Naše obloha je pokryta mořem hvězdných duchů; všechny potenciální fantomy, které jsou mrtvé miliony let, a přesto to ještě nevíme. O tom budeme dnes diskutovat. Co se stane s největší z našich hvězd a jak to ovlivňuje samotný makeup vesmíru, ve kterém sídlíme.
Začneme touto cestou pozorováním Krabí mlhoviny. Jeho krásné barvy sahají ven do temné prázdnoty; nebeská hrobka obsahující násilnou událost, ke které došlo před tisíci lety. Natáhnete ruku a přejetím zápěstí začnete převíjet čas a sledujete, jak se tato krásná mlhovina zmenšuje. Jak se hodiny otáčejí dozadu, začnou se měnit barvy mlhoviny a všimnete si, že se zmenšují do jediného bodu. Když se kalendář blíží 5. července 1054, plynný mrak se rozjasní a usadí se na jednom místě na obloze, který je stejně jasný jako úplněk a je vidět během dne. Jas mizí a nakonec tam leží vrchol světla; hvězda, kterou dnes nevidíme. Tato hvězda zemřela, ale v tuto chvíli bychom to nevěděli. Pozorovateli před tímto datem se tato hvězda zdála věčná, stejně jako všechny ostatní hvězdy. Jak však víme z našeho privilegovaného hlediska, tato hvězda se chystá jít supernovou a zrozením jedné z nejúžasnějších mlhovin, které dnes pozorujeme.
Hvězdní duchové jsou vhodným způsobem, jak popsat mnoho z masivních hvězd, které vidíme rozptýlené po celém vesmíru. Mnozí si neuvědomují, že když se podíváme hluboko do vesmíru, nehledíme jen na velké vzdálenosti, ale díváme se zpět do času. Jednou ze základních vlastností vesmíru, kterou dobře víme, je to, že světlo cestuje konečnou rychlostí: přibližně 300 000 000 m / s (zhruba 671 000 000 mph). Tato rychlost byla stanovena pomocí mnoha přísných testů a fyzických důkazů. Pochopení této základní konstanty je ve skutečnosti klíčem k hodně z toho, co víme o vesmíru, zejména pokud jde o obecnou relativitu i kvantovou mechaniku. Navzdory tomu je znalost rychlosti světla klíčem k pochopení toho, co tím myslím hvězdnými duchy. Vidíte, informace se pohybují rychlostí světla. Používáme světlo z hvězd, abychom je pozorovali a z toho pochopili, jak fungují.
Slušným příkladem této časové prodlevy je naše vlastní slunce. Naše slunce je zhruba 8 světelných minut. To znamená, že světlo, které vidíme z naší hvězdy, trvá 8 minut, než se vydáme na cestu od jejího povrchu k našim očím na Zemi. Pokud by naše slunce právě teď náhle zmizelo, nevěděli bychom o tom 8 minut; to nezahrnuje jen světlo, které vidíme, ale i jeho gravitační vliv, který na nás působí. Pokud by tedy slunce hned zmizelo, pokračovali bychom v naší orbitální cestě o naší nyní neexistující hvězdě ještě dalších 8 minut, než se k nám dostanou gravitační informace, které nás informují o tom, že na ni již nejsme gravitační vázáni. Tím je stanoven náš kosmický rychlostní limit pro to, jak rychle můžeme přijímat informace, což znamená, že vše, co pozorujeme hluboko do vesmíru, k nám přichází, protože to bylo před x lety, kde „x“ je jeho světelná vzdálenost od nás. To znamená, že pozorujeme hvězdu, která je od nás vzdálena 10 světelných let, jak tomu bylo před 10 lety. Pokud tato hvězda právě teď zemřela, o tom bychom nevěděli dalších 10 let. Můžeme to tedy definovat jako „hvězdného ducha“; hvězda, která je mrtvá ze své perspektivy na svém místě, ale stále naživu a dobře u nás.
Jak je uvedeno v předchozím článku (Hvězdy: Den v životě), vývoj hvězdy je složitý a vysoce dynamický. Mnoho faktorů hraje důležitou roli ve všem, od určení, zda se hvězda bude vůbec tvořit na prvním místě, až po velikost a životnost uvedené hvězdy. V předchozím článku zmíněném výše se zabývám základy hvězdné formace a životem toho, čemu říkáme hvězdy hlavní sekvence, nebo spíše hvězdy, které jsou velmi podobné našemu vlastnímu slunci. Zatímco proces formování a život hvězdy hlavní sekvence a hvězd, o nichž budeme hovořit, jsou docela podobné, existují významné rozdíly ve způsobu, jakým hvězdy, které budeme vyšetřovat, zemřou. Úmrtí hvězdných sekvencí jsou zajímavá, ale sotva se srovnávají s způsoby ohýbání časoprostorů, které tyto větší hvězdy ukončují.
