Rájuk van valami, amely mindannyiunkat érdekel. Az emberiség sok vallása megköthető ezen égi gyertyák imádatának. Az egyiptomiak számára a nap a Ra Isten képviselője volt, aki minden nap elrontotta az éjszakát, és fényt és meleget hozott a földekre. A görögök számára Apollo volt az, aki lángoló szekérét az égen áthajtotta, megvilágítva a világot. Jézus még a kereszténységben is mondható, hogy reprezentatív a nap számára, figyelembe véve a feltűnő tulajdonságait, amelyek története az ősi asztrológiai hiedelmekkel és alakokkal rendelkezik. Valójában sok ősi hit hasonló utat követ, amelyek eredete összekapcsolódik a nap és a csillagok imádásával.
Az emberiség úgy fejlődött ki a csillagoktól az éjszakai égbolton, mert felismerték a korrelációt abban a mintázatban, amelyben egyes csillagképződmények (csillagképek néven ismertek) az éves ciklus adott időtartamát. Az egyik azt jelentette, hogy hamarosan melegebbé vált, ami az ételek ültetéséhez vezetett. A többi csillagkép előre jelezte a
hidegebb időszak, így elkezdheted az ételek tárolását és a tűzifa gyűjtését. Az emberiség útjában előrehaladva a csillagok ezután a navigáció egyik módjává váltak. A csillagokkal való vitorlázás volt a mód arra, hogy megkerüljük, és korai felfedezésünkhöz tartozunk a csillagképek megértésével. Az emberi szem több tízezer év alatt az ég felé nézett, csak viszonylag közelmúltban kezdtük megérteni, mi a csillagok valójában, honnan származnak, és hogyan éltek és haltak meg. Ezt tárgyaljuk ebben a cikkben. Jöjjön velem, amíg mélyen belemerünk a kozmoszba, és a fizika tanúi nagyok, amikor fedezem, hogyan születik meg egy csillag, hogyan él és végül meghal.
Utazásunkat azzal kezdjük, hogy az univerzumba utazunk valami különleges keresése érdekében. Olyan egyedi struktúrát keresünk, amelyben mind a megfelelő körülmények, mind az összetevők megtalálhatók. Azt akarjuk keresni, amit csillagász nevezünk Sötét ködnek. Biztos vagyok benne, hogy már hallottál már a ködökről, és kétségtelenül láttam őket. A Hubble Űrtávcsőjéből kapott csodálatos képek közül sok gyönyörű gázfelhőből származik, milliárd csillag hátterében ragyogva. Színek a mélyvöröstől az élénk bluesig, sőt néhány félelmetes zölden is terjednek. Ez azonban nem a köd típusa, amelyet keresünk. A köd sötét, átlátszatlan és nagyon-nagyon hideg.
Kíváncsi lehet önmagára: "Miért keresünk valamit sötétre és hidegre, amikor a csillagok fényesek és melegek?"
Valójában ez valami rejtélyesnek tűnik. Miért kell valaminek hidegnek lennie, mielőtt rendkívül forró lehet? Először be kell fednünk valami elemi dolgot a csillagközi közegnek (ISM), vagy a csillagok közötti térnek. A hely nem üres, amint a neve azt sugallja. Az űr mind gázt, mind port tartalmaz. Az a gáz, amelyre elsősorban hidrogént jelent, az univerzum legelterjedtebb eleme. Mivel a világegyetem nem egyenletes (minden gáz és por sűrűsége minden köbméterre vonatkozik), vannak olyan térzsebek, amelyek több gázt és port tartalmaznak, mint mások. Ez a gravitáció hatására manipulálja ezeket a zsebeket, hogy összekapcsolódjanak és formálják azt, amit ködnek tekintünk. Sok dolog megy a különféle ködök készítéséhez, de az egyik, amelyet keresünk, a Sötét köd, nagyon különleges tulajdonságokkal rendelkezik. Merüljünk bele ebbe a sötét ködbe és nézzük meg, mi folyik itt.
