Mūsų dangų aptemdė žvaigždžių vaiduoklių jūra; visus galimus fantomus, kurie mirė milijonus metų, tačiau mes to dar nežinome. Būtent tai šiandien ir aptarsime. Kas nutinka su didžiausiomis mūsų žvaigždėmis ir kaip tai daro įtaką pačiam visatos, kurioje gyvename, makiažui.
Šią kelionę pradedame stebėdami Krabų ūką. Jo gražios spalvos išeina į tamsų tuštumą; dangaus kapas, kuriame yra prieš tūkstantmečius įvykęs smurtinis įvykis. Pasiekę ranką ir brūkštelėję riešą, pradedate atsukti laiką ir žiūrite, kaip šie gražūs ūkai pradeda trauktis. Laikrodžiui vėstant, ūko spalvos pradeda keistis ir jūs pastebite, kad jie traukiasi į vieną tašką. Kalendoriui artėjant prie 1054 m. Liepos 5 d., Dujinis debesis pašviesėja ir nusėda ant vieno dangaus taško, kuris yra toks pat ryškus kaip mėnulio mėnulis ir matomas dienos metu. Ryškumas blunka ir galiausiai atsiranda tikslus šviesos taškas; žvaigždė, kurios mes šiandien nematome. Ši žvaigždė mirė, tačiau šiuo metu to nebūtume žinoję. Stebėtojui iki šios datos ši žvaigždė pasirodė amžina, kaip ir visos kitos žvaigždės. Vis dėlto, kaip mes žinome iš savo privilegijuoto taško, ši žvaigždė ruošiasi pereiti supernovą ir gimsta vienas įspūdingiausių ūkų, kuriuos stebime šiandien.
Žvaigždžių vaiduokliai yra tinkamas būdas apibūdinti daugybę masyvių žvaigždžių, kurias matome išsibarstę po visą visatą. Daugelis nesuvokia, kad žvelgdami giliai į visatą, mes ne tik žiūrime dideliais atstumais, bet ir žiūrime į laiką. Viena iš pagrindinių visatos savybių, kurią mes gerai žinome, yra ta, kad šviesa juda ribotu greičiu: maždaug 300 000 000 m / s (maždaug 671 000 000 mph). Šis greitis buvo nustatytas atliekant daugybę griežtų bandymų ir fizinių įrodymų. Tiesą sakant, šios pagrindinės konstantos supratimas yra raktas į tai, ką mes žinome apie visatą, ypač atsižvelgiant į bendrąjį reliatyvumą ir kvantinę mechaniką. Nepaisant to, norint suprasti, ką turiu omenyje žvaigždžių vaiduoklius, reikia žinoti šviesos greitį. Matote, informacija juda šviesos greičiu. Mes naudojame žvaigždžių šviesą, kad jas stebėtume ir iš to suprastume, kaip jos veikia.
Tinkamas šio laiko vėlavimo pavyzdys yra mūsų pačių saulė. Mūsų saulė yra maždaug per 8 šviesos minutes. Reiškia, kad šviesa, kurią matome iš savo žvaigždės, trunka 8 minutes, kad kelionė nuo jos paviršiaus į mūsų akis žemėje. Jei mūsų saulė staiga išnyktų dabar, mes apie ją nežinotume 8 minutes; tai apima ne tik mūsų matytą šviesą, bet net ir jos gravitacinę įtaką, kurią mes darome. Taigi, jei saulė išnyktų dabar, mes dar 8 minutes einame savo orbitos keliu apie dabar neegzistuojančią žvaigždę, kol mus pasiekė gravitacinė informacija, informuojanti mus, kad mes nebesiejame jos prie gravitacijos. Tai nustato mūsų kosminio greičio apribojimą, kiek greitai galime gauti informacijos, o tai reiškia, kad viskas, ką stebime giliai visatoje, ateina pas mus, kaip buvo prieš metus „x“, kur „x“ yra mažas atstumas nuo mūsų. Tai reiškia, kad mes stebime žvaigždę, esančią 10 m atstumu nuo mūsų, kaip ji buvo prieš 10 metų. Jei ta žvaigždė mirė dabar, mes apie tai nežinotume dar 10 metų. Taigi mes galime jį apibrėžti kaip „žvaigždžių vaiduoklį“; žvaigždė, mirusi iš savo perspektyvos savo vietoje, bet vis dar gyva ir gerai matoma pas mus.
