ΧΟΡΗΓΟΙ

Στα Άστρα


***

 

 

Η ΓΕΝΝΗΣΗ, Η ΖΩΗ ΚΑΙ Ο ΘΑΝΑΤΟΣ ΤΩΝ ΑΣΤΡΩΝ

 


 

ΤΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ  HERTZSPRUNG-RUSSELL

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Η γέννηση, η ζωή και ο θάνατος των άστρων

 

του Δημήτρη Νικολαΐδη

 

Ο Σχηματισμός των Γαλαξιών.

   Τα στοιχειώδη σωματίδια και οι αλληλεπιδράσεις τους συντελούν αποφασιστικά στην κατανόηση των πρώτων στιγμών της δημιουργίας. Είναι η στιγμή που οι τέσσερις κοσμικές δυνάμεις (ισχυρή, ασθενής, ηλεκτρομαγνητική, βαρύτητα), που στην αρχή είναι ενοποιημένες, αλλά πολύ γρήγορα όμως διαχωρίζονται και γίνονται διακριτές, είχαν αναλάβει την ευθύνη για την οργάνωση της ύλης. Η ισχυρή δεσμεύει ανά τριάδες τα κουάρκ σε πρωτόνια και νετρόνια και πάλι η ισχυρή με την βοήθεια αυτή την φορά όμως της ασθενούς, συμμετέχει στον σχηματισμό των πυρήνων, από πρωτόνια και νετρόνια, ηλίου και πολύ λίγο δευτέριου.
Αφού ολοκληρωθεί  και μάλλον με φτωχά αποτελέσματα η σύνθεση των πυρήνων (πυρηνοσύνθεση)  τώρα την σκυτάλη παίρνει η ηλεκτρομαγνητική δύναμη.

 

Τα ηλεκτρόνια συγκρατούνται και δεσμεύονται σε τροχιές γύρω από τους πυρήνες τους και δημιουργούν τα άτομα. Έχουν ήδη περάσει μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη και το διαρκώς διαστελλόμενο Σύμπαν που η θερμοκρασία του πέφτει συνεχώς, αποτελείται μόνον από άτομα υδρογόνου και ηλίου.
Από την άποψη της οργάνωσης της ύλης, η πρώτη μέρα, δεν πήγε και τόσο καλά. Αντί των 92 διαφορετικών χημικών στοιχείων που θα μπορούσαν να δημιουργηθούν, τελικά δημιουργήθηκαν μόνον δύο: το Υδρογόνο και το Ήλιο. Έτσι η πρώτη μέρα με την πρώτη ματιά, φαίνεται να είναι η μεγάλη χαμένη ευκαιρία για την δημιουργία  ενός Σύμπαντος με δυνατότητα εξέλιξης σε ανώτερες μορφές υλικής οργάνωσης.

   Η χαμένη ευκαιρία όμως έπρεπε να αποκατασταθεί, και αυτή την φορά θα μεσολαβήσει η τέταρτη δύναμη: η βαρύτητα. Η δύναμη αυτή της οποίας η σημασία είναι μηδενική ή ελάχιστη στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων και προφανώς δεν έπαιξε κανένα ρόλο στα πρώτα στάδια της εξέλιξης του Σύμπαντος, έχει όμως άπειρη εμβέλεια και για αυτό τον λόγο η σημασία της θα είναι καθοριστική απ΄ εδώ και στο εξής.

 

Μετά τα αρχικά στάδια της δημιουργίας η εικόνα που εμφανίζει το Σύμπαν είναι παρόμοια με αυτή που θαυμάζουμε μέσα από ένα τηλεσκόπιο βλέποντας το Νεφέλωμα του Ωρίωνα. Ένα τεράστιο νέφος υδρογόνου με αρκετή ποσότητα πρόσμιξης από ήλιο. Κάτω από την επίδραση της βαρύτητας τώρα, στο τεράστιο νέφος αρχίζουν να εκδηλώνονται κάποιες μικρές μεταβολές. Παρ΄ όλο που η βαρυτική έλξη μεταξύ των μεμονωμένων ατόμων του υδρογόνου είναι αμελητέα, οι τεράστιες συγκεντρώσεις των ατόμων όμως την καθιστούν υπολογίσιμη. Με τον τρόπο αυτό, αν μια τυχαία διακύμανση στο νέφος, και το τυχαίο εδώ υποδηλώνει την άγνοιά μας, δημιουργήσει σε μια περιοχή κάποια συσσώρευση ύλης, η συσσώρευση αυτή αποτελεί απ΄ εδώ και μετά πόλο έλξης και για τα υπόλοιπα άτομα που βρίσκονται κοντά. Με την συνεχή έλξη των ατόμων το κέντρο αυτό ισχυροποιείται και όπως η χιονοστιβάδα, έτσι κι αυτό αυξάνει τον όγκο του (την πυκνότητα) και την ύλη (μάζα) του. Επειδή παρόμοια ελκτικά κέντρα είναι δυνατόν να  δημιουργηθούν  πολλά, το αρχικά ομοιόμορφο νέφος εξελίσσεται σε διάσπαρτες περιοχές συμπυκνώσεων ύλης. Οι συμπυκνώσεις αυτές αποτελούν τους πρωτογαλαξίες, τους προγόνους δηλαδή των σημερινών γαλαξιών.  Τελικά είναι αυτοί οι πρωτογαλαξίες η υπόσχεση ότι η μεγάλη ευκαιρία δεν χάθηκε οριστικά.

Η Γέννηση ενός  Άστρου. 

   Το χρονικό διάστημα που το Σύμπαν αποτελείται πια από διάσπαρτους πρωτογενείς γαλαξίες διαρκεί μερικά δισεκατομμύρια χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Όπως ακριβώς όμως η αρχική ομοιομορφία του αρχέγονου νέφους παραβιάστηκε από τους πρωτογαλαξίες, έτσι και τυχαία υποσυμπυκνώματα ύλης σε κάθε πρωτογαλαξία παραβιάζουν την ομοιομορφία του και είναι οι πρόγονοι των άστρων.
Ένα τέτοιο υποσυμπύκνωμα έχοντας μεγαλύτερο σε ένταση βαρυτικό πεδίο από την υπόλοιπη περιοχή γύρω του, ισχυροποιείται συνεχώς. Κάποια στιγμή αποκολλάται από την υπόλοιπη ύλη. Σε αυτήν την αεριώδη μάζα που αποκολλήθηκε, η βαρυτική δύναμη εξακολουθεί να πιέζει και να συμπιέζει τα άτομά του. Ένα γνωστό φαινόμενο όμως εμφανίζεται τώρα, όπως τα άτομα συγκρούονται μεταξύ τους αυξάνεται η κινητική τους ενέργεια. Η αύξηση όμως της κινητικής ενέργειας συνεπάγεται αύξηση της θερμοκρασίας. Οι συγκρούσεις των ατόμων τώρα γίνονται όλο και πιο συχνές καθώς η πυκνότητα αυξάνει (ο αριθμός των ατόμων που συνεχώς έλκονται στο νέφος) και η θερμοκρασία και αυτή με την σειρά της αυξάνεται και ανεβαίνει διαρκώς. Τα άτομα διεγείρονται και το αέριο φωτοβολεί στο χαρακτηριστικό μήκος κύματος του Υδρογόνου.