Amikor e köd külső rétegein süllyedünk, észrevehetjük, hogy a gáz és a por hőmérséklete nagyon alacsony. Néhány ködben a hőmérséklet nagyon meleg. Minél több részecske ütközik egymásba, a külső és belső sugárzás abszorpciója és kibocsátása gerjesztve magasabb hőmérsékletet jelent. De ebben a Sötét Ködben az ellenkezője történik. A hőmérsékletek minél tovább csökkennek a felhőbe. Ennek oka, hogy ezeknek a sötét ködöknek olyan különleges tulajdonságai vannak, amelyek egy nagy csillagbölcsőde létrehozásához szükségesek, a köd alapvető tulajdonságaival és a felhőben létező régiótípus tulajdonságaival kell foglalkozniuk, amelyhez néhány nehéz fogalom társul, amelyet nem fogok teljes egészében bemutatni. itt. Idetartoznak azok a régiók, amelyekben a molekuláris felhők képződnek és amelyeket neutrális hidrogénrégióknak neveznek, és ezeknek a régióknak a tulajdonságai az elektron spin értékeivel, valamint az említett elektronokat befolyásoló mágneses mező kölcsönhatásokkal kell foglalkozniuk. A jellemzők, amelyeket be fogok fedni, lehetővé teszik, hogy ez a köd érett legyen a csillagképződéshez.
Ha kizárjuk az ezeknek a ködöknek a kialakulását segítő komplex tudományt, elkezdhetjük az első kérdést, hogy miért kell hidegebbé válnunk, hogy melegebbé váljunk. A válasz a gravitációhoz vezet. Amikor a részecskék melegülnek vagy gerjesztik, akkor gyorsabban mozognak. Az elegendő energiájú felhő túlságosan sok lendületet fog jelenteni az egyes por- és gázrészecskék között bármilyen formáció kialakulásához. Mint például: ha a porszemcsék és a gázatomok túl gyorsan mozognak, akkor egyszerűen csak lepattannak egymásról, vagy csak elhaladnak egymás mellett, soha nem érnek el semmilyen kötést. Ezen interakció nélkül soha nem lehet csillag. Ha azonban a hőmérsékletek elég hidegek, a gáz- és porrészecskék olyan lassan mozognak, hogy kölcsönös gravitációjuk lehetővé teszi számukra, hogy egymáshoz tapadjanak. Ez a folyamat teszi lehetővé a protostár kialakulását.
Általában az, ami energiát szolgáltat a részecskék gyorsabb mozgásának lehetővé tételéhez ezekben a molekuláris felhőkben, a sugárzás. Természetesen az univerzumban minden irányból minden irányból bejut a sugárzás. Mint látjuk más ködökkel, energiával ragyognak, és a csillagok nem születnek ezeknek a forró gázfelhőknek a közepette. Melegítik őket más csillagok külső sugárzása és a saját belső hő hatására. Hogyan akadályozza meg ez a sötét köd a külső sugárzást, hogy felmelegítse a felhőben lévő gázt, és túl gyorsan mozogjon ahhoz, hogy a gravitáció megtartsa? Ez az, ahol
a sötét köd átlátszatlan jellege kerül játékba. Az átlátszatlanság annak a mértéke, hogy mennyi fény képes áthaladni egy tárgyon. Minél több anyag van a tárgyban, vagy annál vastagabb a tárgy, annál kevesebb a fény képes áthatolni rajta. A magasabb frekvenciájú fényt (gamma sugarak, röntgen és UV) és még a látható frekvenciákat is jobban befolyásolják a vastag gáz- és porzsebek. Csak az alacsonyabb frekvenciájú fénytípusok, köztük az infravörös, a mikrohullámú és a rádióhullámok sikeresek az ilyen gázfelhők behatolásában, sőt, kissé szétszórtak, hogy általában nem tartalmaznak elegendő energiát ahhoz, hogy elindítsák ezt a bizonytalanságot. a csillagképződés folyamata. Így a sötét gázfelhők belső részei hatékonyan "vannak árnyékolva" a külső sugárzástól, amely más, kevésbé átlátszatlan ködöket széttört. Minél kevesebb a sugárzás a felhőbe, annál alacsonyabb a benne lévő gáz és por hőmérséklete. A hidegebb hőmérsékletek kevesebb részecskemozgást jelentenek a felhőben, ami kulcsfontosságú ahhoz, amit a következőkben megvitatunk.