Kaip buvo aptarta ankstesniame mano straipsnyje („Žvaigždės: diena gyvenime“), žvaigždės evoliucija yra sudėtinga ir labai dinamiška. Daugybė veiksnių vaidina svarbų vaidmenį visose srityse - pradedant nuo to, ar žvaigždė netgi susiformuos, iki visos žvaigždės dydžio ir jos gyvavimo laiko. Ankstesniame aukščiau paminėtame straipsnyje apžvelgiu žvaigždžių formavimo pagrindus ir tai, ką mes vadiname pagrindinėmis sekos žvaigždėmis, arba, veikiau, žvaigždėmis, kurios labai panašios į mūsų pačių saulę. Nors pagrindinės sekos žvaigždės ir žvaigždžių, apie kurias mes kalbėsime, formavimosi procesas ir gyvenimas yra gana panašūs, yra svarbių skirtumų tarp to, kaip žūsta žvaigždės, kurias mes tirsime. Pagrindinės sekos žvaigždžių mirtys yra įdomios, tačiau vargu ar jos palyginamos su erdvės laiko lenkimo būdais, kuriuos šios didesnės žvaigždės nutraukia.
Kaip minėta aukščiau, stebėdami seniai pradingusią žvaigždę, gulėjusią Krabų ūko centre, buvo taškas, kuriame šis objektas švytėjo taip ryškiai, kaip mėnulis ir buvo matomas dienos metu. Dėl ko kažkas gali pasidaryti toks ryškus, kad tai būtų galima palyginti su artimiausiu mūsų dangaus kaimynu? Atsižvelgiant į tai, kad Krabų ūkas nutolęs nuo 6 523 šviesos metų, tai reiškė, kad kažkas, kas yra maždaug 153 milijardų kartų toliau nei mūsų mėnulis, spindėjo taip ryškiai, kaip mėnulis. Taip buvo todėl, kad mirus žvaigždei buvo supernova, o tai yra žvaigždžių, žymiai didesnių už mūsų saulę, likimas. Žvaigždės, didesnės už mūsų saulę, jai mirus, pateks į dvi labai ekstremalias būsenas: neutronines žvaigždes ir juodąsias skyles. Abi yra vertos temos, kurios galėtų apimti savaites astrofizikos kursuose, tačiau šiandien mums bus paprasčiau peržvelgti, kaip šie gravitaciniai monstrai susiformuoja ir ką tai reiškia mums.
Žvaigždės gyvenimas yra pasakojimas apie beveik pasklidusį susiliejimą, kurį sukelia jos pačios gravitacinis buvimas. Mes tai vadiname hidrostatiniu pusiausvyra, kurioje žvaigždės branduolyje esančių lydomųjų elementų išorinis slėgis yra lygus vidiniam gravitaciniam slėgiui, veikiamam dėl žvaigždės masės. Visų žvaigždžių branduolyje vandenilis yra sulydomas į helį (iš pradžių). Šis vandenilis atkeliavo iš ūko, iš kurio žvaigždė gimė, susiliejo ir sugriuvo, suteikdamas žvaigždei pirmąjį šansą gyvenime. Visą žvaigždės gyvavimo laiką vandenilis bus sunaudotas, žvaigždės centre susikondensuos vis daugiau helio „pelenų“. Galiausiai žvaigždei pritrūks vandenilio, o susiliejimas trumpam sustos. Šis išorinio slėgio trūkumas dėl laikinai nevykstančios suliejimo leidžia laimėti gravitacijai ir suspaudžia žvaigždę žemyn. Žvaigždei traukiantis, tankis padidėja ir žvaigždės šerdyje temperatūra. Galų gale jis pasiekia tam tikrą temperatūrą ir helio pelenai pradeda lydyti. Taip visos žvaigždės eina per didžiąją gyvenimo dalį ir į pirmąsias mirties stadijas. Vis dėlto saulės spindulių žvaigždės ir masyvios žvaigždės, apie kurias mes diskutuojame, skiriasi.
