Mūsu debesis ir klātas zvaigžņu spoku jūrā; visi potenciālie fantomi, kas ir miruši miljoniem gadu, un mēs to vēl nezinām. To mēs šodien apspriedīsim. Kas notiek ar lielāko no mūsu zvaigznēm un kā tas ietekmē pašu Visuma aplauzumu, kurā mēs dzīvojam.
Mēs sākam šo ceļojumu, vērojot Krabju miglāju. Tās skaistās krāsas sniedzas tumšā tukšumā; debess kaps, kurā ietverts vardarbīgs notikums, kas notika pirms tūkstošiem gadu. Jūs sasniedzat un ar plaukstas plaukstas uzslāņošanos sākat laiku un vērojat, kā šie skaisti miglāji sāk sarukt. Pulkstenim virzoties atpakaļ, miglāja krāsas sāk mainīties, un jūs pamanāt, ka tie sarūk līdz vienam punktam. Kalendāram tuvojoties 1054. gada 5. jūlijam, gāzveida mākonis izgaismojas un apmetas uz vienu debesu punktu, kas ir tikpat gaišs kā pilnmēness un ir redzams dienas laikā. Spilgtums zūd, un galu galā tajā parādās precīzi precīzs apgaismojums; zvaigzne, kuru mēs šodien neredzam. Šī zvaigzne ir mirusi, tomēr šobrīd mēs to nebūtu zinājuši. Novērotājam pirms šī datuma šī zvaigzne šķita mūžīga, tāpat kā visas pārējās zvaigznes. Tomēr, kā mēs zinām no sava priviliģētā viedokļa, šī zvaigzne gatavojas nonākt supernovā un piedzimst vienā no iespaidīgākajiem miglājiem, ko mēs šodien novērojam.
Zvaigžņu spoki ir piemērots veids, kā aprakstīt daudzas masīvās zvaigznes, kuras mēs redzam izkaisītas visā Visumā. Tas, ko daudzi nemaz neapzinās, ir tāds, ka, kad mēs skatāmies dziļi Visumā, mēs ne tikai skatāmies milzīgos attālumos, bet arī meklējam laiku atpakaļ. Viena no visuma pamatīpašībām, ko mēs diezgan labi zinām, ir tā, ka gaisma pārvietojas ar ierobežotu ātrumu: aptuveni 300 000 000 m / s (aptuveni 671 000 000 mph). Šis ātrums tika noteikts, izmantojot daudzus stingrus testus un fiziskus pierādījumus. Faktiski šīs fundamentālās konstantes izpratne ir atslēga lielai daļai no tā, ko mēs zinām par Visumu, it īpaši attiecībā uz vispārējo relativitāti un kvantu mehāniku. Neskatoties uz to, gaismas ātruma zināšana ir atslēga, lai saprastu, ko es domāju ar zvaigžņu spokiem. Redzi, informācija pārvietojas gaismas ātrumā. Mēs izmantojam zvaigžņu gaismu, lai tās novērotu, un no tā mēs saprotam, kā tās darbojas.
Pienācīgs piemērs šai laika nobīdei ir mūsu pašu saule. Mūsu saule atrodas aptuveni 8 gaismas minūšu attālumā. Nozīmē, ka gaisma, ko mēs redzam no mūsu zvaigznes, prasa 8 minūtes, lai ceļotu no tās virsmas līdz mūsu acīm uz zemes. Ja mūsu saule pēkšņi pazustu tūlīt, mēs par to neuzzinātu 8 minūtes; tas neietver tikai redzamo gaismu, bet pat tās gravitācijas ietekmi, kas mums tiek uzlikta. Tātad, ja saule tūlīt pazustu, mēs turpinātu savu orbitālo ceļu pa mūsu šobrīd neeksistējošo zvaigzni vēl 8 minūtes, pirms mūs sasniegtu gravitācijas informācija, kas mūs informētu, ka mēs vairs neesam tai piesaistīti gravitācijas stāvoklī. Tas nosaka mūsu kosmiskā ātruma ierobežojumu tam, cik ātri mēs varam saņemt informāciju, kas nozīmē, ka viss, ko vērojam dziļi Visumā, nonāk līdz mums, kā tas bija pirms gada “x”, kur “x” ir tā nelielais attālums no mums. Tas nozīmē, ka mēs novērojam zvaigzni, kas atrodas 10 gaismas gadu attālumā no mums, kā tas bija pirms 10 gadiem. Ja šī zvaigzne nomirst tūlīt, mēs par to nezinātu vēl 10 gadus. Tādējādi mēs to varam definēt kā “zvaigžņu spoku”; zvaigzne, kas mirusi no sava skatupunkta savā vietā, bet joprojām dzīva un labi saskatāma pie mums.