Valójában, amikor leereszkedünk e sötét molekuláris felhő magja felé, észrevehetjük, hogy egyre kevésbé látható fény juttatja el a szemünket, és speciális szűrőkkel láthatjuk, hogy ez igaz más fényfrekvenciákra is. Ennek eredményeként a felhő hőmérséklete nagyon alacsony. Érdemes megjegyezni, hogy a csillagképződés folyamata nagyon hosszú időt vesz igénybe, és annak érdekében, hogy ne százezrek évekig olvassunk tovább, most tovább kell haladnunk az idővel. Néhány ezer év alatt a gravitáció méltányos mennyiségű gázt és port vonzott be a környező molekuláris felhőből, aminek következtében összekapcsolódtak. A külső sugárzástól még mindig árnyékolt por- és gázrészecskék természetesen összeférhetnek és „ragaszkodnak” ilyen alacsony hőmérsékleten. Végül valami érdekes történni kezd. A folyamatosan növekvő gáz- és porlabda kölcsönös gravitációja hógolyó (vagy csillaggolyó) hatást vált ki. Minél több gáz- és porréteg van koagulálva, annál sűrűbb lesz ennek a protostarnak a belseje. Ez a sűrűség növeli a gravitációs erőt a protostar közelében, ezáltal több anyagot húz be benne. Az összes felhalmozódó pormag és hidrogénatommal a nyomás a gázgömb belsejében növekszik.
Ha emlékszik valamelyik kémiai osztályról, amelyet valaha vett, akkor emlékeztethet egy nagyon különleges kapcsolatra a nyomás és a hőmérséklet között, amikor egy gázzal foglalkozik. PV = nRT, az ideális gáz törvény, jut eszembe. Ha kizárjuk az „n” állandó skaláris értéket és az R gázállandót ({8,314 J / mol x K}), és a (T) hőmérsékletet oldjuk meg, akkor T = PV értéket kapunk, ami azt jelenti, hogy a gázfelhő hőmérséklete közvetlenül arányos nyomást gyakorolni. Ha növeli a nyomást, akkor megemelkedik a hőmérséklet. A sötét ködben hamarosan megjelenő csillag magja nagyon sűrűvé válik, és a nyomás gyorsan növekszik. Amit éppen kiszámítottunk, ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet is növekszik.
Ezt a ködöt ismét megfontoljuk a következő lépésben. Ebben a ködben nagy mennyiségű por és gáz van (tehát átlátszatlan), ami azt jelenti, hogy rengeteg anyagot tartalmaz a protostar táplálásához. A gáz és a por tovább folytatódik a környező környezetből, és felmelegszik. Az objektum magjában lévő hidrogén részecskék olyan gyorsan körülugornak, hogy energiát engednek a csillagba. A protostár nagyon felforrósodik, és most a sugárzás izzó (általában infravörös). Ezen a ponton a gravitáció még több gázt és port vonz be, ami növeli a protostar magjában mélyen kifejtett nyomást. A Sötét Köd gáza önmagában továbbra is összeomlik, amíg nem történik valami fontos. Amikor a csillag közelében alig marad semmi ahhoz, hogy a felületére esjen, energiája elveszik (mivel fényként sugárzik). Amikor ez megtörténik, ez a külső erő csökken, és a gravitáció gyorsabban csökken a csillaghoz. Ez nagymértékben növeli a nyomást a protostar magjában. A nyomás növekedésével a mag hőmérséklete eléri azt az értéket, amely elengedhetetlen az általunk tanúi folyamathoz. A protostár magja olyan sűrűvé és forróssá vált, hogy eléri a körülbelül 10 millió Kelvin-t. A perspektíva szempontjából ez a hőmérséklet durván 1700x-kal melegebb, mint a nap felszíne (körülbelül 5800K). Miért olyan fontos a 10 millió Kelvin? Mivel ezen a hőmérsékleten a hidrogén termo-magfúziója megtörténhet, és ha a fúzió elindul, ez az újszülött csillag „bekapcsol” és életre burstál, hatalmas mennyiségű energiát bocsát ki minden irányba.