 

Η μετατροπή της βαρυτικής ενέργειας σε θερμότητα  συνεχίζεται για ένα πολύ μεγάλο χρόνο και το συμπύκνωμα γίνεται ολοένα θερμότερο και πυκνότερο. Οι ηλεκτρονικοί φλοιοί των ατόμων τώρα αρχίζουν να εφάπτονται. Όταν η συνολική μάζα του συμπυκνώματος είναι μικρή, όπως για παράδειγμα στον Δία, η απωστική δύναμη μεταξύ των ατόμων εξισορροπεί την βαρυτική δύναμη που τείνει να τα συνθλίψει . Αν η μάζα όμως του συμπυκνώματος είναι μεγάλη και φτάσει η τιμή της στο 0,6-0,8 της Ηλιακής μάζας, τότε η βαρυτική δύναμη επιμένει, τα άτομα διεισδύουν το ένα μέσα στο άλλο και η υψηλή θερμοκρασία αποδεσμεύει τα ηλεκτρόνια από τους πυρήνες αφού πλέον η ηλεκτρομαγνητική δύναμη δεν είναι ικανή να τα συγκρατήσει στις καθορισμένες τροχιές τους.
Από τις συγκρούσεις των σωματιδίων και την ταχύτατη μετακίνηση των ηλεκτρονίων ανάμεσα στους γυμνούς πυρήνες, εκλύονται τεράστιες ποσότητες φωτός. Το φως που εκπέμπεται όμως δεν είναι πια το χαρακτηριστικό του υδρογόνου. Αρχικά εκπέμπεται στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων και του υπέρυθρου, όμως καθώς αυξάνει η ενέργεια των φωτονίων μετατοπίζεται προς το ορατό ερυθρό μήκος του φάσματος και προδίνοντας την ύπαρξη του, ένας αστέρας έχει γεννηθεί.

   Τα άστρα λοιπόν δεν γεννήθηκαν μια και έξω. Γεννιούνται εξελίσσονται και πεθαίνουν σε χρονικές κλίμακες που κυμαίνονται από μερικές δεκάδες εκατομμύρια έως και δισεκατομμύρια χρόνια. Μάλιστα τα μικρότερα σε μάζα άστρα ζουν πολύ περισσότερο. Όσο υπάρχει διαθέσιμη ύλη στο πρωτογενές νέφος συνεχώς νέα άστρα γεννιούνται και η μια γενιά διαδέχεται την άλλη. Το νεφέλωμα του Ωρίωνα είναι ένα μαιευτήριο άστρων στον δικό μας Γαλαξία που εκτείνεται σε μήκος 17 ετών φωτός. Τα νεογέννητα άστρα συνήθως σχηματίζουν ομάδες ή αλλιώς σμήνη, που μετά από πολλά εκατομμύρια χρόνια χωρίζονται σε μικρότερες ομάδες. Οι Πλειάδες είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιου σμήνους σε νηπιακή μάλιστα ηλικία. Μόνο έξι άστρα του σμήνους αυτού είναι ορατά με γυμνό μάτι.  Όμως ο Σαίξπηρ στον «Ερρίκο τον 4ο» περιγράφει τις Πλειάδες σαν τους επτά αστέρες, ενώ ο Λόρδος Βύρωνας αναφέρει σε ένα ποίημά του την «χαμένη Πλειάδα που δεν φαίνεται πλέον». Το νεαρό άστρο είχε εξαφανισθεί ένα αιώνα πριν, δείγμα της ασταθούς συμπεριφοράς του προφανώς.


Ο Θερμός Βίος των Άστρων.

   Η νηπιακή περίοδος του άστρου δεν διαρκεί επί πολύ. Γιατί η βαρυτική δύναμη εξακολουθεί και προσπαθεί να συνθλίψει αυτό που η ίδια δημιούργησε, και καθώς οι πυρήνες του υδρογόνου ,τα πρωτόνια, είναι τώρα που συγκρούονται μεταξύ τους, η θερμοκρασία ανεβαίνει δραματικά και μια άλλη διαδικασία κυριαρχεί: η σύνθεση όλο και πιο περίπλοκων πυρήνων. Το άστρο έχει μπει στην πυρηνική εποχή του. Το υδρογόνο κυριολεκτικά καίγεται σε μια θερμοκρασία γύρω στα 10 εκατομμύρια βαθμούς, σχηματίζοντας στην αρχή δευτέριο και στη συνέχεια ήλιο. Η πυρηνοσύνθεση, διαδικασία που εμφανίστηκε για λίγα μόνον λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, επανεμφανίζεται τώρα και δεν πρόκειται να εγκαταλείψει απ΄ εδώ και μετά το κοσμικό παιχνίδι.
Το άστρο έχει αποκτήσει ήδη τον  τρόπο να αμυνθεί ενάντια στη βαρυτική δύναμη, που ενώ το γέννησε, τείνει διαρκώς να το συντρίψει. Πράγματι, η πυρηνική καύση εκλύει τεράστια ποσά ενέργειας από το κέντρο του αστέρα και οι πιέσεις που δημιουργούνται συγκρατούν τη βαρυτική σύνθλιψη. Η συμπίεση της ύλης σταματάει, το άστρο σταθεροποιείται σε μέγεθος και για πολλά εκατομμύρια χρόνια ζει λάμποντας εκθαμβωτικά σε δυναμική ισορροπία.

 

Ένας πολύ μεγάλος αριθμός αστέρων στον νυχτερινό ουρανό διέρχονται αυτή τη φάση, που διαρκεί εκατομμύρια χρόνια, ο Σείριος, ο Πολικός, ο Βέγας. Είναι, όπως ονομάζονται, αστέρες της κύριας ακολουθίας. Ο ίδιος ο Ήλιος είναι ένα τρανό παράδειγμα αστέρα στην ωριμότητά του. Η περίοδος της βαρυτικής του συστολής δεν πρέπει να διήρκεσε περισσότερο από 15 εκατομμύρια χρόνια. Τότε άρχισε στον πυρήνα του το υδρογόνο να μετασχηματίζεται σε ήλιο κι αυτή την εσωτερική ζωή διάγει τώρα και τεσσεράμισι περίπου δισεκατομμύρια χρόνια.
Το ότι το φως και η θερμική ενέργεια των αστέρων οφείλονται σε πυρηνικές αντιδράσεις, δεν υπήρξε εύκολο στην επιστημονική έρευνα να το εξακριβώσει. Αφελείς θεωρίες, που απέδιδαν την ενέργεια αυτή στο βαρυτικό πεδίο ή ακόμη και σε κάρβουνο που καίγεται, είχαν διατυπωθεί κατά καιρούς. Χρειάστηκε η κατανόηση της ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας , ως απλή συνέπεια
της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και η ανάπτυξη της Κβαντομηχανικής για να δοθεί, μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, η σωστή ερμηνεία του φαινομένου.

 

Κόκκινοι Γίγαντες ή το ερυθρό προ-στάδιο του θανάτου.

   Όπως τίποτα δεν διαρκεί για πάντα έτσι και η καύση του υδρογόνου τελειώνει κάποτε . Το υδρογόνο στον πυρήνα του άστρου εξαντλείται κι ό,τι έχει απομείνει είναι μια αδρανής ποσότητα ηλίου. Αφού όμως ενέργεια δεν εκλύεται πια για να αντιμετωπίσει την δύναμη της βαρύτητας, η βαρυτική σύνθλιψη ξεκινά έναν καινούργιο κύκλο. Το άστρο συστέλλεται πάλι από την αρχή , η θερμοκρασία από τις βίαιες συγκρούσεις των πυρήνων ανεβαίνει και σύντομα φθάνει αυτή τη φορά τα εκατό εκατομμύρια βαθμούς.
Κάτω απ΄ αυτές τις συνθήκες, ξεκινούν τώρα οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του ηλίου. Από την ένωση τριών πυρήνων ηλίου, ένα νέο στοιχείο που η παρουσία του θα αποβεί καθοριστική στην εξέλιξη της ύλης κάνει την εμφάνισή του: ο άνθρακας. Όμως αυτή τη φορά, η παραγωγή της ενέργειας γίνεται με τρομακτικούς ρυθμούς, λες και κάτω από το φάσμα της βαρυτικής σύνθλιψης το αστέρι να έχει πανικοβληθεί. Η πίεση από το εσωτερικό του άστρου όχι μόνον εξισορροπεί τη βαρυτική δύναμη, αλλά υποχρεώνει το άστρο σε μια τρομακτική διαστολή. Από την επιφάνειά του άστρου η ενέργεια  που εκπέμπεται αυτή την φορά βρίσκεται σε μεγαλύτερα μήκη κύματος και το άστρο φαίνεται κόκκινο. Είναι τώρα πλέον ένας ερυθρός γίγαντας. Ο ερυθρός γίγαντας συγκροτείται, από έναν πυκνό και υπέρθερμο πυρήνα που περιβάλλεται από έναν τεράστιο δίσκο αέριας ύλης, με κυρίαρχο στοιχείο το υδρογόνου. Από τη διαρκώς αυξανόμενη θερμοκρασία του πυρήνα, που προκαλείται από την καύση του ηλίου, λαμβάνουν χώρα όλο και πιο περίπλοκες πυρηνικές αντιδράσεις. Νέα χημικά στοιχεία, που μας είναι τόσο γνωστά, εμφανίζονται: οξυγόνο, μαγνήσιο, πυρίτιο. Καθώς μάλιστα το ήλιο κάποια στιγμή κι αυτό τελειώνει, είναι το απομεινάρι της καύσης του, ο άνθρακας, που παίρνει σειρά τώρα στην διαδικασία της καύσης.. Ο ένας μετά τον άλλο, όλο και πιο πολύπλοκοι πυρήνες δημιουργούνται και με την σειρά τους συμμετέχουν και αυτοί στην καύση.

