Νεκρα Άστρα και οι σχεση τους με τις Μαύρες Τρύπες

Όπως διδάσκει σήμερα η αστροφυσική όλα τα άστρα γεννιούνται και κάποτε πεθαίνουν. Γεννιούνται από συμπύκνωση γαλαξιακών αερίων μαζών και πεθαίνουν με μια ισχυρή έκρηξη, μετά από δισεκατομμύρια χρόνια . Ο ήλιος μας που είναι ένα από τα 200 περίπου δισεκατομμύρια παρόμοια άστρα του γαλαξία μας, γεννήθηκε πριν 5 δισεκατομμύρια χρόνια και θα πεθάνει μετά από άλλα περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια Αυτό που θα απομείνει από την έκρηξη αυτή θα είναι ένα πολύ πυκνό αντικείμενο με μάζα χιλιάδες φορές μεγαλύτερη της γης που ονομάζεται “άσπρος νάνος”. Υπάρχουν όμως άλλα μεγαλύτερα και θερμότερα από τον ήλιο μας άστρα, που πεθαίνουν με πιο βίαιες εκρήξεις.


Οι εκρήξεις αυτές κάνουν το άστρο να λάμπει δισεκατομμύρια φορές περισσότερο, καθώς η πυρηνική φωτιά της έκρηξης εκτινάσσει στον αχανή χώρο του σκοτεινού διαστήματος που το περιβάλλει, ύλη εκατομμύρια φορές περισσότερη από την ύλη του πλανήτη μας (6.1024 kg) και με ταχύτητες που μερικές φορές πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός (300000 km/sec). Τα υπέρλαμπρα αυτά άστρα ονομάζονται υπερκαινοφανείς (supernova). Ένας τέτοιος παρατηρήθηκε πρόσφατα το 1987 στον “κοντινό” γαλαξία του Μαγελάνου.

Η θεωρία της έκρηξης και στη συνέχεια της κατάρρευσης επαληθεύθηκε πανηγυρικά, γιατί τα σωματίδια (νετρίνο) που έφτασαν στην γη μετά από ταξίδι 160000 ετών, είχαν τις ιδιότητες που προέβλεψαν οι υπολογισμοί. Οι υπολογισμοί βασίσθηκαν στην Γενική θεωρία της Σχετικότητας και στην Κβαντική Φυσική. Η εσωτερική θερμοκρασία του άστρου άγγιξε τoυς 50 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Οι εκρήξεις αυτές διαρκούν μερικά λεπτά ενώ η διαστολή των εκπεμπόμενων αερίων διαρκεί για πάντα. Ευτυχώς που η προαναφερθείσα έκρηξη της SN1987 έγινε 160000 έτη φωτός μακριά από μας. Αν μια τέτοια έκρηξη συνέβαινε για παράδειγμα στο άστρο Σείριος που απέχει 10 έτη φωτός από την γη (δηλαδή περίπου 100 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα), η ραδιενεργός ακτινοβολία που θα έφθανε στην γη, μετά από ταξίδι 10 ετών, θα αποστείρωνε την γη από κάθε μορφή ζωής, μέσα σε μερικά λεπτά, μολονότι η ραδιενέργεια αυτή θα είχε "αραιώσει" χιλιάδες φορές.

Αυτό που απομένει από τέτοιες εκρήξεις είναι ένα πάρα πολύ πυκνό αντικείμενο. Ένα νεκρό άστρο! Τι είναι αυτό; Αυτό μπορεί να είναι: α) ένας άσπρος νάνος ή β) ένα άστρο νετρονίων ή γ) μία μαύρη τρύπα. Το αποτέλεσμα εξαρτιέται από την ύλη που απομένει.

Το ερώτημα που θα κάνατε τώρα είναι γιατί τα άστρα πεθαίνουν με μία ασύλληπτης ισχύος έκρηξη. Ο λόγος βρίσκεται στην καρδιά του άστρου, δηλαδή στον πυρήνα του, εκεί όπου επί δισεκατομμύρια χρόνια γίνονται οι πυρηνικές αντιδράσεις που τροφοδοτούν με θερμική ενέργεια ολόκληρο το άστρο, που αυτό με την σειρά του ακτινοβολεί στο διάστημα.