Jak bylo uvedeno výše, když jsme pozorovali dávno zmizenou hvězdu, která ležela ve středu Krabí mlhoviny, byl bod, ve kterém tento objekt zářil tak jasně jako úplněk a byl vidět během dne. Co by mohlo způsobit, že se něco stane tak jasným, že by to bylo srovnatelné s naším nejbližším nebeským sousedem? Když vezmeme v úvahu, že Mlhovina Krab je vzdálena 6 523 světelných let, znamenalo to, že něco, co je zhruba 153 miliardkrát dále, než náš měsíc svítilo tak jasně jako měsíc. Bylo to proto, že hvězda šla supernova, když zemřela, což je osud hvězd, které jsou mnohem větší než naše slunce. Hvězdy větší než naše slunce skončí po jeho smrti ve dvou velmi extrémních stavech: neutronové hvězdy a černé díry. Obě jsou hodná témata, která by mohla překonat týdny v astrofyzikálním kurzu, ale pro nás dnes prostě projdeme, jak se tyto gravitační monstra tvoří a co to pro nás znamená.
Život hvězdy je příběhem téměř utlumené fúze obsažené sevřením vlastní gravitační přítomnosti. Nazýváme tuto hydrostatickou rovnováhu, ve které se vnější tlak z tavných prvků v jádru hvězdy rovná tlaku vnitřního gravitačního tlaku působícího na hmotu hvězdy. V jádru všech hvězd je vodík nejprve spojen s heliem. Tento vodík pocházel z mlhoviny, ze které se hvězda narodila, která se zhroutila a zhroutila, čímž dostala hvězdu první životní šanci. Po celou dobu životnosti hvězdy bude vodík vyčerpán a ve středu hvězdy kondenzuje stále více popela hélia. Nakonec bude docházet hvězda z vodíku a fúze se krátce zastaví. Tento nedostatek vnějšího tlaku v důsledku toho, že nedochází dočasně k fúzi, umožňuje gravitaci vyhrát a rozdrví hvězdu dolů. Jak se hvězda zmenšuje, hustota a tím i teplota v jádru hvězdy se zvyšuje. Nakonec dosáhne určité teploty a héliinový popel se začne tavit. Takto všechny hvězdy postupují po celou hlavní část svého života a do prvních fází své smrti. To je ale místo, kde hvězdy velikosti slunce a obrovské hvězdy, o kterých diskutujeme, částečně rozdělují.
Hvězda, která je zhruba blízko velikosti našeho vlastního slunce, projde tímto procesem, dokud nedosáhne uhlíku. Hvězdy, které mají takovou velikost, prostě nejsou dostatečně velké, aby fúzovaly uhlík. Když je tedy celé helium fúzováno na kyslík a uhlík (pomocí dvou procesů, které jsou příliš složité na to, aby zde zakryly), hvězda nemůže „rozdrtit“ kyslík a uhlík natolik, aby mohla začít fúzovat, vyhrává gravitace a hvězda umírá. Ale hvězdy, které mají dostatečně větší hmotnost než naše Slunce (asi 7x hmota), mohou pokračovat kolem těchto prvků a stále svítit. Mají dost hmoty, aby pokračovali v tomto procesu „rozdrcení a pojistky“, což jsou dynamické interakce v srdcích těchto nebeských pecí.
Tyto větší hvězdy budou pokračovat ve svém procesu fúze kolem uhlíku a kyslíku, kolem křemíku, až do dosažení železa. Železo je nota smrti zpívaná těmito planoucími monstrami, protože když železo začne zaplňovat jejich nyní umírající jádro, hvězda je v jeho smrti vržena. Ale tyto masivní struktury energie nejdou tiše do noci. Jdou ven nejúžasnějším způsobem. Když se poslední z neželezných prvků spojí v jejich jádrech, hvězda začne slušně zapomenout. Hvězda přichází narážející na sebe, protože nemá způsob, jak odvrátit neochvějné sevření gravitace a rozdrtit následné vrstvy zbylých prvků z jeho života. Tento vnitřní volný pád se setkává v určité velikosti s nemožnou silou k porušení; tlak neutronové degenerace, který nutí hvězdu, aby se odrazila ven. Toto obrovské množství gravitačních a kinetických energetických ras se vznáší s zuřivostí, která osvětluje vesmír, a okamžitě zastíní celé galaxie. Tato zuřivost je životní krev vesmíru; buben bije v symfonické galaktice, protože tato intenzivní energie umožňuje fúzi prvků těžších než železo, až k uranu. Tyto nové prvky jsou vystřeleny touto úžasnou silou směrem ven, vlnou energie, která je vrhá hluboko do vesmíru, nasazují vesmír všemi prvky, které známe.