 

Στην απέλπιδα προσπάθεια τους για άμυνα εναντίον της βαρύτητας, τ' άστρα χρησιμοποιούν με τον τρόπο αυτό τη στάχτη από τα προηγούμενα πυρηνικά τους κατάλοιπα. Η περίοδος που οι αστέρες γίνονται ερυθροί γίγαντες είναι η περίοδος της ζωής που κάνουν τις τρέλες τους, ξοδεύοντας ενέργεια αλόγιστα. Η μόνη διαφορά είναι ότι τα αστέρια περνούν το στάδιο της εφηβείας μετά την ωριμότητά τους, λίγο πριν από το τέλος της ζωής τους.
Όλοι τα άστρα περνούν ή θα περάσουν από το στάδιο του ερυθροί γίγαντα. Επειδή όμως το χρονικό διάστημα που ένα άστρο γίνεται ερυθρός γίγαντας δεν διαρκεί πολύ, είναι λίγοι οι. ερυθροί γίγαντες σε κάθε γαλαξία. Στον δικό μας Γαλαξία, ο πιο ονομαστός ερυθρός γίγαντας είναι ο Αντάρης που βρίσκεται στον αστερισμό του Σκορπιού, 600 έτη φωτός μακριά από μας, και είναι μερικές εκατοντάδες φορές μεγαλύτερος από τον Ήλιο. Ένας άλλος ερυθρός γίγαντας. ο Αλντεμπαράν (στα αραβικά σημαίνει το Μάτι του Ταύρου), είναι ορατός σαν ένα κοκκινωπό σημείο στον αστερισμό  του Ταύρου.

 

Ο ίδιος ο Ήλιος μας δεν μπορεί να αποφύγει κι αυτός την διαδικασία του ερυθρού γίγαντα. Μετά από πέντε περίπου δισεκατομμύρια χρόνια, χρονικό διάστημα που ισοδυναμεί με την μέχρι τώρα ζωή του, αφού ξοδέψει έχοντας κάψει το υδρογόνο στο κέντρο του, θα γίνει ερυθρός γίγαντας. Η διάμετρος του και οι διαστάσεις του θα μεγαλώσουν τόσο, έτσι ώστε θα καλύψει και θα κάψει ένα μεγάλο μέρος του Ηλιακού μας συστήματος. Στην Γη, αν η ανθρώπινη βλακεία την έχει αφήσει μέχρι τότε ανέπαφη, πράγμα που με τα σημερινά δεδομένα φαντάζει σαν εύηχο σενάριο επιστημονικής φαντασίας, η θερμοκρασία της θα δεκαπλασιαστεί και. οι ωκεανοί θα εξατμιστούν. Με αυτό τον τρόπο, στα βαθιά του γεράματα, ο Ήλιος θα καταστρέψει τους πιστούς υπηκόους του, τους πλανήτες που τον συνόδευαν πιστά στην μακρόχρονη πορεία του από τη στιγμή της γέννησης του.
Οι πυρηνικές καύσεις των άστρων λοιπόν καταλήγουν, στη σύνθεση πιο πολύπλοκων πυρήνων, και αποτελούν ένα ακόμη βήμα στον τρόπο με τον οποίο οργανώνεται η ύλη. Ό,τι δεν κατάφερε να δημιουργήσει ,αποτυγχάνοντας, ο κατά πολύ ισχυρότερος και ταυτόχρονα περίτεχνος μηχανισμός της Μεγάλης Έκρηξης δημιουργείται και γεννιέται ή ίσως είναι ανάγκη να γεννηθεί!, στο εσωτερικό των άστρων.

 

Ο γαλήνιος θάνατος ενός μικρού άστρου.

   Μετά την γέννηση ενός άστρου, το χρονικό αυτό διάστημα θα το ονομάζαμε νηπιακή ηλικία του άστρου, ακολουθεί μια περίοδος σταθερότητας και τέλος, φτάνει η χρονική εκείνη περίοδος που η αλόγιστη κατασπατάληση της ενέργειας είναι μια αναγκαστική και αναπόφευκτη διαδικασία. Η χρονική περίοδος που μεσολαβεί είναι ουσιαστικά μια μακρόχρονη και αργή πορεία προς τον θάνατο, έναν θάνατο μη αναστρέψιμο και μερικές φορές βίαιο και τρομακτικό. Ο τρόπος με το οποίο πεθαίνει κάθε άστρο είναι διαφορετικός, αλλά είναι αποκλειστική συνάρτηση της ολικής μάζας του άστρου. Κατατάσσουμε λοιπόν σε τρεις κατηγορίες τα αστρικά κατάλοιπα (πτώματα): Σε λευκούς νάνους, σε αστέρες νετρονίων και στις ακατανόητες για τον κοινό ανθρώπινο νου αλλά και τις εξάπτοντας την φαντασία μας μαύρες τρύπες.
Όταν στο κέντρο (εσωτερικό) του άστρου, μετά τις συνεχόμενες πυρηνικές συντήξεις, δημιουργηθεί ο σίδηρος, τότε οι πυρηνικές αντιδράσεις του άστρου σταματούν, αφού ο πυρήνας του σιδήρου είναι ένας σταθερός πυρήνας. Τα αποθέματα των πυρηνικών καυσίμων έχουν εξαντληθεί και εδώ ισχύει κάτι πολύ παράδοξο και παράξενο ταυτόχρονα, τα καύσιμα καταναλώνονται με ρυθμούς μεγαλύτερους, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του αστεριού, άρα τα άστρα μεγάλης μάζας χρειάζονται περισσότερα καύσιμα. Αρκεί εδώ να πούμε ότι ο Ήλιος μας, που είναι συγκριτικά ένα μικρό-μεσαίο άστρο “καίει” εξακόσια εκατομμύρια τόνους υδρογόνου το δευτερόλεπτο (600.000.000 τόνους / δευτ.) μετατρέποντας το, σε ήλιο και ενέργεια, με έλλειμμα μάζας 3%. Αποτέλεσμα της διακοπής της πυρηνικής σύντηξης είναι, ότι η βαρύτητα κερδίζει πάλι και αυτή τη φορά ανενόχλητη, ολοκληρώνει το έργο της. Κάτω από το τρομακτικό βάρος των φλοιών που περιβάλλουν τον πυρήνα (σκεφτείτε κάτι σαν το κρεμμύδι), το άστρο συμπιέζεται και πεθαίνει.

