Нашето небе е затъмнено в море от звездни призраци; всички потенциални фантоми, които са мъртви от милиони години и все още не го знаем. Това ще обсъдим днес. Какво се случва с най-голямата от нашите звезди и как това влияе върху самия грим на Вселената, в която пребиваваме.
Започваме това пътуване, като наблюдаваме мъглявината на Раците. Красивите му цветове се простират навън в тъмната празнота; небесна гробница, съдържаща насилствено събитие, станало преди хилядолетия. Протегнете ръка и с движението на китката започнете времето за пренавиване и гледате как тази красива мъглявина започва да се свива. Докато часовникът се навива назад, цветовете на мъглявината започват да се променят и забелязвате, че те се свиват до една точка. С наближаването на календара на 5 юли 1054 г. газообразният облак се изсветлява и се установява върху една-единствена точка на небето, която е ярка като пълната луна и се вижда през деня. Яркостта избледнява и накрая там лежи върха на светлината; звезда, която не виждаме днес. Тази звезда е умряла, но в този момент във времето не бихме знаели това. На наблюдател преди тази дата тази звезда изглеждаше вечна, както и всички останали звезди. И все пак, както знаем от нашата привилегирована гледна точка, тази звезда е на път да излезе свръхнова и да роди една от най-зрелищните мъглявини, които наблюдаваме днес.
Звездни призраци е удачен начин да се опишат много от масивните звезди, които виждаме разпръснати из цялата Вселена. Това, което мнозина не осъзнават, е, че когато погледнем дълбоко във Вселената, ние не само гледаме на огромни разстояния, но и надничаме назад във времето. Едно от основните свойства на Вселената, което познаваме доста добре, е, че светлината се движи с ограничена скорост: приблизително 300 000 000 м / сек (приблизително 671 000 000 мили / мили). Тази скорост е определена чрез много строги тестове и физически доказателства. Всъщност разбирането на тази основна константа е ключ към голяма част от това, което знаем за Вселената, особено по отношение както на общата относителност, така и на квантовата механика. Въпреки това, познаването на скоростта на светлината е ключово за разбирането на това, което имам предвид звездни призраци. Виждате ли, информацията се движи със скоростта на светлината. Използваме светлината от звездите, за да ги наблюдаваме и от това разбираме как работят.
Приличен пример за това забавяне е собственото ни слънце. Слънцето ни е на около 8 светлинни минути. Това означава, че светлината, която виждаме от нашата звезда, отнема 8 минути, за да извървим пътуването от нейната повърхност до очите ни на земята. Ако слънцето ни внезапно изчезне точно сега, ние нямаше да знаем за това 8 минути; това не включва само светлината, която виждаме, но дори нейното гравитационно влияние, което се упражнява върху нас. Така че, ако слънцето изчезна точно сега, ние щяхме да продължим по нашия орбитален път около нашата вече несъществуваща звезда още 8 минути преди гравитационната информация да достигне до нас, информирайки ни, че вече не сме гравитационно обвързани с нея. Това установява нашето космическо ограничение на скоростта за това колко бързо можем да получаваме информация, което означава, че всичко, което наблюдаваме дълбоко във Вселената, идва при нас, както е било „x“ количество години, където „x“ е светлинното му разстояние от нас. Това означава, че наблюдаваме звезда, която е на 10 светлинни години от нас, както беше преди 10 години. Ако тази звезда умря в момента, нямаше да знаем за нея още 10 години. По този начин можем да го определим като „звезден призрак“; звезда, която е мъртва от гледна точка на своето местоположение, но все още жива и здрава у нас.
Както беше описано в предишната ми статия (Stars: A Day in the Life), еволюцията на една звезда е сложна и силно динамична. Много фактори играят важна роля във всичко - от определянето дали звездата дори ще се формира на първо място, до размера и по този начин живота на споменатата звезда. В предишната статия, спомената по-горе, аз обхващам основните положения на звездното образуване и живота на това, което наричаме звезди от главната последователност, или по-скоро звезди, които са много подобни на нашето собствено слънце. Докато процесът на формиране и животът на звезда от основната последователност и звездите, за които ще обсъждаме, са доста сходни, има важни разлики в начина, по който звездите, които ще изследваме, умират. Основните смъртни случаи от звезди са интересни, но те почти не се сравняват с начините за огъване на пространството, които тези по-големи звезди прекратяват.