Kā aprakstīts iepriekšējā raktuvē (Zvaigznes: Diena dzīvē), zvaigznes evolūcija ir sarežģīta un ļoti dinamiska. Daudziem faktoriem ir liela nozīme visā, sākot no tā, vai zvaigzne pat veidosies, līdz pat zvaigznes lielumam un tātad arī tās kalpošanas laikam. Iepriekš minētajā rakstā es apskatīju zvaigžņu veidošanās pamatus un dzīvi tām, kuras mēs saucam par galvenajām secības zvaigznēm, vai drīzāk zvaigznēm, kuras ir ļoti līdzīgas mūsu pašu saulei. Lai gan galvenās secības zvaigznes un to zvaigžņu veidošanās process un dzīve, kuras mēs apspriedīsimies, ir diezgan līdzīgas, pastāv būtiskas atšķirības starp to, kā mirst zvaigznes, kuras mēs izmeklēsim. Galveno secību zvaigžņu nāves gadījumi ir interesanti, taču tos diez vai var salīdzināt ar kosmosa laika lieces veidiem, kādus šīs lielākās zvaigznes izbeidz.
Kā minēts iepriekš, kad mēs novērojām sen aizgājušo zvaigzni, kas atradās Krabju miglāja centrā, bija punkts, kurā šis objekts kvēloja tikpat spoži kā pilnmēness un to varēja redzēt dienas laikā. Kas varētu izraisīt to, ka kaut kas kļūst tik spilgts, ka tas būtu salīdzināms ar mūsu tuvāko debess kaimiņu? Ņemot vērā, ka Krabju miglājs atrodas 6523 gaismas gadu attālumā, tas nozīmēja, ka kaut kas aptuveni 153 miljardus reižu tālāk nekā mūsu mēness spīd tikpat spoži kā mēness. Tas notika tāpēc, ka zvaigzne, nomirstot, ieguva supernovu, un tas ir zvaigžņu liktenis, kas ir daudz lielākas nekā mūsu saule. Zvaigznes, kas lielākas par mūsu sauli, pēc tās nāves nonāks divos ļoti galējos stāvokļos: neitronu zvaigznēs un melnajos caurumos. Abas ir cienīgas tēmas, kuras astrofizikas kursos varētu ilgt nedēļas, bet šodien mums vienkārši jāpārdomā, kā šie gravitācijas monstri veidojas un ko tas mums nozīmē.
Zvaigznes dzīve ir stāsts par gandrīz saplūdušu saplūšanu, ko satur pašas radītā gravitācijas klātbūtne. Mēs to saucam par hidrostatisko līdzsvaru, kurā zvaigznes kodolā esošo saplūstošo elementu ārējais spiediens ir vienāds ar iekšējā gravitācijas spiediena spiedienu, kas tiek veikts zvaigznes masas dēļ. Visu zvaigžņu kodolā ūdeņradis tiek sakausēts hēlijā (sākumā). Šis ūdeņradis nāca no miglāja, no kura zvaigzne bija dzimusi, tas saliecās un sabruka, dodot zvaigznei pirmo iespēju dzīvē. Visā zvaigznes dzīves laikā ūdeņradis tiks izlietots, un zvaigznes centrā kondensējas arvien vairāk hēlija “pelnu”. Galu galā zvaigznei pietrūks ūdeņradis, un saplūšana īslaicīgi apstāsies. Šis ārējā spiediena trūkums, jo īslaicīgi nenotiek saplūšana, ļauj uzvarēt smagumam, un tas saspiež zvaigzni uz leju. Zvaigznei sarūkot, blīvums un līdz ar to temperatūra zvaigznes kodolā palielinās. Galu galā tas sasniedz noteiktu temperatūru un hēlija pelni sāk saplūst. Tas notiek, kā visas zvaigznes dodas visā tās dzīves galvenajā daļā un pirmajos nāves posmos. Tomēr šajā gadījumā saules lieluma zvaigznes un masīvās zvaigznes, par kurām mēs diskutējam, daļēji mainās.