 

Αν η μάζα του άστρου είναι μικρή, ας υποθέσουμε ότι συγκρίνεται με την μάζα του Ήλιου, η κατάληξη του θανάτου του άστρου είναι λευκός νάνος, όνομα που προέρχεται από την λαμπρότητα και τις διαστάσεις του. Επιπλέον βαρυτική σύνθλιψη στους λευκούς νάνους δεν μπορεί να υπάρξει αφού αυτή αντισταθμίζεται και εξισορροπείται από την πίεση των ηλεκτρονίων που συνυπάρχουν με τους πυρήνες της ιοντισμένης ύλης. Αυτό συμβαίνει γιατί λαμβάνει χώρα ένα εντυπωσιακό φυσικό φαινόμενο: δεν χρειάζεται κατανάλωση ενέργειας η πίεση των ηλεκτρονίων για να συντηρηθεί. Στηρίζεται απλά, σε μια εντυπωσιακή αρχή της Κβαντομηχανικής, που ακούει στο χαρακτηριστικό όνομα «απαγορευτική αρχή του Pauli». Στην περίπτωση των ηλεκτρονίων, η αρχή αυτή μεταφράζεται ως εξής: δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να συμπιεσθούν στην ίδια περιοχή του χώρου, άρα έχουν αναγκαστικά πολύ διαφορετικές ταχύτητες. Ακριβώς γι΄ αυτό τον λόγο τείνουν να απομακρυνθούν το ένα από το άλλο και έτσι το άστρο τείνει να διασταλεί εξισορροπώντας την βαρυτική δύναμη. Το 1928 ένας Ινδός φοιτητής ο Sabrahmanyan Chandrasekhar έφυγε με πλοίο από την πατρίδα του για να σπουδάσει στην Αγγλία, στο Κέιμπριτζ. Στην διάρκεια του ταξιδιού του από την Ινδία ο Chandrasekhar  υπολόγισε πόσο μεγάλο μπορεί να είναι ένα άστρο που, ακόμα κι αν έχει εξαντλήσει όλα τα πυρηνικά του καύσιμα μπορεί να διατηρεί με κάποιο τρόπο την ισορροπία του και να μην καταρρέει. Ο Chandrasekhar κατάλαβε όμως, ότι υπάρχει ένα όριο στην άπωση που μπορεί να προμηθεύσει η απαγορευτική αρχή του Pauli: η θεωρία της σχετικότητας προσδιορίζει ότι η διαφορά ταχυτήτων των σωματιδίων της ύλης μέσα στο άστρο δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό σημαίνει πως όταν ένα άστρο γίνει αρκετά πυκνό, η άπωση που προκύπτει από την απαγορευτική αρχή θα είναι μικρότερη από την έλξη της βαρύτητας. Ο Chandrasekhar υπολόγισε ότι ένα ψυχρό άστρο με μάζα μεγαλύτερη από μιάμιση φορά περίπου του Ήλιου δεν θα μπορεί να διατηρεί την ισορροπία του και έτσι θα καταρρεύσει από την βαρυτική έλξη. (Αυτή η μάζα είναι γνωστή σήμερα ως όριο Chandrasekhar). Την ίδια εποχή παρόμοια ανακάλυψη έκανε και ο Ρώσος επιστήμονας Lev Landau. Το όριο Chandrasekhar έχει σημαντικές επιπτώσεις στην τελική μοίρα των άστρων : αν η μάζα τους είναι μικρότερη από αυτό το όριο, το άστρο μπορεί να σταματήσει να συστέλλεται και να παραμείνει σ΄ ένα τελικό στάδιο, αυτό του λευκού νάνου.

 

Το μέγεθος των λευκών νάνων είναι συγκρίσιμο του μεγέθους της Γης, αλλά διαφέρουν ως προς την πυκνότητα που είναι πολλαπλάσια. Ένα κουταλάκι του γλυκού από την  ύλη ενός λευκού νάνου θα ζύγιζε στη Γη περίπου πενήντα τόνους, αφού η πυκνότητα ενός λευκού νάνου είναι δεκάδες τόνοι ανά κυβικό εκατοστόμετρο. Η υψηλή επιφανειακή θερμοκρασία που επικρατεί σ΄ ένα λευκό νάνο έχει σαν αποτέλεσμα την εντυπωσιακή του λαμπρότητα και έτσι πολλοί έχουν εντοπισθεί από αστρονομικές παρατηρήσεις. Ο πιο γνωστός λευκός νάνος  περιστρέφεται, γύρω από τον Σείριο ένα από τα πιο φωτεινά και γνωστά άστρα του ουρανού. Ο Ήλιος μας μετά την ολοκλήρωση της φάσης του ερυθρού γίγαντα  θα καταλήξει και αυτός σε λευκό νάνο. Η συνεχής εκπομπή ακτινοβολίας από τους λευκούς νάνους τους οδηγεί σταδιακά στην απώλεια ενέργειας που δεν ανανεώνεται, με αποτέλεσμα η λαμπρότητά τους να μειώνεται συνέχεια και κάποια στιγμή το φως τους σβήνει οριστικά. Την περιπλάνηση τους στο Σύμπαν την συνεχίζουν πλέον σαν σκοτεινοί, ψυχροί και αόρατοι νάνοι.


Τα άστρα νετρονίων.

   Τα παραπάνω γίνονται όταν η μάζα του αστεριού που πεθαίνει είναι σχετικά μικρή.  Ο Landau απέδειξε όμως ότι αν η μάζα του αστεριού είναι μια με δύο φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, αλλά ακτίνα μικρότερη και από αυτήν των λευκών νάνων, τότε υπάρχει και ένα άλλο τελικό στάδιο για τον θάνατο του άστρου. Και σε αυτά τα άστρα η άπωση που προκύπτει από την απαγορευτική αρχή θα εξισορροπούσε την πίεση της βαρυτικής έλξης, αλλά στην προκειμένη περίπτωση θα ήταν άπωση μεταξύ νετρονίων και πρωτονίων και όχι μεταξύ ηλεκτρονίων.
Η τεράστια πλέον βαρυτική δύναμη που συνθλίβει το άστρο οδηγεί την ύλη σε μια περίεργη κατάσταση. Οι πυρήνες των ατόμων αρχίζουν να εφάπτονται μεταξύ τους και η αλληλεπίδραση με τα συμπιεσμένα ηλεκτρόνια μετατρέπει τα πρωτόνια σε νετρόνια. Το άστρο έχει αποκτήσει πλέον ένα γιγαντιαίο πυρήνα νετρονίων που συγκρατούνται από τη δύναμη της βαρύτητας και έχει μετατραπεί σε αστέρα νετρονίων.
  

   Η ακτίνα ενός αστέρα νετρονίων δεν ξεπερνά τα 10-20 χιλιόμετρα, αλλά παρ΄ όλο που οι διαστάσεις του είναι πολύ μικρές το βάρος του είναι εκατομμύρια φορές μεγαλύτερο απ΄ όσο της Γης. Η πυκνότητα ενός αστέρα νετρονίων είναι πράγματι εξωπραγματική, η τιμή της προσεγγίζει και πολλές φορές φτάνει τα 1015 gr/cm3, ενώ  λόγω του μικρού μεγέθους του, η ταχύτητα περιστροφής του είναι ιλιγγιώδης και θεωρητικά μπορεί να φθάσει και τις 3.000 στροφές το δευτερόλεπτο. Είναι μάλιστα αυτή η περιστροφή που φανέρωσε την ύπαρξη των αστέρων νετρονίων στο διάστημα, γιατί η ταχύτατη περιστροφή δημιουργεί ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο και όπως ένας φάρος που περιστρέφεται φωτίζει περιοδικά γύρω του όλη την περιοχή, έτσι και οι αστέρες νετρονίων «φωτίζουν» περιοδικά τη Γη, όχι όμως με ορατό φως αλλά με δέσμες ραδιοκυμάτων. Η συχνότητα των παλμών που συλλέγονται από τα γήινα ραδιοτηλεσκόπια και τις άλλες συσκευές έχουν μεγάλη κανονικότητα. Την εποχή που προβλέφθηκε για πρώτη φορά η ύπαρξη τους δεν υπήρχε τρόπος να παρατηρηθούν Η πρώτη ανίχνευσή τους, που έγινε το 1967, δημιούργησε σε ορισμένους την αισιοδοξία και σε άλλους την πεποίθηση ότι ίσως να είμαστε αποδέκτες μηνύματος από κάποιο εξωγήινο πολιτισμό. Μάλιστα η πηγή των ραδιοπαλμών πήρε την εντυπωσιακή ονομασία «μικρά πράσινα ανθρωπάκια», ώσπου επικράτησαν ωριμότερες απόψεις και ενισχύθηκε το θεωρητικό υπόβαθρο των επιστημόνων για την πορεία, την εξέλιξη και τον θάνατο  των άστρων.
Πάνω από 300 παλλόμενες πηγές ραδιοκυμάτων (pulsars) έχουν ανακαλυφθεί μέχρι και σήμερα στον Γαλαξία μας. Για το ότι σε κάθε μια απ΄ αυτές υπάρχει έναν αστέρας νετρονίων, δεν υπάρχει πλέον καμιά αμφιβολία. Η πιο γνωστή πηγή ραδιοκυμάτων έχει εντοπισθεί στο Νεφέλωμα του Καρκίνου, στο σημείο δηλαδή που το 1054 μ.χ. οι Κινέζοι αστρονόμοι είχαν καταγράψει μια τεράστια έκρηξη άστρου. Ο αστέρας νετρονίων που εκπέμπει τα ραδιοκύματα αποδείχθηκε ότι αποτελεί υπόλειμμα αυτής της εκρήξεως και περιστρέφεται με συχνότητα 30 στροφών το δευτερόλεπτο. Στον αστερισμό της Αλώπεκος, που βρίσκεται 8.000 έτη φωτός μακριά μας, έχει ανακαλυφθεί ένας εντυπωσιακός αστέρας νετρονίων, που περιστρέφεται με συχνότητα 642 στροφών το δευτερόλεπτο, οι δε θεωρητικοί υπολογισμοί των επιστημόνων δίνουν τιμή για την ταχύτητα των σημείων του ισημερινού του συγκεκριμένου αστέρα νετρονίων μεγαλύτερη από το ένα δέκατο της ταχύτητας του φωτός.

