Taivaamme on peitetty tähtien kummitusten merelle; kaikki mahdolliset fantomit, jotka ovat kuolleet miljoonien vuosien ajan, mutta emme vielä tiedä sitä. Sitä me keskustelemme tänään. Mitä tapahtuu suurimmalle tähdellemme ja miten se vaikuttaa siihen universumin meikkiin, jossa asumme.
Aloitamme tämän matkan tarkkailemalla Rapujen sumua. Sen kauniit värit ulottuvat ulospäin pimeään tyhjyyteen; taivaanhauta, joka sisältää tuhansia vuosia sitten tapahtuneen väkivaltaisen tapahtuman. Tulet ulottuvillesi ja ranteesi liipaisulla, aloitat kelaamisen ajan ja katsot tämän kauniin sumujen alkavan kutistua. Kellon kääntyessä taaksepäin, sumun värit alkavat muuttua, ja huomaat, että ne kutistuvat yhteen pisteeseen. Kun kalenteri lähestyy 5. heinäkuuta 1054, kaasumainen pilvi kirkkuu ja asettuu taivaan yhteen pisteeseen, joka on yhtä kirkas kuin täysikuu ja on näkyvissä päivän aikana. Kirkkaus häipyy ja lopulta siinä näkyy tarkka valo; tähti, jota emme näe tänään. Tämä tähti on kuollut, mutta tällä hetkellä emme olisi tienneet sitä. Tarkkailijalle ennen tätä päivää tämä tähti näytti iankaikkisesti, kuten kaikki muutkin tähdet. Kuitenkin, kuten tiedämme etuoikeutetusta näkökulmastamme, tämä tähti on menossa supernoovaan ja synnyttämässä yhtä näyttävimmistä sumuista, joita tänään tarkkailemme.
Tähtien kummitukset ovat sopiva tapa kuvata monia massiivisia tähtiä, jotka näemme hajallaan ympäri maailmankaikkeutta. Se mitä monet eivät ymmärrä, on se, että kun katsomme syvälle maailmankaikkeuteen, emme vain katso suuret etäisyydet, vaan katsomme taaksepäin ajassa. Yksi maailmankaikkeuden perusominaisuuksista, jonka tiedämme melko hyvin, on, että valo liikkuu äärellisellä nopeudella: noin 300 000 000 m / s (noin 671 000 000 mph). Tämä nopeus on määritetty monien tiukkojen testien ja fyysisten todisteiden avulla. Itse asiassa tämän perustavanlaatuisen vakion ymmärtäminen on avain suureen osaan sitä, mitä tiedämme maailmankaikkeudesta, etenkin suhteessa sekä yleiseen suhteellisuuteen että kvanttimekaniikkaan. Tästä huolimatta valon nopeuden tunteminen on avain ymmärtääksesi mitä tarkoitan tähtien aaveilla. Tiedä, että tiedot liikkuvat valon nopeudella. Käytämme tähtiä tulevaa valoa tarkkailemaan niitä ja ymmärtämään siitä, kuinka ne toimivat.
Hyvä esimerkki tästä viiveestä on oma aurinko. Aurinko on noin 8 valoisan minuutin päässä. Tarkoittaen, että tähtiämme näkevä valo vie 8 minuuttia matkan kulkemiseen sen pinnasta silmiin maan päällä. Jos aurinko katoaisi yhtäkkiä heti, emme olisi tienneet siitä 8 minuutin ajan; tämä ei sisällä pelkästään näkemäämme valoa, mutta jopa sen meille kohdistettua painovoimavaikutusta. Joten jos aurinko katoaisi heti, jatkaisimme kiertoradallamme nykyisen olemattoman tähtemme kanssa vielä 8 minuuttia ennen kuin gravitaatiotiedot saapuivat meille ilmoittaen meille, ettemme enää ole painovoimaisesti sitoutuneita siihen. Tämä asettaa kosmisen nopeusrajoituksen sille, kuinka nopeasti voimme vastaanottaa tietoa, mikä tarkoittaa, että kaikki mitä havaitsemme syvälle maailmankaikkeuteen, tulee meille sellaisena kuin se oli 'x' määrä vuotta sitten, missä 'x' on kevyt etäisyys meistä. Tämä tarkoittaa sitä, että havaitsemme tähden, joka on 10 valoa vuoden päässä meistä, kuten se oli 10 vuotta sitten. Jos tähti kuoli heti, emme olisi tienneet siitä vielä kymmenen vuoden ajan. Voimme siis määritellä sen "tähtien kummitukseksi"; tähti, joka on kuollut näkökulmastaan sijaintipaikassaan, mutta silti elossa ja hyvin meillä.
