Meie taevas on varjul täheliste kummituste meres; kõik potentsiaalsed fantoomid, mis on miljonid aastad surnud, ja me ei tea seda veel. Just seda arutame täna. Mis juhtub meie suurima tähega ja kuidas see mõjutab selle universumi ülesehitust, kus me elame.
Alustame seda teekonda Krabi udukogu vaatlemisega. Selle kaunid värvid ulatuvad väljapoole pimedasse tühjusesse; taevahaud, mis sisaldab aastatuhandeid tagasi toimunud vägivaldset sündmust. Jõudte käe ulatudes ja randmeväljal hakates kerima aega ja jälgite, kuidas see ilus udukogu hakkab kahanema. Kella tagurpidi pöörlemisel hakkavad udukogu värvid muutuma ja märkad, et need kahanevad ühte punkti. Kui kalender läheneb 5. juulile 1054, helendab gaasiline pilv ja taandub taeva ühele punkti, mis on sama hele kui täiskuu ja on nähtav päeva jooksul. Heledus kaob ja lõpuks paistab seal täpselt valgus; täht, mida me täna ei näe. See täht on surnud, kuid praegusel hetkel poleks me sellest teadnud. Vaatlejale enne seda kuupäeva tundus see täht igavene, nagu ka kõik teised tähed. Kuid nagu me oma privilegeeritud vaatepunktist teame, läheb see täht supernoovasse ja sünnib üks kõige suurejoonelisemaid udukogu, mida me tänapäeval täheldame.
Tähevaimud on sobiv viis paljude massiivsete tähtede kirjeldamiseks, keda näeme hajutatud kogu universumis. Mida paljud ei taipa, on see, et kui vaatame sügavale universumisse, ei vaata me mitte ainult kaugeid, vaid vaatame ka ajas tagasi. Üks universumi põhilisi omadusi, mida me üsna hästi teame, on see, et valgus liigub piirkiirusel: umbes 300 000 000 m / s (umbes 671 000 000 mph). See kiirus on kindlaks tehtud paljude rangete testide ja füüsiliste tõendite abil. Tegelikult on selle põhikonstandi mõistmine võtmeks paljuski sellest, mida me universumist teame, eriti nii üldise relatiivsuse kui ka kvantmehaanika osas. Vaatamata sellele on valguse kiiruse tundmine võtmetähtsusega, et mõista, mida ma tähevaimude all mõtlen. Näete, teave liigub valguse kiirusel. Me kasutame tähtede valgust nende jälgimiseks ja saame sellest aru, kuidas need töötavad.
Selle aja mahajäämuse korralik näide on meie enda päike. Meie päike on umbes 8 valgusminuti kaugusel. Tähendab, et tähelt nähtaval valgusel kulub teekonnal selle pinnalt maa peal olevatesse silmadesse 8 minutit. Kui meie päike kohe äkki kaoks, ei teaks me sellest 8 minutit; see ei hõlma ainult valgust, mida me näeme, vaid isegi selle gravitatsioonilist mõju, mis meile avaldub. Nii et kui päike kohe haihtuks, jätkaksime orbitaalsel teel oma praegu olematu tähe ümber veel 8 minutit, enne kui gravitatsiooniline teave meieni jõudis, teatades, et me pole gravitatsiooniliselt enam sellega seotud. See kehtestab meie kosmilise kiirusepiirangu, kui kiiresti saame teavet vastu võtta, mis tähendab, et kõik, mida me sügavas universumis vaatleme, jõuab meieni sellisena, nagu see oli x aastat enne aastaid, kus x on selle kerge kaugus meist. See tähendab, et vaatleme tähte, mis on meist kümne valgusaasta kaugusel, nagu see oli 10 aastat tagasi. Kui see täht kohe suri, ei saaks me sellest veel 10 aastat teada. Seega võime seda määratleda kui "tähe kummitust"; täht, mis on oma asukohas oma vaatepunktist surnud, kuid meie elus siiski hästi ja hästi.
Nagu ka minu varasemas artiklis (tähed: päev elus) käsitleti, on tähe areng keeruline ja väga dünaamiline. Paljud tegurid mängivad olulist rolli kõiges alates määramisest, kas täht isegi moodustub, kuni selle tähe suuruse ja seega ka selle eluajani. Eelmises ülalnimetatud artiklis käsitlen ma tähekujunduse põhitõdesid ja nende elu, mida me nimetame peamisteks järjestustähtedeks või õigemini tähtedeks, mis on meie enda päikesega väga sarnased. Kui põhijärjestuse tähe ja tähtede, mille üle me arutame, moodustumise protsess ja elu on üsna sarnased, on tähtede, mida uurime, suremisel on olulisi erinevusi. Peamised tähesurmad on huvitavad, kuid vaevalt võrreldavad neid suuremate tähtede lõppemise aegruumi paindumisega.