Žvaigždė, kuri yra beveik mūsų pačių saulės dydžio, praeis šį procesą, kol pasieks anglį. Tokio dydžio žvaigždės paprasčiausiai nėra pakankamai didelės, kad galėtų sulydyti anglį. Taigi, kai visas helis yra sulydomas į deguonį ir anglį (per du procesus, kurie yra per daug sudėtingi, kad čia galėtų apsieiti), žvaigždė negali „sutraiškyti“ deguonies ir anglies tiek, kad būtų galima pradėti sintezę, gravitacija laimi ir žvaigždė miršta. Bet žvaigždės, turinčios pakankamai daugiau masės nei mūsų saulė (maždaug 7x masės), gali tęsti šiuos elementus ir toliau švyti. Jie turi pakankamai masės tęsti šį „sutraiškymo ir saugojimo“ procesą, kuris yra dinaminė šių dangaus krosnių širdžių sąveika.
Šios didesnės žvaigždės tęs savo sintezės procesą iki anglies ir deguonies, iki silicio, kol pasieks geležį. Geležis yra mirties žymė, kurią dainuoja šie pliki begemotai, nes kai geležis pradeda užpildyti jų dabar mirštančią šerdį, žvaigždė yra mirties metimuose. Tačiau šios didžiulės energijos struktūros ramiai neina į naktį. Jie išeina įspūdingiausiais būdais. Kai jų branduoliuose susilieja paskutiniai ne geležies elementai, žvaigždė pradeda savo užmarštį. Žvaigždė susigūžia su savimi, nes neturi būdo atsisakyti negailestingo gravitacijos sukibimo, sutraiškydama vėlesnius likusius elementų sluoksnius per savo gyvavimo laiką. Šis vidinis laisvas kritimas yra įvykdytas tam tikru dydžiu, kurio neįmanoma įveikti; neutronų degeneracijos slėgis, verčiantis žvaigždę atsigręžti į išorę. Šis didžiulis gravitacinės ir kinetinės energijos kiekis grįžta įniršiu, kuris apšviečia Visatą ir akimirksniu užgožia visas galaktikas. Ši rūstybė yra kosmoso gyvybinis kraujas; būgnelis plaka simfoninėje galaktikoje, nes ši intensyvi energija leidžia sulieti elementus, sunkesnius už geležį, iki pat urano. Šie nauji elementai išpūsti į išorę šios nuostabios jėgos dėka energijos bangomis, kurios juos kelia giliai į kosmosą, sėjant Visatą su visais mūsų pažįstamais elementais.
Bet kas liko? Kas yra po šio įspūdingo įvykio? Viskas vėl priklauso nuo žvaigždės masės. Kaip minėta anksčiau, dvi mirusios didžiulės žvaigždės formos yra neutroninė žvaigždė arba juodoji skylė. Neutronų žvaigždei formavimas yra gana sudėtingas. Iš esmės mano aprašyti įvykiai įvyksta, išskyrus tai, kad po supernovų viskas, kas liko, yra išsigimusių neutronų rutulys. Degeneratas yra tiesiog terminas, kurį mes naudojame formai, kuri įgauna reikšmę, kai ji suspaudžiama iki fizikos leidžiamų ribų. Kažkas, kas yra išsigimusi, yra intensyviai tankus, ir tai labai pasakytina apie neutroninę žvaigždę. Gali būti, kad girdėjote, kaip mėtėsi aplinkui: šaukštelis neutroninių žvaigždžių medžiagos svertų maždaug 10 milijonų tonų, o jo pabėgimo greitis (greitis, reikalingas norint atitrūkti nuo jo gravitacinio traukos) būtų maždaug 0,4 c arba 40% greičio. šviesos. Kartais neutroninė žvaigždė paliekama sukasi neįtikėtinu greičiu, ir mes jas žymime kaip pulsarius; vardas, kilęs iš to, kaip mes juos aptinkame.