Kuten edellisessä artikkelissani (Tähdet: Päivä elämässä) kerrottiin, tähden kehitys on monimutkaista ja erittäin dynaamista. Monilla tekijöillä on tärkeä rooli kaikessa määritettäessä, muodostaako tähti edes ensin - mainitun tähden kokoon ja siten eliniän. Edellä mainitussa artikkelissa kerron tähtien muodostumisen perusteet ja sen elämän, jota kutsumme pääsekvenssitähteiksi tai pikemminkin tähdeksi, joka on hyvin samanlainen kuin oma aurinko. Vaikka pääsekvenssitähden ja tähtien muodostamisprosessi ja elämä, joista keskustelemme, ovat melko samankaltaisia, tutkittavien tähtijen kuolemistapoissa on merkittäviä eroja. Tähtisekvenssien pääkuolemat ovat mielenkiintoisia, mutta niitä tuskin verrataan avaruusajan taipumistapoihin, joilla nämä suuret tähdet päättyvät.
Kuten edellä mainittiin, kun tarkkailimme kauan kadonneita tähtiä, joka makahti Rapujen umpikuvan keskellä, oli piste, jossa tämä esine hehkui yhtä kirkkaana kuin täysikuu ja oli nähtävissä päivän aikana. Mikä voi aiheuttaa siitä, että jostakin tulee niin kirkas, että se olisi verrattavissa lähimpään taivaalliseen naapurimme? Kun otetaan huomioon, että Rapu-udu on 6523 valovuoden päässä, se tarkoitti, että jotain, joka on noin 153 miljardia kertaa kauempana kuin kuu, paistaa yhtä kirkkaana kuin kuu. Tämä johtui siitä, että tähti meni supernovaan kuollessaan, mikä on tähdet, jotka ovat paljon suurempia kuin aurinko. Tähteä, jotka ovat suurempia kuin aurinko, päätyvät kahteen äärimmäiseen tilaan sen kuollessa: neutronitähdet ja mustat aukot. Molemmat ovat arvokkaita aiheita, jotka voisivat kestää viikkoja astrofysiikan kurssilla, mutta meille tänään mennään vain tutustumaan kuinka nämä gravitaation hirviöt muodostuvat ja mitä tämä meille tarkoittaa.
Tähden elämä on tarina lähellä karkaavasta fuusiosta, joka sisältyy sen oman gravitaation läsnäolon oteeseen. Kutsumme tätä hydrostaattiseksi tasapainoksi, jossa tähden ytimessä olevien sulakeelementtien ulkoinen paine on yhtä suuri kuin tähden massan aiheuttama sisäinen painovoimapaine. Kaikkien tähtien ytimessä vety on sulautunut heliumiin (aluksi). Tämä vety tuli siitä sumusta, josta tähti syntyi, yhdistyi ja romahti, jolloin tähti sai ensimmäisen mahdollisuutensa elämässä. Tähden koko elinajan kuluessa vety käytetään loppuun, ja yhä enemmän heliumituhkaa tiivistyy tähden keskelle. Tähtien lopussa loppuu vety ja fuusio pysähtyy hetkeksi. Tämä ulkoisen paineen puute, koska väliaikaisesti ei tapahdu sulautumista, antaa painovoiman voittaa ja se murskaa tähden alaspäin. Tähteen kutistuessa tiheys ja siten lämpötila tähden ytimessä nousee. Lopulta se saavuttaa tietyn lämpötilan ja heliumin tuhka alkaa sulautua. Näin kaikki tähdet etenevät koko elämänsä suurimman osan ja kuolemansa ensimmäisiin vaiheisiin. Kuitenkin tässä auringon kokoiset tähdet ja massiiviset tähdet, joista keskustelemme, jakavat tapoja.
