A csillagok vége - szélsőséges jelenségek
Anyag: Radu Andrei - a brăilai „Nicolae Bălcescu” Nemzeti Főiskola 11. osztályos tanulója és a 2016. évi nemzetközi csillagászati olimpián aranyérem nyertese
A csillagok mindig elbűvölték az embereket. Az ókor óta az égi boltozat gondos megfigyelése vezetett a tudomány alapításához, amelyet ma ASTRONOMY néven ismerünk. Úgy tűnt, hogy a legtöbb csillag egy olyan gömbön van, amely a Föld körül forog - ez az első modell, amely megpróbálta leírni az univerzumot.
Aztán miután a geocentrikus elmélet elvesztette hitelességét, az emberek rájöttek, hogy az Univerzumban elfoglalt helyünk semmilyen szempontból nem központi vagy különleges. A nap, a fény és a hő forrása, amely nélkül az élet lehetetlen lenne, csak egy a számtalan csillag közül, amelyek szétszóródnak az űrben.
Ezeknek a modelleknek van egy közös feltételezésük, amely hosszú ideig tartott, de teljesen téves: a csillagok mindig ragyogtak és a végtelenségig folytatódnak. Más szavakkal, az Univerzum végtelen az időben (és miért ne a térben). Az évek megmutatták, hogy ez nem így van. Ma már tudjuk, hogy a csillagok energiáját elsősorban a hidrogén héliummá történő fúziója adja.
A nukleáris reakciók különösen hatékonyak az energiatermelésben: egyetlen gramm hidrogén több ezer izzót működtethet több mint egy év alatt! Mivel egy csillagnak csak véges (bár óriási!) Nukleáris "üzemanyag" mennyisége van, nyilvánvaló, hogy élete valamikor véget ér. Mint látni fogjuk, ez a folyamat feltétlenül szükséges az élet megjelenéséhez, amint ismerjük.
A Naprendszer fázisai: A gázfelhő a saját súlya alatt összehúzódik. Ebből alakul ki a Nap és a bolygók. Több milliárd évvel később a csillag óriásivá válik, és ideiglenesen lenyel néhány bolygót, mielőtt fehér törpévé válna.
A csillag lenyűgöző tárgy: mérete, hőmérséklete és középpontjában lévő nyomás még a velük dolgozók számára is nehéz elképzelni. De a valódi szélsőséges jelenségek akkor fordulnak elő, amikor a szokásos nukleáris tevékenység megszűnik, és a csillag meghal. Lássuk tehát, mi történik ebben az esetben, és mi marad egy csillag mögött.
fehér törpe
A csillag legfontosabb jellemzője a tömege, az anyag mennyisége. Diktálja a csillag hőmérsékletét, méretét, fényességét, szerkezetét és végül a csillag evolúcióját és sorsát. Kezdjük a viszonylag kis tömegű (kevesebb, mint 10 naptömegű) csillagok tárgyalásával.
Mint mondtam, a csillagok energiáját adó magfúziós reakció héliumot termel. Sűrűbb, mint a hidrogén, és középen felhalmozódik. Egy bizonyos ponton, amikor a héliummag túl nagy lesz, a saját súlya alatt kezd összehúzódni. Ez felmelegszik, és egyúttal "kitolja" a csillag felső rétegeit.
Ennek az energiának egy részét elnyeli az űrbe dobott friss gáz, amely viszont felmelegít és megvilágít. Így születnek a bolygóködök (amelyeknek azonban semmi közük a bolygókhoz: a nevet tévesen adták, amikor a tárgyakat felfedezték, és az is maradt). Ehelyett a Naphoz vagy annál nagyobb csillagok a hélium fúziójának új reakcióját kezdik el a nehezebb elemekké. Így a csillag mérete és hőmérséklete a hélium végéig normalizálódik, majd a történet megismétlődik.
Ezúttal a ködöt alkotó gázfelhők is tartalmazzák ezeket a nehezebb elemeket, amelyekre a fent tárgyalt esetben nem került sor. Miután a fehér törpének elfogy az energiája, lehűl és inert gáz tömegévé válik.
Szupernóvák és neutroncsillagok
A nyomás és a hőmérséklet a csillag közepén nő a tömegével. Tehát, ha több tíz vagy száz naptömeg nagyságrendű tárgyakkal van dolgunk, akkor a középpontban lévő szélsőséges körülmények a héliumot és más nehezebb elemeket még a hidrogén vége előtt is „fúziós reakciókra kényszeríthetik”. Így a csillag úgy fog kinézni, mint egy hagyma: több rétegből áll, amelyekben különböző reakciók játszódnak le.