Πράγματι το τέλος στη ζωή ενός άστρου έρχεται όταν αρχίσουν να εξαντλούνται τα θερμοπυρηνικά αυτά καύσιμα (όπως διάφορα ισότοπα υδρογόνου, άνθρακα, αζώτου κλπ), οπότε ο ρυθμός παραγωγής θερμικής ενέργειας μειώνεται και το άστρο προς στιγμή ψύχεται. Καθώς όμως αρχίζει να πέφτει η θερμοκρασία του άστρου η βαρύτητα που προσπαθεί να το συνθλίψει δεν αντισταθμίζεται και το άστρο αρχίζει να καταρρέει, αφού τώρα η βαρύτητα που συμπιέζει την αστρική ύλη είναι λίγο μεγαλύτερη από την θερμική ώση (που είναι αντίθετη της βαρύτητας και προκαλεί διαστολή, τείνοντας έτσι να εκτινάξει την αστρική ύλη προς τα έξω, προς τον διαστημικό χώρο που το περιβάλει).

Έτσι με την πρώτη αυτή συστολή, τα θερμοπυρηνικά αυτά καύσιμα, πού έχουν απομείνει στον πυρήνα του άστρου συμπιέζονται, τώρα πολύ περισσότερο, με αποτέλεσμα ο ρυθμός των πυρηνικών αντιδράσεων να αυξηθεί προς στιγμή απότομα και το άστρο υπερθερμαίνεται Αυτή όμως η υπερθέρμανση παράγει τεράστια ώση, αντίθετη (και τώρα μεγαλύτερη) της βαρύτητας, που κινεί τα αστρικά υλικά με κατεύθυνση από μέσα τα έξω. Η αστρική ύλη αρχίζει να κινείται βίαια προς τα έξω και το άστρο εκρήγνυται, έως ότου το αστρικό υλικό ψυχθεί, οπότε υπερτερεί εκ νέου η βαρύτητα και το άστρο και πάλι αρχίζει να συστέλλεται.

Βέβαια ένα μέρος της αστρικής ύλης εξακοντίζεται για πάντα στο διάστημα και δεν επιστρέφει ποτέ στο άστρο. Το άστρο μπορεί να πεθάνει μετά από μερικές τέτοιες διαδοχικές διαστολές και συστολές. Ο μηχανισμός συμπίεσης της ύλης που απομένει τελικά, βασίζεται στην βαρύτητα. Το άστρο που έχει εκραγεί, έχει πλέον εξαντλήσει τα περισσότερα από τα θερμοπυρηνικά του καύσιμα, από όπου αντλούσε την θερμότητα του επί δισεκατομμύρια χρόνια. Η ταχύτητα των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων αυξάνεται καθώς τώρα η βαρύτητα συμπιέζει ολοένα και περισσότερο τα εναπομείναντα αυτά θερμοπυρηνικά καύσιμα.

Δυστυχώς όμως για το άστρο μας που καταρρέει, αυτή την φορά οι ωστικές δυνάμεις της θερμότητας (που παράγεται στον πυρήνα του άστρου) είναι συνεχώς λίγο μικρότερες από τις δυνάμεις βαρύτητας που προσπαθούν να συνθλίψουν το άστρο. Ας θυμηθούμε ότι η ένταση του πεδίου βαρύτητας στην επιφάνεια μίας σφαιρικής μάζας Μ με ακτίνα r, αυξάνεται αντιστρόφως ανάλογα του τετραγώνου της ακτίνας r, δηλαδή: g = MG / r2. Υποθέστε για παράδειγμα ότι κάποια στιγμή η ακτίνα του σφαιρικού άστρου που καταρρέει είναι r = 10000 Km (χιλιόμετρα).

Αν μετά από 1 sec (δευτερόλεπτο) το άστρο συσταλλεί και η ακτίνα του γίνει η μισή, δηλαδή 5000 χιλιόμετρα, τότε η βαρύτητα θα αυξηθεί όχι 2 φορές, αλλά σύμφωνα με τον προηγούμενο τύπο: 22 = 4 φορές. Αν εν τω μεταξύ η θερμική ώση αυξηθεί λιγότερο από 4 φορές, η βαρύτητα θα προηγείται της θερμικής ώσης και η συστολή, δηλαδή η κατάρρευση, θα συνεχιστεί. Έτσι μολονότι η θερμοκρασία του άστρου ανεβαίνει συνέχεια (καθώς αυτό συστέλλεται) και φθάνει σε κολοσσιαία ύψη, η θερμική ώση (που αυτή η θερμοκρασία προκαλεί) δεν μπορεί να νικήσει αυτή την φορά την βαρύτητα ( που αυξάνεται όπως είπαμε τώρα με γρηγορότερο ρυθμό) και να προκαλέσει νέα έκρηξη.