Nagu ülalpool mainitud, oli Krabide udukogu keskosas lebava kadunud tähe vaatlemisel punkt, kus see objekt helendas nii eredalt kui täiskuu ja oli päeva jooksul näha. Mis võib põhjustada selle, et midagi muutub nii eredaks, et see oleks võrreldav meie lähima taevanaabriga? Arvestades, et Krabi udukogu on 6523 valgusaasta kaugusel, tähendas see, et midagi, mis on umbes 153 miljardit korda kaugemal kui meie kuu, paistis sama ere kui kuu. Selle põhjuseks oli see, et täht läks oma surma korral supernoovasse, mis on meie päikesest palju suuremate tähtede saatus. Meie päikesest suuremad tähed saavad selle surma korral kahes väga äärmuslikus olekus: neutrontähed ja mustad augud. Mõlemad on väärt teemad, mis võiksid astrofüüsikakursustel kesta nädalaid, kuid meie jaoks läheme täna lihtsalt üle, kuidas need gravitatsioonilised koletised moodustuvad ja mida see meie jaoks tähendab.
Tähe elu on lugu peaaegu põgenenud sulandumisest, mis on seotud tema enda gravitatsioonilise kohaloleku haardega. Me nimetame seda hüdrostaatiliseks tasakaaluks, kus tähe südamikus olevate sulanduvate elementide välimine rõhk on võrdne tähe massi tõttu rakendatava sissepoole suunatud gravitatsioonirõhuga. Kõigi tähtede tuumas on vesinik sulatatud heeliumiks (alguses). See vesinik tuli udust, millest täht sündis, kokku lõhestatud ja kokku varisenud, andes tähe jaoks oma esimese võimaluse elus. Kogu tähe eluea vältel kasutatakse vesinikku ja tähe keskel kondenseerub üha enam heeliumtuhka. Lõpuks saab tähelt vesinik otsa ja termotuumasüntees peatub korraks. See ajutise sulandumiseta välise rõhu puudumine võimaldab gravitatsioonil võita ja see purustab tähe allapoole. Tähe kahanedes suureneb tihedus ja seega tähe tuumas temperatuur. Lõpuks jõuab see teatud temperatuurini ja heeliumituhk hakkab sulama. Nii kulgevad kõik tähed kogu tema põhiosa ja surma esimestesse etappidesse. Kuid just siin saavad osa päikesesuurused tähed ja massiivsed tähed, mida arutame.
Täht, mis on umbes meie enda päikese suuruse lähedal, läbib selle protsessi, kuni jõuab süsinikuni. Sellise suurusega tähed pole lihtsalt süsiniku sulatamiseks piisavalt suured. Seega, kui kogu heelium on sulanud hapnikuks ja süsinikuks (kahe protsessi abil, mis on siin katmiseks liiga keerulised), ei saa täht sulandumise alustamiseks piisavalt hapnikku ja süsinikku “purustada”, gravitatsioon võidab ja täht sureb. Kuid tähed, millel on piisavalt rohkem massi kui meie päikesel (mass umbes 7x), võivad neist elementidest mööda minna ja pidevalt särada. Neil on piisavalt massi, et jätkata seda purustamis- ja sulatamisprotsessi, mis on nende taevaliste ahjude dünaamiline koostoime.
Need suuremad tähed jätkavad sulandumisprotsessi mööda süsinikku ja hapnikku, räni, kuni raua saavutamiseni. Raud on surmateat, mida need lõõmavad behemotid laulavad, sest kui raud hakkab täitma nende nüüd surevat südamikku, on täht surmavisketes. Kuid need massilised energiastruktuurid ei lähe vaikselt öösse. Nad lähevad välja kõige silmapaistvamal viisil. Kui viimane mitteraudne element sulandub nende südamikesse, alustab täht oma unustuse hõlma. Täht põrkub iseenesest, kuna tal pole kuidagi võimalik gravitatsiooni järeleandmatut haardumist ära hoida, purustades oma eluaja jooksul järelejäänud elementide kihid. See sissepoole suunatud vabalangemine on saavutatud teatud suurusega ja seda on võimatu rikkuda; neutronide degeneratsioonirõhk, mis sunnib tähte tagasipöörduma väljapoole. See tohutu hulk gravitatsioonilist ja kineetilist energiat rassib tagasi raevu, mis valgustab universumit, ületades hetkega terved galaktikad. See raev on kosmose elu veri; trumm lööb sümfooniagalaktikas, kuna see intensiivne energia võimaldab sulatada rauda raskemaid elemente kogu uraanini. Neid uusi elemente lööb see hämmastav jõud väljapoole, liikudes energia lainetega, mis laseb nad sügavale kosmosesse, külvates universumi kõigi elementidega, millest me teame.