Tähti, joka on suunnilleen lähellä oman aurinkoomme kokoa, käy läpi tämän prosessin, kunnes se saavuttaa hiiltä. Tähdet, jotka ovat tämän kokoisia, eivät yksinkertaisesti ole tarpeeksi suuria sulamaan hiiltä. Siten, kun kaikki helium on sulatettu happea ja hiiltä (kahden prosessin kautta, jotka ovat liian monimutkaisia peittämään tässä), tähti ei voi "murskata" happea ja hiiltä tarpeeksi aloittaakseen fuusion, painovoima voittaa ja tähti kuolee. Mutta tähdet, joilla on tarpeeksi enemmän massaa kuin aurinkoomme (noin 7x massa), voivat jatkaa näiden elementtien ohi ja paistaa jatkuvasti. Heillä on tarpeeksi massaa jatkaakseen tätä murskaus- ja sulakeprosessia, joka on dynaaminen vuorovaikutus näiden taivaanuunien sydämissä.
Nämä suuret tähdet jatkavat fuusioprosessiaan hiilen ja hapen, piin ohi, aina, kunnes ne saavuttavat raudan. Rauta on näiden palavien behemothien laulama kuolemahuomautus, sillä kun rauta alkaa täyttää heidän nyt kuolevan ytimensä, tähti on kuolemansaateissa. Mutta nämä massiiviset energiarakenteet eivät mene hiljaa yöhön. He lähtevät ulos upeimmista tavoista. Kun viimeinen ei-rautaelementeistä sulautuu ytimeensä, tähti alkaa kunnollisesta unohdukseen. Tähti törmää itseensä, koska sillä ei ole tapaa välttää painovoiman hellittämätöntä otetta, murskaamalla jäljellä olevat elementtikerrokset sen elinaikana. Tämä sisäänpäin tapahtuva vapaa pudotus saavutetaan tietyssä koossa, jota on mahdoton rikkoa; neutronien rappeutumispaine, joka pakottaa tähden palaamaan ulospäin. Tämä massiivinen määrä gravitaatio- ja kineettista energiaa kilpailee takaisin raivolla, joka valaisee maailmankaikkeutta ja ohittaa hetkessä kokonaiset galaksit. Tämä raivo on kosmoksen elämän verta; rumpu lyö sinfoniagalaktisessa, koska tämä voimakas energia sallii rautaa raskaampien elementtien fuusion aina uraaniin. Nämä uudet elementit puhalletaan ulospäin tämän hämmästyttävän voiman avulla, ajaen energian aaltoja, jotka heittävät heidät syvälle kosmokseen, siementtäen maailmankaikkeuden kaikilla tunnetuilla elementeillä.
Mutta mitä on jäljellä? Mitä siellä on tämän upean tapahtuman jälkeen? Se kaikki riippuu jälleen tähden massasta. Kuten aiemmin mainittiin, kaksi muotoa, jotka kuolleet massiiviset tähdet ottavat, ovat joko neutronitähti tai musta reikä. Neutronitähdelle muodostuminen on melko monimutkaista. Pohjimmiltaan kuvailemasi tapahtumat tapahtuvat paitsi supernoovien jälkeen, jäljelle jää vain rappeutuneiden neutronien pallo. Degeneroitunut on yksinkertaisesti termi, jota käytämme muotoon, jonka asia saa, kun se puristetaan fysiikan sallimiin rajoihin. Jotain, joka on rappeutunut, on voimakkaasti tiheää, ja tämä pätee hyvin neutronitähtiin. Saatat olla kuullut heitettävän ympäriinsä, että teelusikallinen neutronitähtimateriaalia painaa noin 10 miljoonaa tonnia ja sen poistumisnopeus (nopeus, joka tarvitaan eroon sen painovoiman vetämisestä) on noin .4c eli 40% nopeudesta. valon. Joskus neutronitähti jätetään pyörimään uskomattomilla nopeuksilla, ja merkitsemme nämä pulsareiksi; nimi johdettu siitä, kuinka havaitsemme ne.