Η βαρύτητα σαν μία γιγαντιαία παλάμη συμπιέζει συνέχεια το άστρο, νικώντας την θερμοπυρηνική ώση, που σε μερικές περιπτώσεις η τελευταία ισοδυναμεί με την ώση που θα παρήγαγαν πάνω από ένα εκατομμύριο τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια πυρηνικών βομβών σύντηξης υδρογόνου. Ποιος θα σταματήσει την συστολή του άστρου ; Ποιος τελικά θα "φράξει τον δρόμο" στην ολοένα αυξανόμενη βαρύτητα ; Υπάρχουν τρία σενάρια. Στην πρώτη περίπτωση των άσπρων νάνων, είναι η κβαντομηχανική πίεση των ηλεκτρονίων της αστρικής ύλης, που συμπιέζεται, διαθέτοντας έτσι ολοένα και λιγότερο χώρο στα ηλεκτρόνια αυτά των ατόμων της.

Η Κβαντομηχανική διδάσκει ότι τα στοιχειώδη σωματίδια της ύλης, όπως π.χ είναι και τα ηλεκτρόνια, μοιάζουν με φαντάσματα που σε μία δεδομένη στιγμή βρίσκονται παντού και πουθενά. Όταν όμως περιορίζεται ο χώρος για την κίνηση τους, τότε αυξάνεται η πιθανότητα εμφάνισης τους (μέσα στον χώρο αυτό) με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ορμή και η ενέργεια αυτών των ηλεκτρονίων (αρχή της αβεβαιότητας: ΔpΔx ~ h). Το δεύτερο σενάριο αφορά τα άστρα νετρονίων όπου η κβαντομηχανική πίεση δεν καταφέρνει να αντισταθμίσει την βαρύτητα.

Ο διαθέσιμος χώρος τώρα για την κίνηση των ηλεκτρονίων στο εσωτερικό των ατόμων μηδενίζεται και τα ηλεκτρόνια αναγκαστικά πέφτουν πάνω στους πυρήνες των ατόμων τους σχηματίζοντας νετρόνια σε επαφή. Πρόκειται για ένα γιγαντιαίο ατομικό πυρήνα σφαιρικού σχήματος με διάμετρο περίπου 20 χιλιόμετρα. Η πιο λεία σφαίρα του σύμπαντος.

Τώρα όμως η βαρύτητα έχει να αντιμετωπίσει την αντίσταση των πολύ μεγάλων πυρηνικών δυνάμεων των εφαπτόμενων πλέον πυρήνων της αστρικής ύλης και η κατάρρευση σταματά. Το άστρο επιτέλους ισορροπεί σε μια νέα τρομακτική κατάσταση. Στο τρίτο σενάριο με τις μαύρες τρύπες, ούτε η αντίσταση των πυρηνικών δυνάμεων (που αναφέραμε) δεν μπορεί να αντισταθμίσει την αυξανόμενη βαρύτητα.

Δεν υπάρχει μετά το πυρηνικό πεδίο άλλο γνωστό πεδίο δυνάμεων να αντισταθεί στην βαρύτητα, που η ένταση της τώρα είναι τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ένταση του γήινου πεδίου βαρύτητας. Η βαρύτητα εδώ νικάει για πάντα. Τα εφαπτόμενα νετρόνια της αστρικής ύλης διεισδύουν το ένα μέσα στο άλλο, ρουφώντας (παρασύροντας μαζί τους) στην κυριολεξία αυτό που εμείς ονομάζουμε χώρο και χρόνο. Η Γενική θεωρία της σχετικότητας του Einstein θριαμβεύει.

Ο ήλιος μας όταν θα γίνει άσπρος νάνος θα έχει τον όγκο της γης, ενώ τώρα αυτός είναι περίπου 1500000 φορές μεγαλύτερος. Στην περίπτωση των άστρων νετρονίων και στις μαύρες τρύπες τα πράγματα είναι δραματικά. Αιτία όπως είπαμε είναι η βαρύτητα , μια αδάμαστη αθάνατη δύναμη, που κάνει το άστρο να “καταβροχθίσει τον εαυτό του” μέσα σε μερικά εκατοστά του δευτερολέπτου και να αλλάξει τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου τριγύρω του. Ένα άστρο νετρονίων όπως είπαμε είναι μια μάζα νετρονίων σε επαφή, όπου η πυκνότητα της ύλης φθάνει στην εξωφρενική τιμή της πυκνότητας του ατομικού πυρήνα.