Zvaigzne, kas ir gandrīz tuvu mūsu pašu saules lielumam, izies šo procesu, līdz sasniegs oglekli. Šādas zvaigznes vienkārši nav tik lielas, lai sakausētu oglekli. Tādējādi, kad viss hēlijs ir sakausēts skābeklī un ogleklī (izmantojot divus procesus, kas ir pārāk sarežģīti, lai šeit pārklātu), zvaigzne nevar “sasmalcināt” skābekli un oglekli pietiekami, lai sāktu saplūšanu, gravitācija uzvar un zvaigzne nomirst. Bet zvaigznes, kurām ir pietiekami daudz masas nekā mūsu saule (apmēram 7x masa), var turpināties garām šiem elementiem un turpināt spīdēt. Viņiem ir pietiekami daudz masas, lai turpinātu šo “sasmalcināšanas un kausēšanas” procesu, kas ir dinamiskā mijiedarbība šo debesu krāsniņu sirdīs.
Šīs lielākās zvaigznes turpinās kodolsintēzes procesu oglekļa un skābekļa, silīcija garumā, līdz tās sasniegs dzelzi. Dzelzs ir nāves piezīme, ko dzied šie degošie behemoti, jo, kad dzelzs sāk piepildīt viņu tagad mirstošo kodolu, zvaigzne atrodas tās nāves metienos. Bet šīs masīvās enerģijas struktūras mierīgi neiet naktī. Viņi iziet visievērojamākajos veidos. Kad pēdējais no dzelzs nesaturošajiem elementiem saplūst to kodolos, zvaigzne sāk pienācīgi aizmirst. Zvaigzne ietriecas sevī, jo tai nav iespēju novērst gravitācijas nerimstošo saķeri, sasmalcinot nākamos pārējo elementu slāņus no tā kalpošanas laika. Šis iekšējais brīvais kritiens tiek sasniegts noteiktā apjomā ar neiespējamu spēku pārkāpt; neitronu deģenerācijas spiediens, kas liek zvaigznei atsitiena virzienā uz āru. Šis milzīgais gravitācijas un kinētiskās enerģijas daudzums sacenšas ar dusmām, kas apgaismo Visumu, vienā mirklī apsteidzot visas galaktikas. Šī niknums ir kosmosa dzīvības asinis; bungas rit simfoniskajā galaktikā, jo šī intensīvā enerģija ļauj saplūst elementiem, kas ir smagāki par dzelzi, līdz urānam. Šie jaunie elementi tiek izpūsti uz āru no šī apbrīnojamā spēka, izjūtot enerģijas viļņus, kas viņus iedziļina kosmosā, iesējot Visumu ar visiem elementiem, par kuriem mēs zinām.
Bet kas paliek? Kas ir pēc šī iespaidīgā notikuma? Tas viss atkal ir atkarīgs no zvaigznes masas. Kā minēts iepriekš, divas mirušās masīvās zvaigznes formas ir neitronu zvaigzne vai melna caurums. Neitronu zvaigznei veidošanās ir diezgan sarežģīta. Būtībā manis aprakstītie notikumi notiek, izņemot pēc supernovām, un atliek tikai deģenerētu neitronu bumba. Deģenerāts ir vienkārši termins, ko mēs lietojam formai, kura iegūst nozīmi, kad tā ir saspiesta līdz fizikas pieļaujamajām robežām. Kaut kas deģenerēts ir intensīvi blīvs, un tas ļoti attiecas uz neitronu zvaigzni. Skaits, ko jūs, iespējams, dzirdējāt mētājamies, ir tāds, ka tējkarote neitronu zvaigžņu materiāla sver aptuveni 10 miljonus tonnu, un tā bēgšanas ātrums (ātrums, kas nepieciešams, lai atbrīvotos no tā gravitācijas spēka) ir aptuveni 0,4 c jeb 40% no ātruma. gaismas. Dažreiz neitronu zvaigzni atstāj griezties ar neticamiem ātrumiem, un mēs tos apzīmējam kā pulsārus; nosaukums, kas iegūts no tā, kā mēs tos atklājam.
