine toho, čo vieme o vesmíre, najmä pokiaľ ide o všeobecnú relativitu aj kvantovú mechaniku. Napriek tomu je znalosť rýchlosti svetla kľúčom k pochopeniu toho, čo tým myslím hviezdnymi duchmi. Vidíte, informácie sa pohybujú rýchlosťou svetla. Svetlo z hviezd používame na ich pozorovanie az tohto pochopenie toho, ako fungujú.
Dobrým príkladom tohto časového oneskorenia je naše vlastné slnko. Naše slnko je vzdialené asi 8 svetelných minút. Znamená to, že svetlo, ktoré vidíme z našej hviezdy, trvá 8 minút, aby sme prešli cestou z jeho povrchu do našich očí na zemi. Keby teraz naše slnko zrazu zmizlo, o tom by sme o ňom nevedeli 8 minút; nejde iba o svetlo, ktoré vidíme, ale aj o jeho gravitačný vplyv, ktorý na nás pôsobí. Takže ak by slnko zmizlo práve teraz, pokračovali by sme na našej orbitálnej ceste okolo našej teraz neexistujúcej hviezdy ďalších 8 minút, kým sa k nám dostanú gravitačné informácie, ktoré nás informujú, že už na to nie sme gravitačne viazaní. Týmto sa stanovuje náš limit kozmickej rýchlosti na to, ako rýchlo môžeme prijímať informácie, čo znamená, že všetko, čo pozorujeme hlboko do vesmíru, k nám prichádza, pretože to bolo pred „rokmi“, kde „x“ je jeho ľahká vzdialenosť od nás. To znamená, že pozorujeme hviezdu, ktorá je od nás vzdialená 10 svetelných rokov, ako tomu bolo pred 10 rokmi. Keby táto hviezda zomrela práve teraz, nevedeli by sme o nej ďalších 10 rokov. Môžeme to teda definovať ako „hviezdneho ducha“; hviezda, ktorá je mŕtvy z jej pohľadu na svojom mieste, ale stále nažive a dobre u nás.
Ako sa uvádza v predchádzajúcom článku (Hviezdy: Deň v živote), vývoj hviezdy je komplexný a vysoko dynamický. Veľa vecí zohráva dôležitú úlohu vo všetkom, od určenia, či sa hviezda v prvom rade vytvorí, až po veľkosť a životnosť uvedenej hviezdy. V predchádzajúcom článku sa venujem základom hviezdnej formácie a životu toho, čo nazývame hviezdami hlavnej sekvencie, alebo skôr hviezdami, ktoré sú veľmi podobné nášmu vlastnému slnku. Zatiaľ čo proces formovania a životnosť hlavnej hviezdy a hviezd, o ktorých budeme diskutovať, sú dosť podobné, existujú významné rozdiely v spôsobe, akým hviezdy, ktoré budeme skúmať, zomrú. Úmrtia hviezd v hlavnej sekvencii sú zaujímavé, ale sotva sa porovnávajú so spôsobmi ohýbania časopriestorov, ktoré tieto väčšie hviezdy končia.
Ako bolo uvedené vyššie, keď sme pozorovali dávno zaniknutú hviezdu, ktorá ležala v strede Krabej hmloviny, bol bod, v ktorom tento objekt žiaril rovnako jasno ako spln a bol viditeľný počas dňa. Čo by mohlo spôsobiť, že sa niečo stane tak jasným, že bude porovnateľné s naším najbližším nebeským susedom? Vzhľadom na to, že hmlovina Krab je vzdialená 6 523 svetelných rokov, znamenalo to, že niečo, čo je približne 153 miliárd krát ďalej, ako náš mesiac, žiarilo rovnako žiarivo ako mesiac. Dôvodom bolo, že hviezda prišla o supernovu, keď zomrela, čo je osud hviezd, ktoré sú oveľa väčšie ako naše slnko. Hviezdy väčšie ako naše Slnko skončia po jeho smrti v dvoch veľmi extrémnych stavoch: neutrónové hviezdy a čierne diery. Obe sú hodné témy, ktoré by mohli trvať týždne v astrofyzikálnom kurze, ale pre nás dnes jednoducho prejdeme, ako sa tieto gravitačné príšery tvoria a čo to pre nás znamená.