Ale co zbývá? Co se děje po této velkolepé události? To vše opět závisí na hmotnosti hvězdy. Jak již bylo zmíněno, dvě formy, které má mrtvá masivní hvězda, jsou buď neutronová hvězda, nebo černá díra. Pro Neutronovou hvězdu je formace docela složitá. Události, které jsem popsal, se v zásadě vyskytují, až na to, že po supernovách je vše, co zbývá, koule degenerovaných neutronů. Degenerát je jednoduše termín, který používáme pro formu, na které záleží, když je komprimován na limity povolené fyzikou. Něco, co je degenerované, je intenzivně husté, a to platí i pro neutronovou hvězdu. Číslo, které jste možná slyšeli, je to, že lžička materiálu neutronové hvězdy by vážila zhruba 10 milionů tun a měla únikovou rychlost (rychlost potřebnou k tomu, aby se zbavila svého gravitačního tahu) při asi 0,4 c nebo 40% rychlosti světla. Neutronová hvězda někdy občas rotuje neuvěřitelnou rychlostí a označujeme je jako pulsary; jméno odvozené z toho, jak je detekujeme.
Tyto typy hvězd generují LOT záření. Neutronové hvězdy mají obrovské magnetické pole. Toto pole urychluje elektrony v jejich hvězdném prostředí na neuvěřitelné rychlosti. Tyto elektrony sledují magnetické siločáry neutronové hvězdy k jejím pólům, kde mohou uvolňovat rádiové vlny, rentgenové paprsky a gama paprsky (v závislosti na typu neutronové hvězdy). Protože tato energie je soustředěna na póly, vytváří jakýsi efekt majáku s paprsky s vysokou energií, které působí jako paprsky světla z majáku. Když se hvězda otáčí, tyto paprsky se pohybují mnohokrát za sekundu. Pokud se Země, a tedy naše pozorovací zařízení, stane s tímto pulsarem příznivě orientovaná, zaregistrujeme tyto „pulzy“ energie, když nás paprsky hvězd umyjí. Pro všechny pulsary, o kterých víme, jsme příliš daleko na to, aby nás tyto paprsky energie zranily. Ale kdybychom byli blízko jedné z těchto mrtvých hvězd, toto záření, které by se neustále promývalo nad naší planetou, by znamenalo určité vyhynutí pro život, jak ho známe.
Jakou další podobu má mrtvá hvězda; černá díra? Jak k tomu dochází? Pokud je degenerovaný materiál tak daleko, jak můžeme rozdrtit hmotu, jak se objeví černá díra? Jednoduše řečeno, černé díry jsou výsledkem nepředstavitelně velké hvězdy, a tedy skutečně obrovského množství hmoty, která je schopna „rozbít“ tento neutronový degenerativní tlak po zhroucení. Hvězda v podstatě padá dovnitř s takovou silou, že porušuje tento zdánlivě fyzický limit, obrací se na sebe a zabaluje časoprostor do bodu nekonečné hustoty; jedinečnost. K této úžasné události dochází, když hvězda má zhruba 18x větší množství hmoty, než má naše slunce, a když zemře, je to opravdu ztělesnění fyziky, které šlo do extrému. Tato „další část hmoty“ je to, co jí umožňuje zhroutit tuto kouli degenerovaných neutronů a upadnout do nekonečna. Je to děsivé a krásné přemýšlet; bod v časoprostoru, který není zcela pochopen naší fyzikou, a přesto něco, co víme, existuje. Opravdu pozoruhodné na černých dírách je to, že je to jako vesmír, který pracuje proti nám. Informace, které potřebujeme k úplnému pochopení procesů v černé díře, jsou zamčeny za závojem, který nazýváme horizont událostí. Toto je místo, odkud není návratu černé díry, pro kterou nic za tímto bodem v časoprostoru nemá žádné budoucí cesty, které by z toho vedly. V této vzdálenosti od zhroucené hvězdy v jejím jádru nic neunikne, dokonce ani světlo, a tak žádná hranice nikdy neopustí tuto hranici (alespoň ne ve formě, kterou můžeme použít). Tmavé srdce tohoto skutečně ohromujícího objektu nechává hodně touhy a pokouší nás přejít do své říše, abychom mohli vyzkoušet a poznat nepoznatelné; chytit ovoce ze stromu poznání.