Tämäntyyppiset tähdet tuottavat paljon säteilyä. Neutronitähteillä on valtava magneettikenttä. Tämä kenttä kiihdyttää elektroneja niiden tähtiatmosfäärissä uskomattomiin nopeuksiin. Nämä elektronit seuraavat neutronitähteen magneettikenttälinjoja napoihinsa, missä ne voivat vapauttaa radioaaltoja, röntgensäteitä ja gammasäteitä (riippuen siitä, minkä tyyppinen neutronitähti se on). Koska tämä energia on keskittynyt napoihin, se luo eräänlaisen majakkaefektin, jossa korkeaenergiset säteet toimivat kuin valonsäteet majakasta. Tähden pyöriessä nämä palkit pyyhkäisevät useita kertoja sekunnissa. Jos maapallon ja siten havaintolaitteidemme tapahtuu suotuisasti suuntautuneena tähän pulssiin, rekisteröimme nämä energian "pulssit", kun tähteiden säteet pesevät yli meidän. Kaikille tuntemiimme pulsareille olemme aivan liian kaukana, jotta nämä energian säteet vahingoittavat meitä. Mutta jos olisimme lähellä yhtä näistä kuolleista tähtiä, tämä säteilypesu jatkuvasti planeettamme päällä lopettaisi tietyn sukupuuttoon elämän sellaisena kuin me sen tunnemme.
Entä missä muodossa kuollut tähti on; musta aukko? Kuinka tämä tapahtuu? Jos rappeutunut materiaali on niin pitkälle kuin pystymme murskaamaan aineen, miten musta reikä ilmestyy? Yksinkertaisesti sanottuna, mustat aukot ovat seurausta mielikuvituksettomasti suuresta tähdestä ja siten todella massiivisesta määrästä ainetta, joka pystyy “murtamaan” tämän neutronien rappeutumispaineen romahtaessa. Tähti putoaa olennaisesti sisäänpäin sellaisella voimalla, että se rikkoo tämän näennäisesti fyysisen rajan kääntyessään itseensä sisään ja kääriäkseen avaruuden ajan äärettömän tiheyden pisteeseen; ainutlaatuisuus. Tämä hämmästyttävä tapahtuma tapahtuu, kun tähdellä on noin 18-kertainen määrä massaa, joka auringollamme on, ja kun se kuolee, se on todella fysiikan ruumiillistuma mennyt äärimmäisyyteen. Tämä "ylimääräinen massa massa" antaa sille mahdollisuuden romahtaa tämä rappeutuneiden neutronien pallo ja pudota kohti äärettömyyttä. On sekä kauhistuttavaa että kaunista ajatella; avaruusajan kohta, jota fysiikkamme ei ymmärrä täysin, ja silti jotain, jonka tiedämme, on olemassa. Todella huomattava asia mustissa reikissä on, että se on kuin universumi, joka toimii meitä vastaan. Tiedot, joita tarvitsemme ymmärtääksemme täysin mustan aukon prosessit, on lukittu verhon taakse, jota kutsumme tapahtumahorisontiksi. Tässä ei ole paluuta mustalle aukolle, jolle millään tämän avaruusajan ulkopuolella ole tulevaisuuden polkuja, jotka johtavat siitä. Mikään ei päästä tällä etäisyydellä romahtuneesta tähdestä ytimessä, edes valoa, eikä mikään informaatio koskaan jätä tätä rajaa (ainakin ei siinä muodossa, jota voimme käyttää). Tämän todella hämmästyttävän esineen tumma sydän jättää paljon toivomisen varaa, ja houkuttelee meitä pääsemään sen valtakuntaan yrittääksemme tuntea tuntemattoman; tarttua hedelmiin tietopuusta.