Šio tipo žvaigždės sukuria daug radiacijos. Neutronų žvaigždės turi didžiulį magnetinį lauką. Šis laukas pagreitina elektronus jų žvaigždžių atmosferoje iki neįtikėtino greičio. Šie elektronai seka neutroninės žvaigždės magnetinio lauko linijas iki jos polių, kur jie gali skleisti radijo bangas, rentgeno ir gama spindulius (priklausomai nuo to, kokia neutroninės žvaigždės rūšis ji yra). Kadangi ši energija yra sukoncentruota į polius, ji sukuria savotišką švyturio efektą, kai didelės energijos pluoštai veikia kaip šviesos spinduliai iš švyturio. Žvaigždei besisukant šios sijos juda daug kartų per sekundę. Jei Žemė, taigi ir mūsų stebėjimo įranga, bus palankiai orientuota į šį impulsą, mes užregistruosime šiuos energijos „impulsus“, kai žvaigždžių spinduliai plaus mus. Visiems pulsarams, apie kuriuos mes žinome, mes esame per toli, kad šie energijos spinduliai mus sužeistų. Bet jei būtume arti vienos iš šių negyvų žvaigždžių, šis radiacijos plovimas virš mūsų planetos nuolat reikštų tam tikrą gyvybės išnykimą, kokį mes žinome.
Kokia kita negyvos žvaigždės forma; juodoji skylė? Kaip tai įvyksta? Jei išsigimusios medžiagos yra tiek, kiek mes galime sutraiškyti materiją, kaip atsiranda juodoji skylė? Paprasčiau tariant, juodosios skylės yra neįsivaizduojamai didelės žvaigždės rezultatas, taigi iš tiesų didžiulis medžiagos kiekis, galintis „sulaužyti“ šį neutronų degeneracijos slėgį griūvant. Žvaigždė iš esmės krenta į vidų su tokia jėga, kad peržengia šią iš pažiūros fizinę ribą, įsisukdama į save ir suvyniodama erdvės laiką į begalinio tankio tašką; išskirtinumas. Šis nuostabus įvykis įvyksta, kai žvaigždė turi maždaug 18 kartų didesnį masės kiekį nei mūsų saulė, o mirštant ji iš tikrųjų yra fizikos bruožas. Ši „papildoma masės dalis“ leidžia sutraukti šį išsiskyrusių neutronų rutulį ir nukristi link begalybės. Apie tai baisu ir gražu galvoti; erdvės laiko taškas, kuris nėra visiškai suprantamas mūsų fizikos, ir vis dėlto kažkas, ką mes žinome, egzistuoja. Tikrai nepaprastas dalykas, susijęs su juodosiomis skylėmis, yra tas, kad visata veikia prieš mus. Informacija, kurios mums reikia, kad visiškai suprastume juodojoje skylėje vykstančius procesus, yra užraktas, kurį mes vadiname įvykio horizontu. Tai yra juodosios skylės negrįžimo taškas, kuriai nieko, kas yra per šį erdvėlaikio tašką, neturi ateities keliai, vedantys iš jos. Niekas neišbėgioja tokiu atstumu nuo sugriuvusios žvaigždės, esančios ties jos branduoliu, net ne šviesa, taigi jokia informacija niekada neišeis iš šios ribos (bent jau ne tokia forma, kokią galime naudoti). Tamsi šio tikrai stulbinančio objekto širdis palieka daug noro ir vilioja mus pereiti į jo sritį, kad išbandytume nežinomą; sugriebti vaisius iš žinių medžio.