Aga mis jääb? Mis on pärast seda suurejoonelist sündmust? See kõik sõltub jällegi tähe massist. Nagu varem mainitud, on surnud massilise tähe kaks vormi: neutrontäht või must auk. Neutronitähe jaoks on moodustamine üsna keeruline. Põhimõtteliselt toimuvad need sündmused, mida ma kirjeldasin, välja arvatud pärast supernoovasid, on alles vaid degenereerunud neutronite pall. Degenereerunud on lihtsalt mõiste, mida rakendame vormi jaoks, mille mateeria omandab, kui see on surutud füüsika lubatud piiridesse. Midagi, mis on degenereerunud, on intensiivselt tihe ja see kehtib neutrontähe puhul väga täpselt. Võib-olla olete kuulnud ümber viskamist, et teelusikatäis neutronitähtede materjali kaaluks umbes 10 miljonit tonni ja selle evakuatsioonikiirus (kiirus, mis on vajalik gravitatsioonitõmbest eemaldumiseks) on umbes 0,4c ehk 40% kiirusest. valguse. Mõnikord lastakse neutronitähel pöörduda uskumatute kiirustega ja me märgistame need impulssideks; nimi, mis tuleneb sellest, kuidas me neid tuvastame.
Seda tüüpi tähed tekitavad palju kiirgust. Neutronitähtedel on tohutu magnetväli. See väli kiirendab elektronid nende tähekeskkonnas uskumatute kiirusteni. Need elektronid järgivad neutronitähe magnetvälja jooni selle poolustele, kus nad saavad vabastada raadiolaineid, röntgenikiirgust ja gammakiiri (sõltuvalt sellest, mis tüüpi neutronitäht see on). Kuna see energia koondub poolustele, loob see omamoodi tuletorni efekti, kus kõrge energiaga talad toimivad nagu tuletornist väljuvad valguskiired. Tähe pöörlemisel pühivad need talad ringi mitu korda sekundis. Kui Maa ja seega ka meie vaatlusseadmed orienteeruvad selle impulsiga soodsalt, registreerime need energiaimpulsid, kui tähtede talad meie kohal pesevad. Kõigi meile teadaolevate pulsside jaoks oleme liiga kaugel, et need energiakiired meile haiget teeksid. Kuid kui oleksime lähedal ühele neist surnud tähtedest, tähendaks see meie planeedi kohal pidev kiirguspesu teatud elu lõpuni väljasuremist, nagu me seda teame.
Mis saab surnud tähe teisest vormist; must auk? Kuidas see juhtub? Kuidas degenereerunud materjali on nii palju, kui me suudame ainet purustada, kuidas must auk tekib? Lihtsustatult öeldes on mustad augud kujuteldamatu suure tähe tagajärg ja seega tõeliselt tohutu hulk ainet, mis suudab selle neutronide degeneratsioonirõhu kokkuvarisemisel „murda“. Täht langeb sisuliselt sellise jõuga sissepoole, et see ületab selle näiliselt füüsilise piiri, pöördudes iseenda sisse ja mässides kosmoseaja lõpmatu tiheduse punkti; ainsus. See hämmastav sündmus toimub siis, kui tähe mass on umbes 18 korda suurem kui meie päikesel on mass ja kui ta sureb, on see füüsika tõeliseks proovikiviks läinud äärmusesse. See "ekstra natuke massi" lubab sellel degenereerunud neutronite kuuli kokku kukkuda ja lõpmatuseni kukkuda. Mõelda on nii kohutav kui ka ilus; punkt kosmoseajas, mida meie füüsika ei mõista täielikult, ja ometi eksisteerib midagi sellist, mida me teame. Mustade aukude puhul on tõeliselt tähelepanuväärne asi see, et see on nagu universum, mis töötab meie vastu. Teave, mida vajame musta augu protsesside täielikuks mõistmiseks, on lukustatud loori taha, mida me kutsume sündmushorisondiks. See on musta augu tagasituleku punkt, mille jaoks kõigel, mis kosmoseajast kaugemal asub, ei ole sellest tulevikku viivat teed. Midagi ei pääse selle keskmes varisevast tähest kaugele, isegi mitte heledalt ja seega ei välju kunagi mingist informatsioonist seda piiri (vähemalt mitte sellisel kujul, nagu me saaksime kasutada). Selle tõeliselt hämmastava objekti tume süda jätab palju soovida ja ahvatleb meid tungima selle valdkonda, et proovida tundmatut; teadmiste puust vilja haarata.