Šāda veida zvaigznes rada daudz starojuma. Neitronu zvaigznēm ir milzīgs magnētiskais lauks. Šis lauks paātrina elektronus to zvaigžņu atmosfērā līdz neticamiem ātrumiem. Šie elektroni seko neitronu zvaigznes magnētiskā lauka līnijām līdz tās poliem, kur tie var atbrīvot radioviļņus, rentgena un gamma starus (atkarībā no tā, kāda veida neitronu zvaigzne tā ir). Tā kā šī enerģija tiek koncentrēta uz poliem, tā rada sava veida bākas efektu ar augstas enerģijas stariem, kas darbojas kā gaismas stari no bākas. Zvaigznei rotējot, šie stari svārstās daudzas reizes sekundē. Ja Zeme un līdz ar to arī mūsu novērošanas iekārta ir labvēlīgi orientēta uz šo impulsu, mēs reģistrēsim šos enerģijas “impulsus”, kad zvaigžņu stars mazgā mums virsū. Visiem pulsāriem, par kuriem mēs zinām, mēs esam pārāk tālu, lai šie enerģijas stari mūs ievainotu. Bet, ja mēs atrastos tuvu vienai no šīm mirušajām zvaigznēm, šī radiācijas mazgāšana pār mūsu planētu nepārtraukti noteiktu dzīvības izzušanu, kā mēs to zinām.
Kāda ir cita mirušās zvaigznes forma; melnais caurums? Kā tas notiek? Ja deģenerēts materiāls ir tik tālu, cik mēs varam sasmalcināt matēriju, kā parādās melnais caurums? Vienkārši izsakoties, melnie caurumi ir neiedomājami lielas zvaigznes rezultāts un tādējādi patiesi milzīgs vielas daudzums, kas sabrukšanas laikā var “salauzt” šo neitronu deģenerācijas spiedienu. Zvaigzne būtībā krīt uz iekšu ar tādu spēku, ka tā pārkāpj šo šķietami fizisko robežu, pagriežot sevi un iesaiņojot kosmosa laiku bezgalīga blīvuma punktā; savdabība. Šis pārsteidzošais notikums notiek, kad zvaigznei ir aptuveni 18 reizes lielāks masas daudzums, kāds ir mūsu saulei, un, kad tā nomirst, tas patiesībā ir fizikas virsotne, kas nonākusi galējībā. Šis “papildu masas mazliet” ļauj tai sabrukt šai deģenerēto neitronu bumbiņai un kristies bezgalības virzienā. Ir gan drausmīgi, gan skaisti domāt; punkts kosmosa laikā, ko mūsu fizika pilnībā neizprot, un tomēr kaut kas tāds, par kuru mēs zinām, pastāv. Patiešām ievērojamā melno caurumu lieta ir tā, ka tas ir tāds kā Visums, kas darbojas pret mums. Informācija, kas mums vajadzīga, lai pilnībā izprastu procesus, kas atrodas melnajā caurumā, ir bloķēta aiz plīvura, ko mēs saucam par notikumu horizontu. Tas ir melnā cauruma neatgriešanās punkts, kuram visam, kas pārsniedz šo punktu kosmosa laikā, nav nākotnes ceļu, kas no tā iziet. Nekas neizbēg šādā attālumā no sabrukušās zvaigznes tās kodolā, pat ne gaisma, un tādējādi nekāda informācija nekad neatstāj šo robežu (vismaz ne tādā formā, kādu mēs varētu izmantot). Šī patiesi apbrīnojamā objekta tumšā sirds atstāj daudz ko vēlēt un kārdina mūs šķērsot tā valstību, lai mēģinātu pazīt nepazīstamo; satvert augļus no zināšanu koka.