 

Οι υπέρ-θάνατοι των μεγάλων άστρων.

   Ο θάνατος ενός άστρου όταν τελειώσουν τα πυρηνικά του καύσιμα, σε λευκό νάνο ή αστέρα νετρονίων μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα ήπιο, ήρεμο και αξιοπρεπές τέλος. Τα άστρα όμως, που έχουν μάζα πολύ μεγαλύτερη από τον Ήλιο υπόκεινται στην διαδικασία  της ολοκληρωτικής κατάρρευσης της ίδιας της ύλης τους. Η  τελευταία τους προσπάθεια για να αποτρέψουν την κατάρρευση, είναι να εκτινάξουν ένα μεγάλο μέρος της ύλης του στο διάστημα. Οι εκρήξεις αυτές που η κάθε μια τους αντιστοιχεί σε λαμπρότητα ενός δισεκατομμυρίων ήλιων, είναι οι ονομαζόμενες εκρήξεις υπερκαινοφανών (supernova). Την έκρηξη την προκαλεί η τελική αδυναμία του πυρήνα να αποτρέψει τη βαρυτική του κατάρρευση και αυτό γίνεται γιατί ύστερα από διαδοχικούς κύκλους πυρηνικών συντήξεων, ο πυρήνας αποτελείται τώρα από σίδηρο και όπως εξηγήσαμε και προηγουμένως, ο σίδηρος είναι σταθερός και δεν προσφέρεται για σύντηξη.


   Τα εξωτερικά στρώματα του άστρου, που αποτελούνται από ελαφρότερα στοιχεία, εξακολουθούν να ισορροπούν με την καύση, όμως στον πυρήνα οι επικρατούσες κολοσσιαίες βαρυτικές δυνάμεις συνθλίβουν την άπωση από την πίεση των ηλεκτρονίων και των νετρονίων, παραβαίνοντας την απαγορευτική αρχή του Pauli, εδώ φαίνεται πια ότι όλοι οι νόμοι της φυσικής καταρρέουν . Ο πυρήνας του άστρου έχει φτάσει πλέον σε διαστάσεις συγκρίσιμες με αυτές των διαστάσεων της Γης, καταρρέει και αποσυντίθεται στα στοιχειώδη σωματίδιά του. Από την αλληλεπίδραση πρωτονίων και ηλεκτρονίων παράγονται νετρίνα, που πρώτα αυτά εγκαταλείπουν τη σκηνή της καταστροφής. Από τα νετρίνα μεταφέρονται προς τους εξωτερικούς φλοιούς, τεράστια ποσά ενέργειας και με τον τρόπο αυτό, επιταχύνεται η βαρυτική κατάρρευση που ολοκληρώνεται σε κλάσματα του δευτερολέπτου μετά την έναρξή της. Στο κέντρο του πυρήνα όμως, η πυκνότητα διαρκώς μεγαλώνει και αυξάνεται. Όταν η τιμή της φθάσει και προσεγγίσει την πυκνότητα της πυρηνικής ύλης, ούτε τα νετρίνα δεν μπορούν πια να διαφύγουν. Ο εγκλωβισμός των νετρίνων προσθέτει συνεχώς ενέργεια στον πυρήνα, με αποτέλεσμα ένα εκρηκτικό κρουστικό κύμα να ξεσπάσει κάποια στιγμή και το οποίο κινείται προς τα έξω με ταχύτητα που φτάνει το ένα δέκατο αυτής του φωτός.


   Είναι τόσο μεγάλη δε η πίεση του κρουστικού κύματος που έχει σαν αποτέλεσμα την έκρηξη του άστρου. Οι εξωτερικοί φλοιοί (στρώματα) εξωθούνται με βία αποκτώντας ιλιγγιώδεις ταχύτητες και σχηματίζουν ένα νέφος θερμού αερίου (νεφέλωμα) που ακτινοβολεί φως, ως αποτέλεσμα των συγκρούσεών του με τη μεσοαστρική ύλη.
Ένα τέτοιο νεφέλωμα που βρίσκεται στον αστερισμό του Κύκνου, εξαπλώνεται στο διάστημα ακόμα και σήμερα με ταχύτητες που ξεπερνούν την ταχύτητα του ήχου. Και είναι το πανέμορφο κατάλοιπο της έκρηξης ενός υπερκαινοφανούς που συνέβη πριν από 20.000 χρόνια.
Είναι τόσο φωτεινές και λαμπρές οι εκρήξεις υπερκαινοφανών, που γίνονται εύκολα ανιχνεύσιμες ακόμα και αν το άστρο ανήκει σε κάποιο μακρινό γαλαξία. Η λαμπρότητά τους κυμαίνεται σε χρονικό διάστημα μερικών εβδομάδων ως και μηνών και ύστερα το άστρο χάνεται από τον ουρανό.
Στον δικό μας γαλαξία εδώ και αρκετούς αιώνες δεν είχαν παρατηρηθεί εκρήξεις υπερκαινοφανών, σε αντίθεση με άλλους γαλαξίες που είχαν ήδη καταγραφεί αρκετές εκατοντάδες, ο τελευταίος παρατηρήθηκε από τον Κέπλερ το 1604 μ.χ. και τι ειρωνεία της τύχης, λίγο πριν από την κατασκευή του τηλεσκοπίου. Έναν άλλο γνωστό υπερκαινοφανή, που το κατάλοιπο του αστέρα που εξερράγη βρίσκεται στο Νεφέλωμα του Καρκίνου, κατέγραψαν με οι Κινέζοι αστρολόγοι το 1054 μ.χ. Το Νεφέλωμα του Καρκίνου έχει διάμετρο περίπου 10 έτη φωτός.


