Cerul nostru este acoperit într-o mare de fantome stelare; toate potențialele fantome care au murit de milioane de ani și încă nu le știm. Asta vom discuta astăzi. Ce se întâmplă cu cea mai mare dintre stelele noastre și cum influențează acest lucru chiar machiajul universului în care locuim.
Începem această călătorie observând Nebula Crabului. Culorile sale frumoase se extind spre exterior în golul întunecat; un mormânt ceresc conținând un eveniment violent care a avut loc în urmă cu milenii. Întindeți-vă și cu pâlpâirea încheieturii, începeți să derulați timpul și urmăriți că aceste nebuloase frumoase încep să se micșoreze. Pe măsură ce ceasul se răstoarnă, culorile nebuloasei încep să se schimbe și observi că acestea se micșorează într-un singur punct. Pe măsură ce calendarul se apropie de 5 iulie 1054, norul gazos luminează și se așează pe un singur punct din cer, care este la fel de luminos ca luna plină și este vizibil în timpul zilei. Luminozitatea se estompează și, în cele din urmă, există un punct de lumină; o stea pe care nu o vedem astăzi. Această stea a murit, însă în acest moment în timp nu am fi știut asta. Pentru un observator înainte de această dată, această stea a apărut veșnică, așa cum au făcut-o toate celelalte stele. Cu toate acestea, așa cum știm din punctul nostru de vedere privilegiat, această stea este pe cale să treacă la supernova și să naște una dintre cele mai spectaculoase nebuloase pe care le observăm astăzi.
Fantomele stelare este un mod potrivit de a descrie multe dintre stelele masive pe care le vedem împrăștiate prin univers. Ceea ce mulți nu își dau seama este că atunci când ne uităm adânc în univers, nu doar căutăm pe distanțe mari, ci ne uităm înapoi în timp. Una dintre proprietățile fundamentale ale universului pe care o cunoaștem destul de bine este că lumina călătorește cu o viteză finită: aproximativ 300.000.000 m / s (aproximativ 671.000.000 mph). Această viteză a fost determinată prin multe teste riguroase și dovezi fizice. De fapt, înțelegerea acestei constante fundamentale este o cheie pentru o mare parte din ceea ce știm despre univers, mai ales în ceea ce privește atât relativitatea generală, cât și mecanica cuantică. În ciuda acestui fapt, cunoașterea vitezei luminii este esențială pentru a înțelege ce vreau să spun prin fantome stelare. Vedeți, informațiile se mișcă cu viteza luminii. Folosim lumina de la stele pentru a le observa și din aceasta înțelegem cum funcționează.
Un exemplu decent al acestui interval de timp este propriul nostru soare. Soarele nostru este la aproximativ 8 minute-lumină. În sensul că lumina pe care o vedem de la stea noastră durează 8 minute pentru a face călătoria de la suprafața sa până la ochii noștri de pe pământ. Dacă soarele nostru ar dispărea brusc chiar acum, nu am ști despre el timp de 8 minute; aceasta nu include doar lumina pe care o vedem, ci chiar influența sa gravitațională care se exercită asupra noastră. Deci, dacă soarele dispărea chiar acum, am continua pe calea noastră orbitală despre steaua noastră inexistentă încă 8 minute înainte ca informațiile gravitaționale să ajungă la noi să ne informeze că nu mai suntem legați gravitațional de ea. Aceasta stabilește limita noastră de viteză cosmică pentru cât de repede putem primi informații, ceea ce înseamnă că tot ceea ce observăm adânc în univers vine la noi, așa cum a fost o cantitate „x” de ani în urmă, unde „x” este distanța sa ușoară față de noi. Aceasta înseamnă că observăm o stea care se află la 10 ani la distanță de noi așa cum era acum 10 ani. Dacă steaua a murit chiar acum, n-am fi știut de asta încă 10 ani. Astfel, o putem defini ca o „fantomă stelară”; o stea care este moartă din perspectiva sa la locația sa, dar încă vie și bine la noi.
Așa cum este prezentat într-un articol anterior (Stele: O zi în viață), evoluția unei stele este complexă și extrem de dinamică. Mulți factori joacă un rol important în orice, de la determinarea dacă steaua se va forma chiar în primul rând, până la dimensiunea și astfel durata de viață a stelei respective. În articolul precedent menționat mai sus, abordez elementele de bază ale formării stelare și viața a ceea ce numim stele secvențiale principale, sau mai degrabă stele care sunt foarte asemănătoare cu propriul nostru soare. În timp ce procesul de formare și viața unei stele de secvență principală și a stelelor pe care le vom discuta sunt destul de similare, există diferențe importante în modul în care stelele pe care le vom cerceta mor. Moartea principală a stelelor de secvență este interesantă, dar cu greu se compară cu modalitățile de îndoire a spațiului timpului prin care aceste stele mai mari se termină.