Tagad jāsaka, ka līdz mūsdienām vēl ir daudz pētījumu ar melnajiem caurumiem. Fizikāni, piemēram, profesors Stefans Hokings, cita starpā, nenogurstoši strādā pie tā, kā darbojas melnais caurums, teorētiskajā fizikā, cenšoties atrisināt paradoksus, kas bieži parādās, kad mēs cenšamies izmantot labākos fizikas veidus. Par šādiem pētījumiem un to turpmākajiem atklājumiem ir daudz rakstu un rakstu, tāpēc es neiedziļināšos viņu sarežģītībā gan tāpēc, lai saglabātu izpratnes vienkāršību, gan arī neatņemtos no apbrīnojamajiem prātiem, kuri strādā pie šiem jautājumiem. Daudzi norāda, ka singularitāte ir matemātiska zinātkāre, kas pilnībā neatspoguļo to, kas fiziski notiek. Ka lieta notikumu horizontā var iegūt jaunas un eksotiskas formas. Ir arī vērts atzīmēt, ka vispārējā relativitātē jebkas ar masu var sabrukt līdz melnajam caurumam, bet mēs parasti ievērojam masu diapazonu, jo melnā cauruma izveidošana ar kaut ko mazāk, nekā ir tajā masu diapazonā, ir ārpus mūsu izpratnes par to, kā varētu notikt. Bet kā cilvēks, kurš studē fiziku, es negribētu pieminēt, ka šobrīd mēs atrodamies pie interesanta ideju šķērsgriezuma, kas ļoti cieši nodarbojas ar to, kas patiesībā notiek šajos smaguma spektros.
Tas viss mani atgrieza pie jautājuma, kas ir jāpieliek. Fakts, kas ir jāatzīst. Aprakstot šo masīvo zvaigžņu nāvi, es pieskāros kaut kam notiekošajam. Tā kā zvaigzne tiek atrauta no savas enerģijas un tās saturs tiek izpūsts uz Visumu, notiek kaut kas, ko sauc par nukleosintēzi. Tas ir elementu saplūšana, lai izveidotu jaunus elementus. No ūdeņraža līdz urānam. Šie jaunie elementi tiek uzspridzināti uz āru ar neticamu ātrumu, un tādējādi visi šie elementi galu galā atradīs ceļu molekulārajos mākoņos. Molekulārie mākoņi (tumšie miglāji) ir kosmosa zvaigžņu kokaudzētavas. Šeit sākas zvaigznes. Un no zvaigžņu veidošanās mēs iegūstam planētu veidošanos.
Kad veidojas zvaigzne, ap to sāk griezties gruvešu mākonis, kuru veido molekulārais mākonis, kurš uzdzina minēto zvaigzni. Šis mākonis, kā mēs tagad zinām, satur visus tos elementus, kas bija pagatavoti mūsu supernovās. Ogleklis, skābeklis, silikāti, sudrabs, zelts; visi atrodas šajā mākonī. Šajā uzbēruma diskā par jauno zvaigzni veidojas planētas, kas izdalās no šīs bagātinātās vides. Akmens un ledus bumbiņas saduras, sakrājas, tiek saplēstas un pēc tam pārveidotas, kad smagums strādā ar rūpīgām rokām, lai šīs jaunās pasaules pārveidotu iespējamības salās. Šīs planētas ir veidotas no tiem pašiem elementiem, kas tika sintezēti tajā kataklizmiskajā izvirdumā. Šīs jaunās pasaules satur dzīves zīmējumus, kā mēs to zinām.
Vienā no šīm pasaulēm rodas noteikts ūdeņraža un skābekļa maisījums. Šajā maisījumā veidojas daži oglekļa atomi, veidojot atkārtojošās ķēdes, kas seko vienkāršam paraugam. Iespējams, pēc miljardiem gadu šie paši elementi, kurus šī mirstošā zvaigzne ievilināja Visumā, liek dzīvībai dot kaut ko tādu, kas var uzmeklēt un novērtēt majestātiskumu, kas ir kosmoss. Iespējams, ka kaut kam ir inteliģence, lai saprastu, ka tajā esošais oglekļa atoms ir tas pats oglekļa atoms, kas tika izveidots mirstošā zvaigznē, un ka notika supernovas, kas ļāva minētajam oglekļa atomam atrast ceļu labajā Visuma daļā plkst. īstais laiks. Enerģija, kas bija sen mirušās zvaigznes pēdējā mirstošā elpa, bija tā pati enerģija, kas dzīvībai ļāva veikt pirmo elpu un skatīties uz zvaigznēm. Šie zvaigžņu spoki ir mūsu senči. Tie vairs nav formā, bet tomēr paliek mūsu ķīmiskajā atmiņā. Viņi pastāv mūsos. Mēs esam supernova. Mēs esam zvaigžņu putekļi. Mēs esam cēlušies no zvaigžņu spokiem ...