Както бе споменато по-горе, когато наблюдавахме отдавна изчезналата звезда, която лежеше в центъра на Крабната мъглявина, имаше точка, в която този обект светеше толкова ярко, колкото пълната луна и можеше да се види през деня. Какво може да накара нещо да стане толкова светло, че да бъде сравнимо с най-близката ни небесна съседка? Като се има предвид, че Мъглявината Рак е на 6 523 светлинни години, това означава, че нещо, което е приблизително 153 милиарда пъти по-далеч от нашата Луна, грееше толкова ярко, колкото луната. Това беше така, защото звездата отиде свръхнова, когато умре, което е съдбата на звезди, които са много по-големи от нашето слънце. Звезди, по-големи от нашето слънце, ще се окажат в две много екстремни състояния след смъртта си: неутронни звезди и черни дупки. И двете са достойни теми, които биха могли да обхванат седмици в курс по астрофизика, но за нас днес просто ще разгледаме как се формират тези гравитационни чудовища и какво означава това за нас.
Животът на звездата е история за почти бегъл синтез, съдържащ се в хватката на собственото си гравитационно присъствие. Наричаме това хидростатично равновесие, при което външното налягане от стопяемите елементи в сърцевината на звездата е равно на това на вътрешното гравитационно налягане, което се прилага поради масата на звездата. В ядрото на всички звезди водородът се влива в хелий (в началото). Този водород идва от мъглявината, от която се е родила звездата, която се е сляла и рухнала, давайки на звездата първия шанс в живота. През целия живот на звездата водородът ще се изразходва и все повече и повече хелиева „пепел” ще се кондензира в центъра на звездата. В крайна сметка звездата ще изчерпи водорода и синтезът за кратко ще спре. Тази липса на външно налягане поради липса на сливане временно позволява гравитацията да спечели и тя смазва звездата надолу. Тъй като звездата се свива, плътността и по този начин температурата в сърцевината на звездата се увеличава. В крайна сметка тя достига определена температура и пепелта от хелий започва да се запалва. Ето как всички звезди продължават през основната част от живота си и в първите етапи от смъртта си. Това е мястото, където звездите с размер на слънцето и масивните звезди, които обсъждаме отчасти.
Звезда, която е приблизително близо до размера на собственото ни слънце, ще премине през този процес, докато достигне въглерод. Звездите, които са с този размер, просто не са достатъчно големи, за да запалват въглерода. По този начин, когато целият хелий е слят в кислород и въглерод (чрез два процеса, които са твърде сложни, за да покрият тук), звездата не може да "смаже" достатъчно кислорода и въглерода, за да започне синтез, гравитацията печели и звездата умира. Но звездите, които имат достатъчно по-голяма маса от нашето Слънце (около 7 пъти масата), могат да продължат да минават покрай тези елементи и да продължат да греят. Те разполагат с достатъчно маса, за да продължат този процес на „раздробяване и сливане“, който е динамичните взаимодействия в сърцата на тези небесни пещи.
Тези по-големи звезди ще продължат процеса на синтез след въглерод и кислород, минали силиций, докато стигнат до желязо. Желязото е смъртната нота, изпята от тези пламващи бегемоти, тъй като когато желязото започне да запълва сега умиращото им ядро, звездата е в смъртните си хвърляния. Но тези масивни енергийни структури не отиват тихо в нощта. Те излизат по най-ефектните начини. Когато последният от нежелязните елементи се слее в ядрата си, звездата започва своето прилично в забрава. Звездата се срива върху себе си, тъй като няма начин да се предпази от безмилостното захващане на гравитацията, като смазва следващите слоеве, останали от елементите от живота си. Това вътрешно свободно падане се среща в определен размер с невъзможна сила за нарушаване; налягане на дегенерация на неутрон, което принуждава звездата да отскочи навън. Това огромно количество гравитационна и кинетична енергия се надпреварва с ярост, която осветява Вселената, като за миг очертава цели галактики. Тази ярост е жизнената кръв на Космоса; барабанът бие в галактиката на симфонията, тъй като тази интензивна енергия позволява синтеза на елементи, по-тежки от желязото, чак до уран. Тези нови елементи се взривяват навън от тази удивителна сила, водейки вълните от енергия, която ги хвърля дълбоко в Космоса, засявайки Вселената с всички елементи, които познаваме.