Kívülről indulva a hidrogén héliummá, majd a hélium szénvé válik, és így tovább egy vasmagig. A magfizika által okozott energetikai okokból a vas a legnehezebben elérhetõ ezeken a reakciókon keresztül (amint azt Ön is tudja, az olyan nagyon nehéz elemek, mint az urán, ellentétes folyamaton mennek keresztül: hasadás - a hatalmas magok kisebbekre "törnek").
A csillag legfelső rétegeit erőszakosan kifelé tolják, 10 29 (százmilliárd milliárd!) Alkalommal energikusabb robbanásban, mint a valaha épített legerősebb atombombák. Bennük a vasnál nehezebb elemek keletkeznek, amelyek korábban nem voltak.
A robbanás után a csillag több napig, sőt hetekig tovább izzik, és szabad szemmel látható maradhat (bár kevésbé intenzív) több hónapig egymás után. A robbanás által kiürített gázok forróvá és fényessé válnak, és folyamatosan táguló látványos ködök keletkeznek. A Rák-köd az 1054 szupernóva nyoma, amelyet a kínai csillagászok "második napként" rögzítettek.
A lemaradt csillagmag általában túl nehéz ahhoz, hogy fehér törpévé váljon (nagyobb, mint 1,4 naptömeg), és hihetetlenül sűrű neutroncsillaggá alakul. Összehasonlításképpen: sűrűsége 200 billiószor nagyobb, mint az ólomé.
Az extrém körülmények érdekes tulajdonságokat adnak a sztélának: a neutronok súrlódásmentes folyadékot (szuperfolyadékot) alkotnak, amely szintén szupravezető. Az ilyen tárgyak erős mágneses terekkel rendelkeznek, és másodpercenként több száz vagy akár ezerszer el tudnak forogni. Ezért nagyon intenzív elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, amely impulzusok formájában jut el hozzánk, és a csillagokat pulzárnak nevezik.
Fekete lyukak
Néha a robbanás által hátrahagyott mag túl nehéz ahhoz, hogy neutroncsillag legyen (ez a felső határ két naptömeg körül van), és így fekete lyuk keletkezik: olyan hatalmas és sűrű tárgy, hogy semmi, még a fény sem hagyhatja el a felületét (innen származik a neve).
A téridőt görbíti körülötte, és meglepő relativisztikus hatásokat vált ki:
- megváltoztatja a fénysugarak pályáit, amelyek túl közel haladnak hozzá, lencseként viselkednek (a jelenséget "gravitációs lencse" -nek hívják);
- az idő lassabban telik el a közelében (az általános relativitáselmélet által megjósolt hatás)
- vörösre vált át a közeléből érkező fény.
Megkérdezhetjük: ha semmi sem kerülheti el ezt a fekete lyukat, akkor hogyan fedezhetjük fel? Először is, a környezeti gravitációs hatásokon keresztül. Ha van egy csillag a fekete lyuk közelében, akkor az összetételében lévő gáz vonzódik a fekete lyukhoz, és megtörténik az akkréciós folyamat.
Ez hatalmas energiát szabadít fel; ennek a folyamatnak a hatékonysága lényegesen magasabb, mint a magfúzió esetében, és ezért a fekete lyuk akreciós fényereje sokkal magasabb, mint egy csillagé. Valójában a világegyetem legfényesebb tárgyainak - kvazároknak - tekintik őket.
Azokban a nagyon ritka esetekben, amikor két fekete lyuk ütközik, gravitációs hullámokat bocsátanak ki (például olyanokat, amelyek körül a Science & Technology-ban széles körben elterjedt ). A fekete lyukak hihetetlen tárgyak, amelyek az itt kiállítottakon kívül más meglepetéseket is kínálnak. Meghívlak benneteket, hogy fedezzék fel magukat!
Következtetés helyett
Láttam, hogy még a csillagok, ezek a lenyűgöző tárgyak is meghalnak. Létfontosságú folyamat, mert a héliumnál nehezebb elemeket csak ők termelik, és másképp nem tudnak eljutni az űrbe, hogy bolygókat, szerves vegyületeket és életet alkossanak. A Föld épp egy régóta eltűnt csillag ilyen maradványaiból áll. Valójában mindannyian csillagporok vagyunk!