Hviezdny život je príbehom takmer utieknutej fúzie, ktorú zachytila jeho vlastná gravitačná prítomnosť. Nazývame túto hydrostatickú rovnováhu, v ktorej vonkajší tlak z taviacich prvkov v jadre hviezdy sa rovná tlaku vo vnútri gravitačného tlaku, ktorý sa aplikuje v dôsledku hmotnosti hviezdy. V jadre všetkých hviezd sa vodík najskôr splynuje do hélia. Tento vodík pochádza z hmloviny, z ktorej sa hviezda narodila, ktorá sa zhlukovala a zrútila, čo jej dáva prvú životnú šancu. Po celú dobu životnosti hviezdy sa vodík spotrebuje a v strede hviezdy kondenzuje stále viac popola hélia. Nakoniec hviezda dôjde z vodíka a fúzia sa nakrátko zastaví. Tento nedostatok vonkajšieho tlaku v dôsledku toho, že nedochádza k dočasnej fúzii, umožňuje gravitácii vyhrať a drví hviezdu nadol. Keď sa hviezda zmenšuje, hustota a tým aj teplota v jadre hviezdy sa zvyšuje. Nakoniec dosiahne určitú teplotu a héliový popol sa začne taviť. Takto postupujú všetky hviezdy po celú hlavnú časť svojho života a do prvých fáz svojej smrti. To je však miesto, kde hviezdy veľkosti slnka a masívne hviezdy diskutujeme čiastočne.
Hviezda, ktorá je približne rovnaká ako veľkosť nášho Slnka, prejde týmto procesom, kým nedosiahne uhlík. Hviezdy tejto veľkosti jednoducho nie sú dosť veľké na to, aby fúzovali uhlík. Keď teda celé hélium bolo fúzované na kyslík a uhlík (pomocou dvoch procesov, ktoré sú príliš komplexné na to, aby sa tu pokryli), hviezda nemôže „rozdrviť“ kyslík a uhlík dosť na to, aby začala fúzia, gravitačná výhra a hviezda zomrie. Ale hviezdy, ktoré majú dostatočne väčšiu hmotnosť ako naše Slnko (asi 7-krát viac ako hmota), môžu v týchto elementoch pokračovať a žiariť. Majú dostatok hmoty na to, aby pokračovali v tomto procese „rozdrvenia a poistky“, ktorý predstavuje dynamické interakcie v srdciach týchto nebeských pecí.
Tieto väčšie hviezdy budú pokračovať vo svojom procese fúzie okolo uhlíka a kyslíka, cez kremík, až kým nedosiahnu železo. Železo je smrteľná nota spievaná týmito horiacimi monštrami, ako keď železo začína zapĺňať svoje teraz umierajúce jadro, hviezda je v jej smrteľnej hádke. Ale tieto masívne štruktúry energie nejdú pokojne do noci. Vychádzajú najkrajším spôsobom. Keď sa v jadrách roztavia posledné z neželezných prvkov, hviezda začne slušne zabudnúť. Hviezda sa zhroutí do seba, pretože nemá spôsob, ako odvrátiť neúprosné priľnutie gravitácie a zničiť ďalšie vrstvy zvyšných prvkov z jej života. Tento vnútorný voľný pád sa stretáva v určitej veľkosti a je nemožné ho porušiť; tlak neutrónovej degenerácie, ktorý núti hviezdu odraziť sa smerom von. Toto obrovské množstvo gravitačných a kinetických energetických rás sa vracia späť so zúrivosťou, ktorá osvetľuje vesmír, a okamžite zastiňuje celé galaxie. Táto zúrivosť je životnou krvou vesmíru; bubon bije v symfonickej galaktike, pretože táto intenzívna energia umožňuje fúziu prvkov ťažších ako železo až po urán. Tieto nové prvky sú vystrelené touto úžasnou silou smerom von, jazdia na vlnách energie, ktorá ich vrhá hlboko do vesmíru, a očkujú vesmír všetkými prvkami, o ktorých vieme.