Но какво остава? Какво има след това грандиозно събитие? Всичко отново зависи от масата на звездата. Както бе споменато по-рано, двете форми, които мъртва масивна звезда приема, са или Нейтронна звезда, или Черна дупка. За Нейтронна звезда образуването е доста сложно. По същество събитията, които описах, се случват, с изключение на свръхновите, които са останали, е топка от изродени неутрони. Degenerate е просто термин, който прилагаме към форма, която материята придобива, когато е компресирана до границите, разрешени от физиката. Нещо, което е изродено, е силно гъсто и това важи много за неутронна звезда. Може би сте чували, че една чаена лъжичка материал от неутронни звезди ще тежи приблизително 10 милиона тона и ще има скорост на бягство (скоростта, необходима да се измъкне от гравитационното му издърпване) с около .4c или 40% от скоростта от светлина. Понякога неутронната звезда се оставя да се върти с невероятни скорости и ние ги обозначаваме като пулсари; името, получено от начина, по който ги откриваме.
Тези видове звезди генерират много лъчение. Нейтронните звезди имат огромно магнитно поле. Това поле ускорява електроните в звездната им атмосфера до невероятни скорости. Тези електрони следват линиите на магнитното поле на неутронната звезда до нейните полюси, където могат да освободят радиовълни, рентгенови лъчи и гама лъчи (в зависимост от това какъв тип е неутронната звезда). Тъй като тази енергия се концентрира към полюсите, тя създава някакъв ефект на фара с високоенергийни лъчи, действащи като лъчите на светлината от фара. Докато звездата се върти, тези лъчи се изместват много пъти в секунда. Ако Земята, и следователно нашето оборудване за наблюдение, се окаже благоприятно ориентирано с този пулсар, ние ще регистрираме тези „импулси“ от енергия, докато звездовите лъчи се измиват над нас. За всички пулсари, за които знаем, ние сме много твърде далеч, за да ни навредят тези лъчи енергия. Но ако бяхме близо до една от тези мъртви звезди, това радиационно измиване над нашата планета непрекъснато би довело до известно изчезване за цял живот, както го познаваме.
Каква е другата форма, която мъртва звезда приема; черна дупка? Как става това? Ако дегенерираният материал е доколкото можем да смажем материята, как се появява черна дупка? Най-просто казано, черните дупки са резултат от невъобразимо голяма звезда и по този начин наистина огромно количество материя, която е в състояние да „счупи“ този неутронен дегенеративен натиск при срив. Звездата по същество пада навътре с такава сила, че нарушава тази на пръв поглед физическа граница, превръщайки се в себе си и обвивайки пространството време в точка с безкрайна плътност; една особеност. Това невероятно събитие се случва, когато една звезда има приблизително 18x количеството маса, което има нашето слънце, и когато умира, това е наистина олицетворението на физиката, стигнало до крайност. Тази „допълнителна част от масата“ е това, което му позволява да срине тази топка от изродени неутрони и да падне към безкрайността. Ужасяващо и красиво е да се мисли за това; точка в космическото време, която не се разбира изцяло от нашата физика и все пак съществува нещо, което знаем. Наистина забележителното за черните дупки е, че тя е като Вселената, която работи срещу нас. Информацията, от която се нуждаем, за да разберем напълно процесите в черна дупка, се заключва зад воал, който наричаме хоризонт на събитията. Това е точката на невъзвръщаемост на черна дупка, за която нищо извън тази точка в космическото време няма бъдещи пътища, които водят от нея. Нищо не избягва на това разстояние от свитата звезда в сърцевината му, дори и светлина и по този начин никоя информация никога не напуска тази граница (поне не във форма, която можем да използваме). Мрачното сърце на този наистина изумителен обект оставя много да се желае и ни изкушава да преминем в неговото царство, за да опитаме да познаем непознаваемото; да хване плода от дървото на знанието.