După cum am menționat mai sus, când observam steaua demult care se afla în centrul Nebuloasei Crabului, a existat un punct în care acest obiect strălucea la fel de luminos ca luna plină și putea fi văzut în timpul zilei. Ce ar putea face ca ceva să devină atât de strălucitor încât să fie comparabil cu cel mai apropiat vecin celest al nostru? Având în vedere că nebuloasa Crab este la 6.523 de ani lumina, asta a însemnat că ceva care este de aproximativ 153 de miliarde de ori mai departe decât luna noastră strălucea la fel de luminos ca luna. Acest lucru se datora faptului că steaua a trecut supernova când a murit, care este soarta stelelor care sunt mult mai mari decât soarele nostru. Stele mai mari decât soarele nostru vor ajunge în două stări extrem de extreme la moartea sa: stele neutronice și găuri negre. Ambele sunt subiecte demne care ar putea dura săptămâni într-un curs de astrofizică, dar pentru noi astăzi, vom trece pur și simplu despre modul în care se formează acești monștri gravitaționali și ce înseamnă asta pentru noi.
Viața unei stele este o poveste despre fuziunea aproape evadată conținută de strânsoarea propriei sale prezențe gravitaționale. Numim acest echilibru hidrostatic, în care presiunea exterioară a elementelor de fuziune din miezul unei stele este egală cu cea a presiunii gravitaționale interioare care se aplică datorită masei stelei. În miezul tuturor stelelor, hidrogenul este topit în heliu (la început). Acest hidrogen a provenit din nebuloasa din care s-a născut steaua, care s-a înălțat și s-a prăbușit, oferind stelei sale prima șansă la viață. Pe tot parcursul vieții stelei, hidrogenul va fi consumat și tot mai multe „cenușă” de heliu se vor condensa în centrul stelei. În cele din urmă, steaua va rămâne fără hidrogen, iar fuziunea se va opri pentru scurt timp. Această lipsă de presiune exterioară, din cauza faptului că fuziunea nu are loc temporar, câștigă gravitația și strivește steaua în jos. Pe măsură ce steaua se micșorează, densitatea și, astfel, temperatura din miezul stelei crește. În cele din urmă, atinge o anumită temperatură și cenușa de heliu începe să fuzioneze. Așa se desfășoară toate stelele pe parcursul principal al vieții sale și în primele etape ale morții sale. Totuși, acesta este locul în care stelele de dimensiuni solare și stelele masive discutăm despre modalități parțiale.
O stea care este aproape de dimensiunea soarelui nostru va trece prin acest proces până când va ajunge la carbon. Stelele care au această dimensiune pur și simplu nu sunt suficient de mari pentru a topi carbonul. Astfel, când tot heliul a fost topit în oxigen și carbon (prin două procese prea complexe pentru a acoperi aici), steaua nu poate „zdrobi” oxigenul și carbonul suficient pentru a începe fuziunea, gravitația câștigă și steaua moare. Dar stelele care au suficient de multă masă decât soarele nostru (aproximativ 7x masa) pot continua pe lângă aceste elemente și pot continua să strălucească. Au suficientă masă pentru a continua acest proces de „zdrobire și siguranță” care este interacțiunile dinamice din inimile acestor cuptoare cerești.
Aceste stele mai mari își vor continua procesul de fuziune trecând de carbon și oxigen, trecut de siliciu, până la atingerea fierului. Fierul este nota de moarte cântată de acești behemoti înflăcărați, întrucât atunci când fierul începe să-și umple miezul acum muribund, stea se află în aruncarea morții sale. Dar aceste structuri masive de energie nu intră liniștiți noaptea. Ei ies în cele mai spectaculoase moduri. Când ultimul dintre elementele care nu sunt de fier se contopește în miezurile lor, steaua își începe decentă în uitare. Steaua se prăbușește de la sine, întrucât nu are cum să stârpească aderența neobosită a gravitației, zdrobind straturile ulterioare ale elementelor rămase din viața sa. Această cădere liberă interioară este întâmpinată la o anumită dimensiune, cu o forță imposibil de încălcat; o presiune de degenerare a neutronilor care obligă steaua să revină spre exterior. Această cantitate masivă de energie gravitațională și cinetică se întoarce cu o furie care luminează universul, strălucind galaxii întregi într-o clipă. Această furie este sângele vieții cosmosului; tamburul bate în galaxia simfonică, deoarece această energie intensă permite fuziunea elementelor mai grele decât fierul, până la uraniu. Aceste noi elemente sunt aruncate spre exterior prin această forță uimitoare, călărind valurile de energie care le aruncă adânc în cosmos, însămânțând universul cu toate elementele pe care le cunoaștem.