Teď je třeba říci, že k dnešnímu dni existuje mnoho způsobů výzkumu s černými dírami. Fyzici, jako je profesor Stephen Hawking, mimo jiné neúnavně pracují na teoretické fyzice, která stojí za fungováním černé díry, a snaží se vyřešit paradoxy, které se často objevují, když se proti nim snažíme využít to nejlepší z naší fyziky. Existuje mnoho článků a článků o takovém výzkumu a jejich následných nálezech, takže se nebudu ponořit do svých komplikací, které si přejí zachovat jednoduchost v porozumění, a také se odnést od úžasných myslí, které tyto problémy řeší. Mnoho navrhne, že jedinečnost je matematická zvědavost, která úplně nepředstavuje to, co se fyzicky děje. Že záležitost uvnitř horizontu události může nabrat nové a exotické formy. Rovněž stojí za zmínku, že v obecné relativitě se cokoli s hmotou může zhroutit k černé díře, ale obecně se držíme řady mas, protože vytvoření černé díry s čímkoli menším, než je v tomto rozsahu hmoty, je mimo naše chápání toho, jak se může stát. Ale jako někdo, kdo studuje fyziku, bych se nechtěl zmínit, že od nynějška jsme v zajímavém průřezu myšlenek, které se velmi důvěrně zabývají tím, co se vlastně děje v těchto strašidlech gravitace.
To vše mě přivádí zpět k bodu, který je třeba učinit. Skutečnost, kterou je třeba uznat. Když jsem popisoval smrt těchto masivních hvězd, dotkl jsem se něčeho, co se děje. Když se hvězda roztrhává na rozdíl od vlastní energie a její obsah je vyfukován ven do vesmíru, dochází k něčemu, co se nazývá nukleosyntéza. Toto je sloučení prvků za účelem vytvoření nových prvků. Od vodíku po uran. Tyto nové prvky jsou vystřeleny ven neuvěřitelnou rychlostí, a tak všechny tyto prvky nakonec najdou cestu do molekulárních mraků. Molekulární mraky (temné mlhoviny) jsou hvězdné školky vesmíru. Tady začínají hvězdy. A z hvězdné formace získáme planetární formaci.
Když se vytvoří hvězda, kolem ní se začne točit oblak trosek, který se skládá z molekulárního mraku, který zrodila uvedená hvězda. Tento mrak, jak nyní víme, obsahuje všechny ty prvky, které byly uvařeny v naší supernovy. Uhlík, kyslík, křemičitany, stříbro, zlato; všichni přítomní v tomto cloudu. Tento akreční disk o této nové hvězdě je místem, kde se tvoří planety, které se z tohoto obohaceného prostředí spojují. Srážky hornin a ledu, narůstající, roztrhané a poté reformované, jak gravitace, pracuje usilovně na formování těchto nových světů na ostrovy možností. Tyto planety jsou tvořeny těmi stejnými prvky, které byly syntetizovány v této kataklyzmatické erupci. Tyto nové světy obsahují plány života, jak jej známe.
Na jednom z těchto světů dochází k určité směsi vodíku a kyslíku. V této směsi se vytvářejí určité atomy uhlíku a vytvářejí replikační řetězce, které sledují jednoduchý vzor. Snad po miliardách let se ty samé prvky, které tahle hvězda zanikla do vesmíru, ocitly, že daly život něčemu, co může vyhledávat a ocenit majestát, kterým je vesmír. Možná, že něco má inteligenci, aby si uvědomilo, že atom uhlíku v něm je stejný atom uhlíku, který byl vytvořen v umírající hvězdě, a že došlo k supernovám, která tomuto atomu uhlíku umožnila najít cestu do pravé části vesmíru na pravý čas. Energie, která byla posledním umírajícím dechem dlouhé mrtvé hvězdy, byla stejná energie, která umožnila životu, aby se poprvé nadechl a podíval se na hvězdy. Tito hvězdní duchové jsou našimi předky. Jsou pryč ve formě, ale přesto zůstávají v naší chemické paměti. Existují v nás. Jsme supernova. Jsme hvězdný prach. Pocházíme z hvězdných duchů…