Сега трябва да се каже, че има много в начина на изследване с черни дупки и до днес. Физици като професор Стивън Хокинг, между другото, работят неуморно по теоретичната физика за това как действа черна дупка, опитвайки се да разрешим парадоксите, които често се появяват, когато се опитваме да използваме най-доброто от нашата физика срещу тях. Има много статии и доклади за подобни изследвания и техните последващи открития, така че няма да се гмурна в техните тънкости както за желаещите да запазят простотата в разбирането, така и да не отнемам от удивителните умове, които работят по тези въпроси. Мнозина предполагат, че сингулярността е математическо любопитство, което не представя напълно това, което се случва физически. Че материята в хоризонт на събитията може да придобие нови и екзотични форми. Също така си струва да се отбележи, че в общата относителност всичко с маса може да се срути до черна дупка, но ние обикновено държим на редица маси, тъй като създаването на черна дупка с нещо по-малко от това, което е в този масов диапазон, е извън нашето разбиране за това как може да се случи. Но като човек, който изучава физика, ще ми се отхвърли да не споменавам, че досега сме в интересен разрез на идеи, които се занимават много интимно с това, което всъщност се случва в рамките на тези граници на гравитацията.
Всичко това ме връща към момент, който трябва да се направи. Факт, който трябва да бъде признат. Докато описвах смъртта на тези масивни звезди, засегнах нещо, което се случва. Докато звездата се разкъсва отделно от собствената си енергия и съдържанието й се издува навън във Вселената, възниква нещо, наречено нуклеосинтеза. Това е сливането на елементи за създаване на нови елементи. От водорода до урана. Тези нови елементи се взривяват навън с невероятна скорост и по този начин всички тези елементи ще намерят път в молекулярните облаци. Молекулярните облаци (тъмните мъглявини) са звездните разсадници на Космоса. От тук започват звезди. И от образуването на звезди получаваме планетарна формация.
Когато звездата се образува, облак от отломки, който се състои от молекулния облак, който породи споменатата звезда, започва да се върти около нея. Този облак, както сега знаем, съдържа всички онези елементи, които бяха сготвени в нашите супернове. Въглеродът, кислородът, силикатите, среброто, златото; всички присъстващи в този облак. Този аккреционен диск за тази нова звезда е мястото, където се образуват планети, коализиращи се от тази обогатена среда. Топки от скала и лед се сблъскват, натрупват се, разкъсват се и след това се реформират, докато гравитацията работи старателните си ръце, за да формира тези нови светове в острови на възможност. Тези планети са формирани от същите тези елементи, които са били синтезирани в това катаклизмично изригване. Тези нови светове съдържат чертежите за живота, както го познаваме.
На един от тези светове се получава определена смес от водород и кислород. В рамките на тази смес определени въглеродни атоми се образуват, за да създадат репликиращи вериги, които следват прост модел. Може би след милиарди години същите тези елементи, които бяха изтласкани във Вселената от тази умираща звезда, откриват живот на нещо, което може да погледне и оцени величието, което е Космосът. Може би това нещо има интелигентността да осъзнае, че въглеродният атом в него е същият въглероден атом, който е създаден в умираща звезда и че се е появило свръхнове, което е позволило на този въглероден атом да намери път в дясната част на Вселената в правилното време. Енергията, която беше последният умиращ дъх на отдавна мъртва звезда, беше същата енергия, която позволи на живота да поеме първия си дъх и да погледне към звездите. Тези звездни призраци са наши предци. Те са изчезнали, но все пак остават в нашата химическа памет. Те съществуват в нас. Ние сме супернова. Ние сме звезден прах. Ние произхождаме от звездни призраци ...