Dar ce a mai rămas? Ce există după acest eveniment spectaculos? Că totul depinde din nou de masa stelei. După cum am menționat anterior, cele două forme pe care le are o stea masivă moartă sunt fie o stea neutră, fie o gaură neagră. Pentru o stea Neutron, formarea este destul de complexă. În esență, evenimentele pe care le-am descris au loc, cu excepția după supernovele, tot ceea ce a mai rămas este o bilă de neutroni degenerați. Degeneratul este pur și simplu un termen pe care îl aplicăm unei forme pe care materia o ia atunci când este comprimată până la limitele permise de fizică. Ceva degenerat este intens dens, iar acest lucru este valabil pentru o stea cu neutroni. Un număr despre care ați auzit aruncat în jur este că o linguriță de material cu stele de neutroni ar cântări aproximativ 10 milioane de tone și ar avea o viteză de scăpare (viteza necesară pentru a se îndepărta de atracția gravitațională) la aproximativ .4c sau 40% viteza. de lumina. Uneori, steaua de neutroni este lăsată să se rotească la viteze incredibile și le etichetăm ca fiind pulsars; numele derivat din modul în care le detectăm.
Aceste tipuri de stele generează o mulțime de radiații. Stelele neutronice au un câmp magnetic enorm. Acest câmp accelerează electronii în atmosfera lor stelară până la viteze incredibile. Acești electroni urmează liniile câmpului magnetic al stelei de neutroni până la poli, unde pot elibera undele radio, razele X și razele gamma (în funcție de ce tip de stea neutronă este). Deoarece această energie este concentrată la poli, creează un fel de efect de far, cu fascicule de mare energie care acționează ca fasciculele de lumină dintr-un far. Pe măsură ce steaua se rotește, aceste fascicule se mărește de mai multe ori pe secundă. Dacă Pământul, și astfel echipamentul nostru de observare, se va orienta favorabil cu acest pulsar, vom înregistra aceste „impulsuri” de energie pe măsură ce fasciculele stelelor se spală peste noi. Pentru toți pulsarii despre care știm, suntem mult prea departe pentru ca aceste fascicule de energie să ne rănească. Dar dacă am fi aproape de una dintre aceste stele moarte, această radiație care se spală pe planeta noastră continuă să vrăjească o anumită dispariție pentru viață așa cum o cunoaștem.
Care este cealaltă formă pe care o ia o stea moartă; o gaură neagră? Cum se întâmplă asta? Dacă materialul degenerat este cât putem zdrobi materia, cum apare o gaură neagră? Mai simplu spus, găurile negre sunt rezultatul unei stele inimaginabil de mari și, prin urmare, a unei cantități cu adevărat masive de materie care este în măsură să „rupă” această presiune de degenerare a neutronilor la colaps. În mod esențial, steaua intră în interior cu o astfel de forță încât încalcă această limită aparent fizică, transformându-se asupra ei înșiși și înfășurând spațiul într-un punct de densitate infinită; o singularitate. Acest eveniment uimitor se produce atunci când o stea are aproximativ 18x cantitatea de masă pe care o are soarele nostru, iar atunci când moare, este cu adevărat epitetul fizicii plecate la extremă. Această „bucată suplimentară de masă” este ceea ce îi permite să prăbușească această bilă de neutroni degenerați și să cadă spre infinit. Este atât îngrozitor, cât și frumos să te gândești; un punct în spațiu care nu este înțeles în totalitate de fizica noastră și totuși ceva ce știm că există. Lucrul cu adevărat remarcabil în ceea ce privește găurile negre este că universul funcționează împotriva noastră. Informațiile de care avem nevoie pentru a înțelege complet procesele dintr-o gaură neagră sunt blocate în spatele unui voal pe care îl numim orizontul evenimentului. Acesta este punctul de a nu se întoarce pentru o gaură neagră, pentru care orice dincolo de acest punct în spațiu nu are căi viitoare care să iasă din ea. Nimic nu scapă la această distanță de steaua prăbușită la miezul său, nici măcar lumină și, astfel, nicio informație nu părăsește niciodată această graniță (cel puțin nu într-o formă pe care o putem folosi). Inima întunecată a acestui obiect cu adevărat uimitor lasă mult de dorit și ne ispitește să trecem pe tărâmul său, pentru a încerca să cunoaștem cele necunoscute; pentru a apuca fructele din pomul cunoașterii.