Nyt on sanottava, että mustien reikien tutkimuksella on vielä paljon tehtäviä tähän päivään asti. Fyysikot, kuten professori Stephen Hawking, ovat muun muassa väsymättä työskennelleet teoreettisen fysiikan parissa, jolla musta aukko toimii, yrittäessään ratkaista paradoksi, joka ilmenee usein, kun yritämme hyödyntää fysiikan parhainta heitä vastaan. Tällaisesta tutkimuksesta ja niiden myöhemmistä tuloksista on monia artikkeleita ja kirjoituksia, joten en aio sukeltaa heidän monimutkaisuuksiinsa, koska haluavat säilyttää yksinkertaisuuden ymmärryksessä ja myöskään ottaa pois hämmästyttävät mielet, jotka työskentelevät näitä aiheita varten. Monet viittaavat siihen, että singulaarisuus on matemaattinen uteliaisuus, joka ei kuvaa täysin sitä, mitä fyysisesti tapahtuu. Että asia tapahtumahorisontin sisällä voi saada uusia ja eksoottisia muotoja. On myös syytä huomata, että yleisessä suhteellisuussuhteessa mikä tahansa, jolla on massa, voi romahtaa mustana reikäksi, mutta pidämme yleensä joukkoa massoja, koska luomalla musta aukko, jolla on jotain vähemmän kuin siinä massaluokassa, on meidän ymmärryksemme ulkopuolella siitä, kuinka voisi tapahtua. Mutta fysiikkaa opiskelevana en halua mainita, että tällä hetkellä olemme mielenkiintoisella poikkileikkauksella ideoita, jotka käsittelevät hyvin läheisesti sitä, mitä näillä painovoiman spektrillä todella tapahtuu.
Kaikki tämä vie minut takaisin kohtaan, joka on tehtävä. Tosiasia, joka on tunnustettava. Kuvaileessani näiden massiivisten tähtien kuolemia, kosketin jotain tapahtuvaa. Koska tähti revitään erillään omasta energiastaan ja sen sisältö puhalletaan ulospäin maailmankaikkeuteen, tapahtuu jotain, jota kutsutaan nukleosynteesiksi. Tämä on elementtien fuusio uusien elementtien luomiseksi. Vetystä uraaniin. Nämä uudet elementit puhalletaan ulospäin uskomattoman nopeudella, ja siten kaikki nämä elementit löytävät lopulta tiensä molekyylipilviin. Molekyylipilvet (Dark Nebulae) ovat kosmoksen tähtitaivaan taimitarhoja. Tästä tähdet alkavat. Ja tähtien muodostumisesta saamme planeettojen muodostumisen.
Tähteen muodostuessa roskipilvi, joka koostuu mainitun tähden synnyttäneestä molekyylipilvestä, alkaa pyöriä sen ympärillä. Tämä pilvi, kuten nyt tiedämme, sisältää kaikki ne elementit, jotka oli keitetty supernoovaissamme. Hiili, happi, silikaatit, hopea, kulta; kaikki läsnä tässä pilvessä. Tämä uutta tähteä koskeva lisäyslevy on siinä, missä planeetat muodostuvat ja kohoavat ulos tästä rikastetusta ympäristöstä. Kallio- ja jääpallot törmäävät, akrytoituvat, revitään ja sitten uudistetaan, kun painovoima toimii ahkerasti käsiinsä muovatakseen nämä uudet maailmat mahdollisuuksien saariksi. Nämä planeetat on muodostettu niistä samoista elementeistä, jotka syntetisoitiin tuossa kataklysmisessä purkauksessa. Nämä uudet maailmat sisältävät suunnitelmat elämälle sellaisena kuin me sen tiedämme.
Yhdessä näistä maailmoista tapahtuu tietty vety- ja happiseos. Tämän seoksen sisällä tietyt hiiliatomit muodostuvat muodostamaan replikoivia ketjuja, jotka seuraavat yksinkertaista mallia. Ehkä miljardien vuosien kuluttua nämä samat elementit, jotka tuo kuoleva tähti työnsi maailmankaikkeuteen, huomaa antavansa elämän jotain, joka voi etsiä ja arvostaa majesteettisuutta, joka on kosmos. Ehkä jollakin on älykkyyttä ymmärtääkseen, että sen sisällä oleva hiiliatomi on sama hiiliatomi, joka luotiin kuolevaan tähtiin, ja että tapahtui supernoovia, joiden avulla hiiliatomi löysi tiensä maailmankaikkeuden oikeaan osaan oikea aika. Energia, joka oli kauan kuolleen tähden viimeinen kuoleva hengitys, oli sama energia, joka antoi elämälle mahdollisuuden ottaa ensimmäinen hengitys ja katsella tähtiä. Nämä tähtien aaveet ovat esi-isämme. Ne ovat poissa muodossa, mutta silti pysyvät kemiallisessa muistissamme. Ne ovat meissä. Olemme supernova. Olemme tähtipölyä. Olemme syntyneet tähtien aaveista ...