Čo však zostáva? Čo sa deje po tejto veľkolepej udalosti? To všetko záleží opäť na hmotnosti hviezdy. Ako už bolo spomenuté vyššie, dve podoby, ktoré má mŕtve masívne hviezdy, sú neutrónová hviezda alebo čierna diera. Pre neutrónovú hviezdu je formácia dosť zložitá. V podstate sa vyskytnú udalosti, ktoré som opísal, až na to, že po supernove zostáva všetko, čo je guľa degenerovaných neutrónov. Degenerát je jednoducho termín, ktorý používame pre formu, na ktorej záleží, keď je skomprimovaný do limitov povolených fyzikou. Niečo, čo je degenerované, je intenzívne husté, a to platí aj pre neutrónovú hviezdu. Číslo, ktoré ste možno počuli, je, že lyžička materiálu neutrónovej hviezdy by vážila približne 10 miliónov ton a mala únikovú rýchlosť (rýchlosť potrebnú na to, aby sa dostala z jej gravitačného ťahu) pri asi 0,4 c alebo 40% rýchlosti svetla. Neutronová hviezda niekedy rotuje neuveriteľnou rýchlosťou a označujeme ich ako pulzary; názov odvodený od toho, ako ich zistíme.
Tieto typy hviezd generujú veľa žiarenia. Neutrónové hviezdy majú obrovské magnetické pole. Toto pole urýchľuje elektróny v ich hviezdnom prostredí na neuveriteľné rýchlosti. Tieto elektróny nasledujú magnetické siločáry neutrónovej hviezdy k jej pólom, kde môžu uvoľňovať rádiové vlny, röntgenové lúče a gama lúče (v závislosti od toho, aký je typ neutrónovej hviezdy). Pretože táto energia je sústredená na stĺpy, vytvára akýsi efekt majáka s lúčmi vysokej energie, ktoré pôsobia ako lúče svetla z majáka. Keď sa hviezda otáča, tieto lúče sa pohybujú mnohokrát za sekundu. Ak sa Zem, a tým aj naše pozorovacie zariadenie, stane s týmto pulzánom priaznivo zameraná, zaregistrujeme tieto „pulzy“ energie, keď sa nás vlnia lúče hviezd. Pre všetky pulzary, o ktorých vieme, sme príliš ďaleko na to, aby nás tieto lúče energie zranili. Ale keby sme boli blízko jednej z týchto mŕtvych hviezd, toto žiarenie, ktoré by nepretržite pretrvalo na našej planéte, by znamenalo určité vyhynutie života, ako ho poznáme.
Aká ďalšia forma, ktorú má mŕtve hviezdy; čierna diera? Ako k tomu dôjde? Ak je degenerovaný materiál tak ďaleko, ako môžeme rozdrviť, ako sa objaví čierna diera? Jednoducho povedané, čierne diery sú výsledkom nepredstaviteľne veľkej hviezdy, a teda skutočne obrovského množstva látky, ktorá je schopná „rozbiť“ tento tlak neutrónovej degenerácie po kolapse. Hviezda v podstate padá dovnútra s takou silou, že porušuje túto zdanlivo fyzickú hranicu, obracia sa na seba a zabalí časopriestor do bodu nekonečnej hustoty; jedinečnosť. Táto úžasná udalosť sa objaví, keď hviezda má zhruba 18-násobok množstva hmoty, ktorú má naše slnko, a keď zomrie, je to skutočne stelesnenie fyziky, ktoré vyšlo do extrému. Táto „kúsok navyše“ je to, čo jej umožňuje zrútiť túto guľu degenerovaných neutrónov a spadnúť do nekonečna. Je desivé a krásne premýšľať; bod v časopise, ktorý nie je úplne pochopený našou fyzikou, a predsa niečo, čo vieme, existuje. Na čiernych dierach je skutočne pozoruhodné, že je to ako vesmír, ktorý pracuje proti nám. Informácie, ktoré potrebujeme na úplné pochopenie procesov v čiernej diere, sú zamknuté za závojom, ktorý nazývame horizont udalostí. Toto je bod bez návratu pre čiernu dieru, pre ktorú nič mimo tohto bodu v časopriestore nemá žiadne budúce cesty, ktoré z toho vedú. V tejto vzdialenosti od zrútenej hviezdy v jej jadre nič neuniká, dokonca ani svetlo, a preto žiadna informácia nikdy neopúšťa túto hranicu (aspoň nie vo forme, ktorú môžeme použiť). Tmavé srdce tohto skutočne ohromujúceho objektu zostáva veľa, čo je potrebné, a láka nás, aby sme prešli do jeho ríše, aby sme sa pokúsili spoznať nepoznateľnú; chytiť ovocie zo stromu poznania.