   Μια έκρηξη υπερκαινοφανούς παρατηρήθηκε πρόσφατα σ' έναν μικρό γειτονικό μας γαλαξία. Η έκρηξη αυτή έγινε ορατή το πρωί της 24ης Φε6ρουαρίου του 1987 και συνέβη στο Νέφος του Μαγγελάνου, που βρίσκεται σε απόσταση 160.000 έτη φωτός μακριά μας. Η έκρηξη ήταν ορατή μόνον από το Νότιο Ημισφαίριο και  ασφαλώς αμέσως συγκέντρωσε το ενδιαφέρον των επιστημόνων. Κάθε τύπου γήινα ή διαστημικά τηλεσκόπια έστρεψαν προς το λαμπρό σημείο. Λίγες ώρες πριν γίνει ορατός ο υπερκαινοφανής, ευαίσθητοι ανιχνευτές στις Ηνωμένες Πολιτείες και στην Ιαπωνία είχαν ήδη καταγράψει την άφιξη των νετρίνων. Όπως είχε προ6λεφθεί θεωρητικά, τα νετρίνα εγκαταλείπουν πρώτα τη σκηνή της εκρήξεως, Το άστρο που εξερράγη στον γνωστό πια ως SN 1987 A, εντοπίστηκε στους αστρονομικούς καταλόγους με το όνομα Sanduleak-69. Έχοντας μάζα 20 φορές την ηλιακή μάζα, έμεινε στην “ζωή” για 10 εκατομμύρια χρόνια περίπου, αλλά το τέλος του ήταν εντυπωσιακό. Ο υπερκαινοφανής SN 1987 Α διατήρησε με διακυμάνσεις τη λαμπρότητά του για μερικούς μήνες. Στο αποκορύφωμα της, η λαμπρότητα αυτή ξεπέρασε κατά 200 φορές αυτήν του Ήλιου, αλλά από τα μέσα του Ιουνίου άρχισε να μειώνεται.


   Ήταν η πρώτη γενιά των επιστημόνων, που είχε την τύχη να παρακολουθήσει με ακρί6εια και με προηγμένα μέσα και τεχνικές μια έκρηξη υπερκαινοφανούς. Να την παρακολουθήσει, 6έ6αια, εκ των υστέρων. Γιατί το φως και τα νετρίνα από τον υπερκαινοφανή είχαν ξεκινήσει το ταξίδι τους, μεταφέροντας μας γνώσεις και πληροφορίες, 160.000 χρόνια πριν, την εποχή που το ανθρώπινο είδος στη Γη , ανακάλυπτε την τεχνική της φωτιάς.
Τα δεδομένα που έχουν συλλεχθεί από την έκρηξη του υπερκαινοφανούς επι6ε6αιώνουν τις θεωρητικές αντιλήψεις για την αστρική εξέλιξη. Με εντυπωσιακό τρόπο, το Σύμπαν προσέφερε τη συνηγορία του και επι6ε6αίωσε τις εκπληκτικές ικανότητες του ανθρώπινου μυαλού.
Με την έκρηξη του υπερκαινοφανούς, δεν εκτοξεύεται όλη η μάζα του άστρου στο διάστημα. Κάποιο κατάλοιπο του πυρήνα απομένει. Και έχει, αυτό το κατάλοιπο, τη δυνατότητα να τελειώσει την ζωή του σαν λευκός νάνος ή αστέρας νετρονίων. Αυτήν τη δυνατότητα προσπάθησε απεγνωσμένα να εξασφαλίσει, δραστικά μειώνοντας το βάρος του, το αρχικά μεγάλο αστέρι. Ο αστέρας νετρονίων που, όπως αναφέρθηκε, εκπέμπει τα κανονικά ραδιοσήματά του από το Νεφέλωμα του Καρκίνου είναι το νεκρό κατάλοιπο του υπερκαινοφανούς που παρατήρησαν οι Κινέζοι αστρονόμοι στην αρχή της χιλιετίας. Σε ένα άλλο νεφέλωμα , στον αστερισμό του Ιστία, που επίσης αποτελεί το κατάλοιπο ενός υπερκαινοφανούς, εντοπίσθηκε ένας αστέρας νετρονίων με ηλικία περίπου 11.000 χρόνων. Αν κάποια στιγμή, μια παλλόμενη ραδιοπηγή εκδηλώσει την παρουσία της στον SN 1987 Α, η θεωρητική αυτή εικόνα για την εξέλιξη ενός μεγάλου άστρου θα αποκτήσει ένα ακόμη ισχυρότατο έρεισμα.

 

Η ζωή μας οφείλεται στον θάνατό τους.

   Η εκτίναξη τρομακτικών ποσοτήτων ύλης στο διάστημα από την έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς εμφανίζεται ενέργεια σπάταλη, όταν μάλιστα για εκατομμύρια χρόνια πριν τον θάνατο του άστρου, η ύλη αυτή υπέστη επίπονη και επίμονη πυρηνική κατεργασία και περιείχε στοιχεία, δύσκολα να συντεθούν,.
«Τίποτε δεν είναι άσκοπο, τίποτε περιττό», έγραψε ο Αριστοτέλης και στη συγκεκριμένη περίπτωση, αυτό είναι κάτι παραπάνω από αλήθεια. Γιατί, σε κάποια ή κάποιες αντίστοιχες εκρήξεις υπερκαινοφανών χρωστάμε και εμείς την οντότητα και την ύπαρξή μας. Ο ενδόμυχος πόθος και η “ματαιόδοξη ανάγκη” του ανθρώπου να συνδεθεί με την αιωνιότητα και με το κύκλο της ζωής των άστρων ταυτίζεται εδώ με την επιστημονική πεποίθηση.


   Γιατί, η ύλη από το άστρο που εξερράγη, και με μεγάλη ταχύτητα απλώνεται στον χώρο, ανακατεύεται με το αρχέγονο συμπαντικό ρευστό. Το μεσοαστρικό αέριο κοντά στην περιοχή της έκρηξης δεν αποτελείται πια μόνο από υδρογόνο και ήλιο. Περιέχει και ίχνη απ' τα βαρύτερα στοιχεία που η πυρηνική καύση δημιούργησε στο εσωτερικό του άστρου. Μάλιστα, η κατακλυσμική έκρηξη δημιουργεί συνθήκες τέτοιες, που ακόμη πιο σύνθετες πυρηνικές αντιδράσεις είναι δυνατές. Πυρήνες με ατομικό βάρος μεγαλύτερο από τον σίδηρο, και με πολύ πιο περίπλοκη δομή, όπως ο άργυρος, ο χρυσός ή το ουράνιο, εμφανίζονται για πρώτη φορά στον κοσμικό χώρο. Έστω και αν οι ποσότητες της ύλης των στοιχείων αυτών είναι ένα πολύ μικρό ποσοστό του κοσμικού ρευστού, δεν παύουν όμως να αποτελούν πλέον συστατικά του. Πολύ αργότερα ο κάθε πυρήνας των στοιχείων αυτών συλλαμβάνει έναν συγκεκριμένο αριθμό ηλεκτρονίων -όσα και τα πρωτόνιά του και αποκτά ταυτότητα ως άτομο. Άρα, αν νέα άστρα, άστρα δεύτερης γενιάς, σχηματισθούν από το κοσμικό ρευστό, εκτός από το υδρογόνο και  το ήλιο θα περιέχουν μια ποικιλία από βαρύτερα στοιχεία. Ο ίδιος ο Ήλιος, αφού εξακριβώθηκε ότι περιέχει βαρύτερα στοιχεία, είναι άστρο τουλάχιστον δεύτερης γενιάς. Και από την στιγμή που η Γη μας αποσπάσθηκε από τον Ήλιο, είναι ευεργετική η παρουσία των στοιχείων αυτών στην ατμόσφαιρα, στο έδαφος και στους ωκεανούς της.


   Ασφαλώς, είναι μια εικόνα συναρπαστική, παράξενη και μαγική και υπερβαίνει τα μέτρα της καθημερινότητας: Ότι ο άνθρακας στο χαρτί των βιβλίων, ο χρυσός που λάμπει κοσμώντας τον λαιμό μιας γυναίκας ή ο φωσφόρος των ψαριών σχηματίσθηκαν στο εσωτερικό κάποιου ή κάποιων άστρων. Και σε κάποια στιγμή απόγνωσης εκτινάχτηκαν στο Σύμπαν για να συλληφθούν από τον αμυδρό πρόγονο της Γης.
Το ίδιο όμως ισχύει και για τα πρωτογενή υλικά της ανθρώπινης ύπαρξης, το οξυγόνο, τον σίδηρο ή το ασβέστιο,  που συνιστούν το σώμα ή το μυαλό μας. Είναι προϊόντα επίμονης αστρικής κατεργασίας. Η αυτοκτονία του άστρου που τα σκόρπισε κάποτε ως αστρική σκόνη δεν φαίνεται μια πράξη άσκοπη. Συγκλονιστική όσο κι αν είναι η ιδέα, εν τούτοις είμαστε φτιαγμένοι από αστερόσκονη. Και τη ζωή μας οφείλουμε στον θάνατο κάποιου άστρου.