Acum trebuie spus, există multe modalități de cercetare cu găuri negre până în zilele noastre. Fizicienii, cum ar fi profesorul Stephen Hawking, au lucrat neobosit la fizica teoretică din spatele modului în care funcționează o gaură neagră, încercând să rezolve paradoxurile care apar frecvent când încercăm să folosim cel mai bun din fizica noastră împotriva lor. Există multe articole și lucrări cu privire la astfel de cercetări și constatările lor ulterioare, așa că nu mă voi cufunda în complicațiile lor, atât pentru a dori să păstreze simplitatea înțelegerii, cât și pentru a nu îndepărta mințile uimitoare care lucrează aceste probleme. Mulți sugerează că singularitatea este o curiozitate matematică care nu reprezintă complet ceea ce se întâmplă fizic. Că materia din orizontul evenimentului poate adopta forme noi și exotice. De asemenea, este demn de remarcat faptul că, în Relativitatea generală, orice lucru cu masă se poate prăbuși într-o gaură neagră, dar, în general, ținem la o serie de mase, deoarece creăm o gaură neagră cu ceva mai mic decât este în intervalul de masă este dincolo de înțelegerea noastră despre modul în care se poate intampla. Însă, în calitate de cineva care studiază fizica, am reține să nu menționez că, de acum, ne aflăm într-o secțiune transversală interesantă de idei care tratează foarte intim ceea ce se întâmplă de fapt în aceste spectre ale gravitației.
Toate acestea mă readuc la un punct care trebuie făcut. Un fapt care trebuie recunoscut. În timp ce descriam moartea acestor stele masive, am atins ceva ce se întâmplă. Pe măsură ce steaua este ruptă de propria energie și conținutul ei este aruncat spre exterior în univers, se întâmplă ceva numit nucleosinteză. Aceasta este fuziunea elementelor pentru a crea elemente noi. De la hidrogen până la uraniu. Aceste noi elemente sunt aruncate spre exterior cu o viteză incredibilă și astfel toate aceste elemente își vor găsi în cele din urmă drum în nori moleculari. Norii moleculari (Nebuloase întunecate) sunt pepinierele stelare ale cosmosului. De aici încep stelele. Și de la formarea stelelor, obținem formare planetară.
Pe măsură ce o stea se formează, un nor de resturi care este format din norul molecular care a născut steaua a început să se rotească în jurul ei. După cum știm acum, acest nor conține toate acele elemente care au fost gătite în supernovele noastre. Carbonul, oxigenul, silicatele, argintul, aurul; toate prezente în acest nor. Acest disc de acumulare despre această nouă stea este locul unde se formează planetele, ieșind din acest mediu îmbogățit. Mingile de stâncă și gheață se ciocnesc, se strâng, fiind sfărâmate și apoi reformate pe măsură ce gravitația își lucrează mâinile harnice pentru a modela aceste lumi noi în insule de posibilitate. Aceste planete sunt formate din aceiași elemente care au fost sintetizate în acea erupție cataclismică. Aceste lumi noi conțin planuri pentru viață așa cum o cunoaștem.
Pe una dintre aceste lumi, apare un anumit amestec de hidrogen și oxigen. În cadrul acestui amestec, anumite atomi de carbon se formează pentru a crea lanțuri de reproducere care urmează un model simplu. Poate că, după miliarde de ani, aceste aceleași elemente care au fost aruncate în univers de acea stea muribundă se regăsesc dând viață ceva ce poate privi și aprecia maiestatea care este cosmosul. Poate că ceva are inteligența să realizeze că atomul de carbon din el este același atom de carbon care a fost creat într-o stea pe moarte și că s-a produs o supernovă care a permis acelui atom de carbon să-și găsească drumul în partea dreaptă a universului la timpul potrivit. Energia care a fost ultima suflare muribundă a unei stele moarte mult timp a fost aceeași energie care a permis vieții să își ia prima suflare și să privească stelele. Aceste fantome stelare sunt strămoșii noștri. Au rămas în formă, dar rămân totuși în memoria noastră chimică. Ele există în noi. Suntem supernove. Suntem praf de stele. Suntem descendenți din fantome stelare ...