Teraz treba povedať, že v súčasnosti existuje veľa prekážok výskumu s čiernymi dierami. Fyzici, medzi inými profesor Stephen Hawking, neúnavne pracujú na teoretickej fyzike, ktorá stojí za tým, ako funguje čierna diera, a snažia sa vyriešiť paradoxy, ktoré sa často objavujú, keď sa proti nim snažíme využiť to najlepšie z našej fyziky. Existuje veľa článkov a článkov o takomto výskume a ich následných zisteniach, takže sa nebudem ponáhľať do ich zložitosti, pretože chcú zachovať jednoduchosť v porozumení, a tiež neodstraňovať úžasné mysle, ktoré tieto problémy riešia. Mnohí naznačujú, že jedinečnosť je matematická zvedavosť, ktorá úplne nepredstavuje to, čo sa fyzicky deje. Že záležitosť v horizonte udalostí môže nadobudnúť nové a exotické formy. Je tiež potrebné poznamenať, že vo všeobecnej relativite sa všetko s hmotnosťou môže zrútiť na čiernu dieru, ale vo všeobecnosti sa držíme rozsahu hmôt, pretože vytvorenie čiernej diery s niečím menším, ako je v tomto rozsahu hmôt, je mimo naše chápanie toho, ako to môže sa stať. Ale ako niekto, kto študuje fyziku, by som sa nechcel spomenúť, že odteraz sa nachádzame v zaujímavom priereze myšlienok, ktoré veľmi úzko súvisia s tým, čo sa vlastne deje v týchto strašidlách gravitácie.
To všetko ma privádza späť k bodu, ktorý treba urobiť. Skutočnosť, ktorú treba uznať. Keď som opísal úmrtia týchto veľkých hviezd, dotkol som sa niečoho, čo sa deje. Keď je hviezda roztrhaná na rozdiel od svojej vlastnej energie a jej obsah je vyfukovaný von do vesmíru, objavuje sa niečo, čo sa nazýva nukleosyntéza. Ide o spojenie prvkov s cieľom vytvoriť nové prvky. Od vodíka až po urán. Tieto nové prvky sú vystrelené von neuveriteľnou rýchlosťou, a tak sa všetky tieto prvky nakoniec dostanú do molekulárnych oblakov. Molekulárne oblaky (tmavé hmloviny) sú hviezdnymi škôlkami vo vesmíre. Tu začínajú hviezdy. A z formácie hviezd dostávame planetárnu formáciu.
Ako sa tvorí hviezda, okolo nej sa začína točiť oblak trosiek, ktorý je tvorený molekulárnym mračnom, z ktorého vznikla uvedená hviezda. Tento mrak, ako teraz vieme, obsahuje všetky tie prvky, ktoré boli uvarené v našej supernovy. Uhlík, kyslík, kremičitany, striebro, zlato; všetci prítomní v tomto oblaku. Tento narastací disk o tejto novej hviezde je miestom, kde sa tvoria planéty, ktoré sa zhlukujú z tohto obohateného prostredia. Guľôčky zrážok z kameňov a ľadu, narastajúce, roztrhané a potom reformované ako gravitácia, pracujú na usilovných rukách, aby vytvárali tieto nové svety na ostrovy možností. Tieto planéty sú tvorené z tých istých prvkov, ktoré boli syntetizované pri tejto kataklyzmatickej erupcii. Tieto nové svety obsahujú plány života, ako ho poznáme.
Na jednom z týchto svetov sa vyskytuje určitá zmes vodíka a kyslíka. V rámci tejto zmesi sa určité atómy uhlíka tvoria, aby vytvorili replikačné reťazce, ktoré sledujú jednoduchý vzor. Možno po miliardách rokov sa tie isté prvky, ktoré táto umierajúca hviezda vtiahla do vesmíru, ocitnú v živote niečo, čo môže vyhľadávať a oceniť majestát, ktorým je vesmír. Možno, že niečo má inteligenciu, aby si uvedomil, že atóm uhlíka v ňom je tým istým atómom uhlíka, ktorý bol vytvorený v umierajúcej hviezde, a že sa vyskytla supernova, ktorá tomuto atómu uhlíka umožnila nájsť cestu do správnej časti vesmíru na správny čas. Energia, ktorá bola posledným umierajúcim dychom dávno mŕtvej hviezdy, bola rovnaká energia, ktorá umožnila životu, aby sa prvýkrát nadýchol a pozrel na hviezdy. Títo hviezdni duchovia sú našimi predkami. Sú preč vo forme, ale stále zostávajú v našej chemickej pamäti. Existujú v nás. Sme supernova. Sme hviezdny prach. Pochádzame z hviezdnych duchov ...