Nüüd tuleb öelda, et mustade aukudega teadusuuringuid on tänapäeval palju. Füüsikud, näiteks professor Stephen Hawking, on muu hulgas väsimatult tegelenud musta auku toimimise teoreetilise füüsika kallal, püüdes lahendada paradokse, mis esinevad sageli, kui proovime nende vastu kasutada oma füüsika paremikku. Sellise uurimistöö ja nende hilisemate leidude kohta on palju artikleid ja artikleid, nii et ma ei sukeldu nende keerukustesse mõlemal juhul, kui nad soovivad säilitada mõistmise lihtsust, ega ka ära võtta neid hämmastavaid meeli, kes neid teemasid töötavad. Paljud arvavad, et singulaarsus on matemaatiline uudishimu, mis ei esinda täielikult seda, mis füüsiliselt juhtub. Et sündmushorisondil olev asi võib omandada uusi ja eksootilisi vorme. Samuti väärib märkimist, et üldrelatiivsusteooria korral võib kõik, mis on massiga, musta auku variseda, kuid me peame üldiselt massivahemikku, kuna musta augu loomine millegi väiksema massivahemikuga on väljaspool meie arusaamist sellest, kuidas see võib juhtuda. Kuid füüsikana õppiva inimesena ei tahaks mainimata jätta, et praeguse seisuga on meil huvitav läbilõige ideedest, mis käsitlevad väga lähedalt seda, mis nendes raskusjõu spektrites tegelikult toimub.
Kõik see viib mind tagasi punkti, mis tuleb veel ära teha. Fakt, mida tuleb tunnistada. Kirjeldades nende massiliste tähtede surma, puudutasin midagi toimuvat. Kuna täht rebitakse eraldiseisvalt enda energiast ja selle sisu puhutakse universumisse väljapoole, toimub nukleosüntees. See on elementide liitmine uute elementide loomiseks. Vesinikust kuni uraanini. Neid uusi elemente puhutakse uskumatult kiiresti väljapoole ja seega leiavad kõik need elemendid lõpuks tee molekulaarpilvedesse. Molekulaarpilved (Dark Nebulae) on kosmose tähtkujud. Siit saavad alguse tähed. Ja tähtede moodustumisest saame planeetide moodustumise.
Kui täht moodustub, hakkab selle ümber keerutama prahtpilv, mis koosneb nimetatud tähe sünnitanud molekulaarpilvest. See pilv, nagu me nüüd teame, sisaldab kõiki neid elemente, mis olid meie supernoovas küpsetatud. Süsinik, hapnik, silikaadid, hõbe, kuld; kõik kohal selles pilves. See uue tähe kohta käiv kettaketas moodustab planeedid, koondudes sellest rikastatud keskkonnast välja. Kivi- ja jääpallid põrkavad kokku, akrediteeruvad, rebitakse laiali ja seejärel reformitakse, kui gravitatsioon töötab nende usina käe abil, et vormida need uued maailmad võimalusel saarteks. Need planeedid on moodustatud nendest samadest elementidest, mis sünteesiti kataklüsmilises pursetes. Need uued maailmad sisaldavad elujooni, nagu me seda teame.
Ühes neist maailmadest toimub teatav vesiniku ja hapniku segu. Selles segus moodustuvad teatud süsinikuaatomid, moodustades paljunemisahelaid, mis järgivad lihtsat mustrit. Võib-olla miljardite aastate pärast leiavad need samad elemendid, mis selle sureva tähe poolt universumisse tõukasid, end elule andma millelegi, mis oskab vaadata ja hinnata majesteetlikkust, mis on kosmos. Võib-olla on sellel midagi intelligentsust, et mõista, et selles sisalduv süsinikuaatom on sama süsinikuaatom, mis loodi surevas tähes ja et tekkis supernoova, mis võimaldas sellel süsinikuaatomil leida tee universumi paremasse ossa õige aeg. Energia, mis oli pikka aega surnud tähe viimane surev hingeõhk, oli sama energia, mis võimaldas elul endal esimest hingetõmmet teha ja tähtedele pilku heita. Need tähevaimud on meie esivanemad. Need on vormis, kuid jäävad siiski meie keemilisse mällu. Nad eksisteerivad meie sees. Oleme supernoova. Oleme tähetolm. Oleme põlvnenud tähevaimudest ...