 

Οι Μαύρες Τρύπες ή η σκοτεινή προοπτική ενός πολύ μεγάλου άστρου.

   Τα άστρα που η μάζα τους είναι μεγαλύτερη από το όριο Chandrasekhar αντιμετωπίζουν μεγάλα προβλήματα όταν εξαντλούν τα πυρηνικά τους καύσιμα. Σε μερικές περιπτώσεις μπορεί να εκραγούν ή να καταφέρουν να εκτινάξουν αρκετή μάζα ώστε να μειώσουν την υπόλοιπη μάζα τους κάτω από αυτά τα όρια και έτσι να αποφύγουν την καταστροφική βαρυτική κατάρρευση. Είναι όμως δύσκολο να πιστέψουμε ότι συμβαίνει πάντοτε κάτι τέτοιο, ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλο είναι ένα άστρο. Γιατί με ποιόν τρόπο γνωρίζουν τα άστρα ότι πρέπει να “αδυνατίσουν”. Και αν ακόμα τα άστρα κατάφερναν τελικά να χάσουν αρκετή μάζα για να αποφύγουν την κατάρρευση, τι θα συνέβαινε αν προσθέταμε περισσότερη μάζα σε ένα λευκό νάνο ή ένα άστρο νετρονίων έτσι που να ξεπερνούσε τα αντίστοιχα όρια; Θα κατέρρεε σε άπειρη πυκνότητα;


   Ο σερ Arthur Eddington καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ (εκεί που ο Chandrasekhar πήγε να σπουδάσει) και αυθεντία στη γενική θεωρία της σχετικότητας, αρνήθηκε να πιστέψει στο αποτέλεσμα του Chandrasekhar, νόμιζε ότι δεν είναι δυνατόν ένα άστρο να συρρικνωθεί  στις μηδενικές διαστάσεις ενός σημείου. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν δημοσίευσε μια εργασία όπου υποστήριζε ότι τα άστρα δεν συρρικνώνονται σε μηδενικό μέγεθος.
Ο  Chandrasekhar απέδειξε ότι η απαγορευτική αρχή δεν θα μπορούσε να σταματήσει την διαδικασία κατάρρευσης ενός μεγάλου άστρου με μάζα μεγαλύτερη από το όριο Chandrasekhar, αλλά το πρόβλημα τι θα συνέβαινε σε ένα τέτοιο άστρο σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας το έλυσε για πρώτη φορά το 1939 ένας νεαρός Αμερικάνος ο Robert Oppenheimer. Τα αποτελέσματα του όμως, οδηγούσαν στο συμπέρασμα ότι δεν υπήρχαν παρατηρήσιμες συνέπειες  που να ήταν δυνατόν να ανιχνευτούν με τα τηλεσκόπια της εποχής. Ακολούθησε ο πόλεμος, και ο Oppenheimer συνδέθηκε στενά με το πρόγραμμα κατασκευής της ατομικής βόμβας. Μετά τον πόλεμο, το πρόβλημα της βαρυτικής κατάρρευσης ξεχάστηκε και επανήλθε στην επικαιρότητα στα μέσα της δεκαετίας του 1960. Η έρευνα του Oppenheimer συνεχίστηκε και επεκτάθηκε από πολλούς επιστήμονες.
  

   Η εικόνα της εργασίας του Oppenheimer είναι η παρακάτω: Το βαρυτικό πεδίο του άστρου κάνει τις διαδρομές που ακολουθούσαν οι ακτίνες του φωτός στο χωροχρόνο να φαίνονται διαφορετικές από αυτές που θα ακολουθούσαν αν το άστρο δεν βρισκόταν εκεί. Οι κώνοι του φωτός, που δείχνουν ενδεικτικά τις διαδρομές τις οποίες θα ακολουθούσαν στο χωροχρόνο οι ακτίνες του φωτός που θα εκπεμπόταν από τις κορυφές τους, κλίνουν ελαφρά προς τα μέσα κοντά στην επιφάνεια του άστρου. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί κατά την διάρκεια μιας έκλειψης Ηλίου στην κύρτωση των ακτίνων του φωτός από τα μακρινά άστρα. Καθώς το άστρο συστέλλεται, η βαρυτική επίδραση του σε αντικείμενα που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια του μεγαλώνει και οι κώνοι φωτός κλίνουν περισσότερο προς τα μέσα. Αυτό σημαίνει ότι γίνεται δυσκολότερο να διαφύγει το φως από το άστρο, σημαίνει επίσης ότι, για κάποιον παρατηρητή μακριά από το άστρο, το φως που εκπέμπεται από αυτό θα φαίνεται αμυδρότερο και πιο κοκκινωπό. Τελικά όταν το άστρο συρρικνώνεται σε κάποια κρίσιμη ακτίνα, το βαρυτικό πεδίο στην επιφάνεια του γίνεται τόσο ισχυρό, και οι κώνοι φωτός κλίνουν προς τα μέσα τόσο πολύ, ώστε το φως δεν μπορεί πια να διαφύγει από την επιφάνεια του άστρου. Τότε όμως, δεν μπορεί να διαφύγει και κανένα άλλο αντικείμενο, αφού σύμφωνα με την γενική θεωρία της σχετικότητας, τίποτα δεν μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός. Τα πάντα παγιδεύονται στο βαρυτικό πεδίο. Έτσι έχουμε ένα σύνολο γεγονότων, μια περιοχή του χωροχρόνου, όπου τίποτα δεν μπορεί να διαφύγει και να φτάσει σε κάποιον παρατηρητή μακριά από το άστρο. Αυτή είναι η περιοχή που σήμερα ονομάζουμε μαύρη τρύπα. Το όριο της ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων και ταυτίζεται με τις διαδρομές των ακτίνων φωτός που μόλις και δεν κατορθώνουν να διαφύγουν από τη μαύρη τρύπα.