Dabar reikia pasakyti, kad dar yra daug tyrimų su juodosiomis skylėmis. Fizikai, tokie kaip profesorius Stephenas Hawkingas, be kita ko, nenuilstamai dirbo prie teorinės fizikos, kaip veikia juodoji skylė, bandydami išspręsti paradoksus, kurie dažnai atsiranda, kai bandome prieš juos panaudoti geriausius savo fizikos metodus. Apie tokius tyrimus ir jų vėlesnius atradimus yra daugybė straipsnių ir straipsnių, todėl norėčiau išsaugoti supratimo paprastumą ir neatsiriboti nuo nuostabių minčių, dirbančių šiais klausimais, nesigilinsiu į jų painiavą. Daugelis teigia, kad išskirtinumas yra matematinis smalsumas, visiškai neatspindintis to, kas fiziškai atsitinka. Kad įvykis horizonte gali įgauti naujų ir egzotiškų pavidalų. Taip pat verta paminėti, kad esant bendrajam reliatyvumui, viskas, kas turi masę, gali sugriūti iki juodosios skylės, tačiau mes paprastai laikomės tam tikros masės diapazono, nes juodosios skylės sukūrimas su kuo nors mažesniu, nei yra tame masės diapazone, yra mūsų supratimo, kaip tai gali atsitikti. Bet kaip kažkas, studijuojantis fiziką, nenorėčiau paminėti, kad šiuo metu mes turime įdomų skerspjūvį idėjų, kurios labai glaudžiai susijusios su tuo, kas iš tikrųjų vyksta šiuose sunkio spektruose.
Visa tai sugrąžina mane į tašką, kurį reikia atkreipti. Faktas, kurį reikia pripažinti. Kai aprašiau šių milžiniškų žvaigždžių mirtį, palietiau tai, kas nutinka. Žvaigždė yra atitraukiama nuo savo energijos ir jos turinys išpūstas į visatą, vyksta tai, kas vadinama nukleosinteze. Tai yra elementų suliejimas, siekiant sukurti naujus elementus. Nuo vandenilio iki urano. Šie nauji elementai yra išpūsti į išorę neįtikėtinu greičiu, taigi visi šie elementai ilgainiui atsidurs molekuliniuose debesyse. Molekuliniai debesys (tamsieji ūkas) yra žvaigždžių kosmoso daigynai. Čia prasideda žvaigždės. O nuo žvaigždžių formavimo mes gauname planetų formavimąsi.
Kai formuojasi žvaigždė, aplink ją pradeda suktis šiukšlių debesis, kurį sudaro minėtas žvaigždė pagimdęs molekulinis debesis. Šiame debesyje, kaip mes dabar žinome, yra visi tie elementai, kurie buvo paruošti mūsų supernovoje. Anglies, deguonies, silikatų, sidabro, aukso; visi esantys šiame debesyje. Šis naujos žvaigždės akcentinis diskas yra tas, kuriame formuojasi planetos, išsiskiriančios iš šios praturtintos aplinkos. Uolų ir ledo rutuliai susiduria, susikaupia, yra suplėšomi ir pertvarkomi, kai gravitacija kruopščiai dirba, kad šie nauji pasauliai būtų suformuoti į galimybių salas. Šios planetos yra suformuotos iš tų pačių elementų, kurie buvo susintetinti to kataklizminio išsiveržimo metu. Šiuose naujuose pasauliuose yra gyvenimo brėžiniai, kaip mes jį žinome.
Viename iš šių pasaulių susidaro tam tikras vandenilio ir deguonies mišinys. Šiame mišinyje susidaro tam tikri anglies atomai, kurie sukuria atkartojančias grandines pagal paprastą modelį. Galbūt po milijardų metų tie patys elementai, kuriuos į visatą įmetė ta mirštanti žvaigždė, patiria gyvybę tam, kas gali atrodyti ir įvertinti didingumą, kuris yra kosmosas. Galbūt kažkas turi intelektą, kad suprastų, kad jame esantis anglies atomas yra tas pats anglies atomas, kuris buvo sukurtas mirštančioje žvaigždėje, ir kad įvyko supernovos, leidusios šiam anglies atomui atsidurti dešinėje visatos dalyje tinkamas laikas. Energija, kuri buvo paskutinis mirštančios seniai mirusios žvaigždės kvėpavimas, buvo ta pati energija, kuri leido gyvenimui atsikvėpti ir pažvelgti į žvaigždes. Šie žvaigždžių vaiduokliai yra mūsų protėviai. Jie jau nėra pavidalo, bet vis tiek lieka mūsų cheminėje atmintyje. Jie egzistuoja mumyse. Mes esame supernova. Mes esame žvaigždžių dulkės. Mes esame kilę iš žvaigždžių vaiduoklių ...