Ένα κουταλάκι της σούπας από τέτοια ύλη θα είναι τρισεκατομμύρια Kg. Η παραμόρφωση του χωροχρόνου έχει αρχίσει. Από τα προηγούμενα καταλαβαίνουμε ότι στις μαύρες τρύπες η συμπύκνωση είναι ακόμη μεγαλύτερη και η πυκνότητα θεωρητικά άπειρη. Σήμερα με τα δορυφορικά τηλεσκόπια και τα άλλα όργανα έχουμε ανακαλύψει άσπρους νάνους, αρκετά άστρα νετρονίων, καθώς και μερικές μαύρες τρύπες.Υπάρχει μία νοητή σφαιρική επιφάνεια (ακτίνας: R = 2MG / c2 όπου Μ η μάζα μαύρης τρύπας, c η ταχύτητα του φωτός και G η παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας) που περιβάλλει την μαύρη τρύπα και ονομάζεται ορίζοντας των γεγονότων.

Κάθε υλικό αντικείμενο που θα διέλθει τον ορίζοντα χάνεται για πάντα σε έναν άγνωστο μυστηριώδη κόσμο (σαν την κόλαση του Δάντη). Ακόμη και το φως δεν μπορεί να διαφύγει από το εσωτερικό του ορίζοντα. Ένα ρολόι τοποθετημένο κοντά στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας δουλεύει πολύ αργά. Αν ένας αστροναύτης πλησίαζε σ’ αυτήν την περιοχή του ορίζοντα και επέστρεφε, θα μπορούσε να έχει μεγαλώσει π.χ. 1 χρόνο μόνο, ( αν το ταξίδι του ήταν στο σύστημα του 1 έτος – τοπικό σύστημα συντεταγμένων ) ενώ εν τω μεταξύ στη γη πέρασαν π.χ. 1000 χρόνια. Δηλαδή 1 χρόνος του αστροναύτη θα είναι 1000 χρόνια για μας! Αυτό είναι το ταξίδι στον χρόνο.

Ο Einstein απέδειξε ότι ο χρόνος είναι η 4η διάσταση του χωροχρόνου, δηλαδή του διαστήματος που μας περιβάλλει. Ο λόγος που δεν μπορούμε να αντιληφθούμε τον χρόνο σαν γεωμετρική διάσταση οφείλεται στην ικανότητα τρισδιάστατης γεωμετρικής αντίληψης του εγκεφάλου μας, ενώ το σύμπαν μας σε μεγάλη έκταση είναι στην πραγματικότητα τετραδιάστατο υλικό δημιούργημα. Για να το καταλάβουμε αυτό ας φαντασθούμε ένα όν δύο διαστάσεων (σαν χαλκομανία) που αντιλαμβάνεται μόνο επίπεδα σχήματα, δηλαδή δυσδιάστατα (όπως τρίγωνα, κύκλους κλπ). Είναι αδύνατο η δυσδιάστατη διάνοια αυτού του πλάσματος να αντιληφθεί και ένα τρισδιάστατο υλικό αντικείμενο (π.χ ένα δένδρο).

Καταλαβαίνετε ότι όσο πλησιάζουμε την περιοχή της “μαύρης τρύπας” η διάσταση του χρόνου (ict) διαστέλλεται (ενώ η διάσταση του χώρου κατά την διεύθυνση της ακτίνας (R) της μαύρης τρύπας συστέλλεται), με αποτέλεσμα ο χρόνος σε σχέση με ένα γήινο σύστημα αναφοράς να επιβραδύνεται (ρέει πιο αργά).Ένας παγωμένος αιώνιος κόσμος ; Ζούμε στα αλήθεια σε έναν πολύ παράξενο και μεγάλο κόσμο, που δικαιώνει την πίστη αλλά και την ελπίδα μας, σε έναν άπειρο Δημιουργό.

 

Προηγούμενη σελίδα - Κεντρική σελίδα - Κατάλογος