  Για να καταλάβουμε τι θα βλέπαμε αν παρατηρούσαμε ένα άστρο που καταρρέει σχηματίζοντας μια μαύρη τρύπα, πρέπει να θυμηθούμε ότι στη θεωρία της σχετικότητας δεν υπάρχει απόλυτος χρόνος, κάθε παρατηρητής έχει το δικό του μέτρο χρόνου. Ο χρόνος για ένα παρατηρητή που βρίσκεται πάνω σ΄ ένα άστρο διαφέρει από τον χρόνο για κάποιον που βρίσκεται μακριά απ΄ αυτό, αφού το βαρυτικό πεδίο του άστρου κάνει τα γεγονότα που συμβαίνουν στην περιοχή του πρώτου να φαίνονται ότι καθυστερούν σε σχέση με τα αντίστοιχα γεγονότα που συμβαίνουν στην περιοχή του δεύτερου. Ας υποθέσουμε ότι ένας ατρόμητος αστροναύτης, βρίσκεται στην επιφάνεια ενός άστρου που καταρρέει από την έλξη της βαρύτητας και ότι κάθε ένα δευτερόλεπτο, σύμφωνα με το δικό του ρολόι, στέλνει ένα φωτεινό σήμα προς το διαστημόπλοιο που, βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το άστρο. Κάποια στιγμή, ας πούμε στις 11:00 του ρολογιού του αστροναύτη πάνω στο άστρο, η επιφάνεια του άστρου συρρικνώνεται κάτω από την κρίσιμη ακτίνα όπου η βαρυτική έλξη γίνεται τόσο ισχυρή ώστε τίποτα πια δεν μπορεί να διαφύγει προς το διάστημα. Έτσι τα φωτεινά σήματα του αστροναύτη πάνω στο άστρο θα καθυστερούσαν όλο και περισσότερο, δηλαδή τα χρονικά διαστήματα μεταξύ δύο διαδοχικών σημάτων θα γινόταν όλο και μεγαλύτερα από ένα δευτερόλεπτο. Οι διαφορές αυτές θα ήταν όμως πολύ μικρές ως τις 10:59:59. Θα έπρεπε λοιπόν να περιμένουν ένα χρονικό διάστημα ελάχιστα μεγαλύτερο από ένα δευτερόλεπτο για να πάρουν το σήμα που έστειλε ο συνάδελφός τους στις 10:59:58 και στις 10:59:59. Αλλά θα έπρεπε να περιμένουν για πάντα το σήμα των 11:00. Τα κύματα του φωτός που θα εκπεμπόταν από την επιφάνεια του άστρου από τις 10:59:59 μέχρι και τις 11:00, σύμφωνα πάντοτε με το ρολόι του αστροναύτη που βρίσκεται πάνω στα άστρο, θα εξαπλώνονταν σε άπειρο χρονικό διάστημα σύμφωνα με το ρολόι του διαστημόπλοιου. Το χρονικό διάστημα λοιπόν μεταξύ της άφιξης δύο διαδοχικών κυμάτων στο διαστημόπλοιο θα μεγάλωνε συνεχώς και έτσι το φως από το άστρο θα φαινόταν όλο και πιο αμυδρό και κοκκινωπό. Τελικά, το φως από το άστρο θα γινόταν τόσο αμυδρό, ώστε στην θέση του στο Διάστημα θα παρέμενε ένα μαύρο κενό, μια μαύρη τρύπα. Έτσι, ο άτυχος αστροναύτης που θα δοκιμάσει να εξερευνήσει μια μαύρη τρύπα δεν βρίσκει απλώς τον δρόμο της επιστροφής κλειστό. Πριν αποσυντεθεί οριστικά, αισθάνεται το σώμα του να εκτείνεται αφάνταστα καθ ύψος, υπό την κατακλυσμική βαρυτική έλξη, και να αποκτά επιταχύνσεις  ιλιγγιώδεις. Ίσως, ωστόσο, ο αστροναύτης να αποδειχθεί λιγότερο άτυχος απ' ότι. πίστευε. Διότι, σύμφωνα με μια τολμηρή θεωρητική άποψη, η δίοδός του .από τη μαύρη τρύπα θα τον οδηγήσει σ' ένα άλλο σημείο του Σύμπαντος αλλά εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν ή, ακόμη καλύτερα, σ' ένα ολότελα διαφορετικό Σύμπαν.


   Με πιο απλά λόγια, στα πολύ μεγάλα άστρα και μετά την έκρηξη του υπερκαινοφανούς, ο πυρήνα τους απειλείται από μια νέα και δραματική πιθανότητα. Την κατάρρευση της ίδιας της ύλης. Όταν η εναπομένουσα μάζα από το άστρο, έχει μάζα μερικές φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, οι γραμμές άμυνας του πυρήνα για να σχηματιστεί ως λευκός νάνος ή άστρο νετρονίων είναι ανύπαρκτες. Η βαρύτητα υπερνικά και τη φαινομενικά ασυμπίεστη σφαίρα των νετρονίων, που αρχίζουν έτσι να εφάπτονται μεταξύ τους. Η ύλη οδηγείται σε μια κατάσταση ουσιαστικής ανυπαρξίας, ή σε μια κατάσταση που είναι άγνωστη σε εμάς. Κυριολεκτικά, αυτό που σχηματίζεται είναι μια μαύρη τρύπα. Μια καμπύλωση δηλαδή του χώρου και του χρόνου απ' όπου, λόγω του τεράστιου βαρυτικού πεδίου, κανένα σώμα, αλλά ούτε και το ίδιο το φως είναι δυνατόν να ξεφύγει. Η μαύρη τρύπα δηλώνει μια περιοχή του χώρου εξαιρετικά μικρή σε όγκο, όπου η τεράστια ύλη ενός θνήσκοντος άστρου αυτοαναιρείται.
Οι μαύρες τρύπες αποτελούν μιαν αναπόφευκτη πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Όταν το άστρο που πεθαίνει συμπιεσθεί σε διαστάσεις μικρότερες από τον ορίζοντα, καμιά δύναμη δεν μπορεί να συγκρατήσει τη διαδοχική συρρίκνωση και τελική κατάρρευση της ύλης σ' ένα μοναδικό σημείο το αποκαλούμενο και «σημείο ανωμαλίας». Η ύλη αποκτά εκεί άπειρη πυκνότητα και ακόμη άπειρη γίνεται η ισχύς του βαρυτικού πεδίου. Ο χώρος και ο χρόνος δεν υπάρχουν ως αυθύπαρκτες, χωριστές οντότητες και μιας και δεν υπάρχει θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, κάθε γνώση Φυσικής καταρρέει.
Η ιδιόμορφη αυτή μαθηματική ανωμαλία στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας έχει το ανάλογό της στο σημείο μηδέν του χωροχρόνου, απ' όπου με τη Μεγάλη Έκρηξη προήλθε το Σύμπαν.


   Αν όμως φως δεν διαφεύγει από μια μαύρη τρύπα -αλλά αντίθετα, κάθε σώμα ή ακτινοβολία που θα περάσει από τον ορίζοντά της, απορροφάται ή αιχμαλωτίζεται για πάντα- γεννιέται το ερώτημα πώς μπορεί να ανιχνευθεί ένα παρόμοιο, κατ' όνομα μόνον αστρικό, σώμα. Η ανίχνευση αυτή γίνεται με έμμεσο τρόπο: από τα ισχυρά βαρυτικά φαινόμενα που παρατηρούνται στη γειτονιά μιας μαύρης τρύπας ή από τη μεγάλη έκλυση ενέργειας, που υποθέτουμε ότι συνοδεύει την επιταχυνόμενη κάθοδο μιας μάζας προς αυτήν. Μια σχεδόν αναμφισβήτητη μαύρη τρύπα έχει εντοπισθεί έτσι στον αστερισμό του Κύκνου, που απέχει 10.000 έτη φωτός από μας. Η μάζα της υπολογίζεται έξι φορές όσο η ηλιακή, και είναι, πιθανότατα, ο αόρατος συνοδός ενός γιγαντιαίου άστρου, που η κίνησή του δεν ερμηνεύεται με άλλον τρόπο. Το δίδυμο αυτό σύστημα αποτελεί μια ισχυρή πηγή εκπομπής ακτινών Χ. Η ακτινοβολία παράγεται καθώς ύλη που εκτοξεύεται από το άστρο ταξιδεύει προς τη μαύρη τρύπα. Σύμφωνα με κάποιες άλλες ενδείξεις, μια μαύρη τρύπα με μάζα δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου ενεδρεύει στο κέντρο του Γαλαξία μας. Στην παρουσία της, ίσως, οφείλεται η εκπομπή ραδιοκυμάτων και υπέρυθρων ακτινών που παρατηρείται σε γειτονικές στο κέντρο του Γαλαξία περιοχές. Είναι ακόμη πιθανόν, παρόμοιες ή και μεγαλύτερες μαύρες τρύπες να υπάρχουν στο κέντρο των κβάσαρ, των αινιγματικών αντικειμένων που ανιχνεύονται στα όρια του Σύμπαντος. Έτσι ερμηνεύεται το ότι οι κβάσαρ εκπέμπουν ακτινοβολία χίλιες φορές περισσότερη από όση ένας ολόκληρος γαλαξίας!
Σύμφωνα, τέλος, με μια υπόθεση του S. Hawking, το Σύμπαν είναι διάσπαρτο από μικρές μαύρες τρύπες που σχηματίσθηκαν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτές οι αρχέγονες μαύρες τρύπες, ενώ έχουν μάζα όσο ένα μεγάλο βουνό, δεν υπερβαίνουν σε μέγεθος τον πυρήνα ενός ατόμου.


                                                                                                                        <<επιστροφή

Πηγές Πληροφοριών
Γιώργος Γραμματικάκης "Η Κόμη Της Βερενίκης"
Γιώργος Γραμματικάκης "Κοσμογραφήματα"
Steven Hawking "Το Χρονικό του Χρόνου"
Jim Al Khalili "Μαύρες Τρύπες, Σκουληκότρυπες και Χρονομηχανές"

 

<<site map

Χρόνος εκτέλεσης : 0.071 δευτερόλεπτα