A magban annyira meleg, hogy az elektronok, amelyek a hidrogén protonmagjain körbecsapódnak, lecsupaszodnak (ionizáltak), és minden, ami van, szabadon mozgó protonok. Ha a hőmérséklet nem elég meleg, akkor ezek a szabadon repülő protonok (amelyek pozitív töltésűek) egyszerűen egymásra pillantnak. 10 millió kelvinnél azonban a protonok olyan gyorsan mozognak, hogy elég közel kerüljenek ahhoz, hogy az Erős Nukleáris Erők átvegyék őket, és amikor ez megtörténik, a hidrogén protonok elegendő erővel elkezdenek egymásba csapódni, hogy összeolvadjanak, és így létrejöjjenek. Hélium atomok és sok energiát szabadít fel sugárzás formájában. Ez egy láncreakció, amelyet össze lehet foglalni úgy, hogy 4 proton 1 hélium atomot és energiát eredményez. Ez a fúzió az, ami meggyújtja a csillagot, és „éget”. A reakció által felszabaduló energia segít más hidrogén protonok megolvadásában, és energiát szolgáltat annak biztosításához, hogy a csillag összeomoljon. Az az energia, amely ebből a csillagból minden irányba kiszivárog, az a magból származik, és ennek a fiatal csillagnak a következő rétegei mind a hőt saját maga továbbítják (sugárzási és konvekciós módszerekkel, attól függően, hogy milyen csillag született) .
Amit most tanúink voltak, az utazásunk kezdete óta, amikor a hideg sötét ködbe zuhanunk, egy fiatal, forró csillag született. A köd megvédte ezt a csillagot a hibás sugárzástól, amely megszakíthatta ezt a folyamatot, valamint megteremtette azt a merev környezetet, amely ahhoz szükséges, hogy a gravitáció megtartsa és működjön a varázsa. Ahogy a protostar formájának tanúi vagyunk, valószínűleg valami hihetetlen dolgot is láthattunk. Ha ennek a ködnek a tartalma helyes, például ha nagy mennyiségű nehézfémet és szilikátot tartalmaz (az előző masszívabb csillagok szupernóváiból megmaradt), akkor láthatnánk, hogy a bolygóképződés a anyag a protostár körül.
Az új csillagunk közelében megmaradó gáz és por sűrű zsebek alakulnak ki ugyanazon mechanizmus segítségével
gravitáció, amely végül protoplanekettekké válik képessé, amelyek gázból vagy szilikátokból és fémből állnak (vagy a kettő kombinációjából). Ennek ellenére a bolygóképződés még mindig kissé rejtély számunkra, mivel úgy tűnik, vannak dolgok, amelyeket még nem tudunk megmagyarázni a munka során. De úgy tűnik, hogy a csillagrendszer kialakításának ez a modellje jól működik.
A csillag élete közel sem olyan izgalmas, mint születése vagy halála. Folytatjuk az óra előrehaladását, és figyeljük, hogy ez a csillagrendszer fejlődik. Néhány milliárd év alatt a Sötét Köd maradványait széttöredezték és más csillagokat is képeztek, mint amilyenek vagyunk a tanúi, és már nem létezik. Azok a bolygók, amelyeket láttak kialakulni, amikor a protostár növekedett, megkezdik egymilliárd éves táncukat a szülői csillag körül. Lehet, hogy ezen világok egyikében, a csillagtól megfelelő távolságban elhelyezkedő világban folyékony víz létezik. Ezen belül a víz tartalmazza a fehérjékhez szükséges aminosavakat (mindegyik olyan elemből áll, amelyek a korábbi csillagkitörések során megmaradtak). Ezek a fehérjék képesek összekapcsolódni, hogy RNS-láncokat, majd DNS-láncokat képezzenek. Lehet, hogy egy ponton, néhány milliárd évvel a csillag születése után, láthatjuk, hogy egy űrkutató faj elindul a kozmoszba, vagy esetleg sokszor nem érik el ezt különféle okok miatt, és továbbra is bolygóhoz kötöttnek maradnak. Természetesen ez csak a szórakozás szándéka. Most azonban elérjük az utat, amely milliárd évvel ezelőtt kezdődött. A csillag meghal.
A magjában levő hidrogén héliumba olvad be, amely idővel eliminálja a hidrogént; a csillag kifogy a gázból. Sok év után a hidrogén-fúziós folyamat megáll, és a csillag egyre kevesebb energiát bocsát ki. A fúziós folyamat külső nyomásának ez a hiánya felborítja a hidrosztatikus egyensúlynak nevezett eseményeket, és lehetővé teszi a gravitáció (amely mindig megpróbálja összetörni a csillagot) nyerését. A csillag a saját súlya alatt gyorsan csökken. De ahogyan azt korábban tárgyaltuk, a nyomás növekedésével a hőmérséklet is növekszik. Az egész hélium, ami megmaradt
a több milliárd éves hidrogén-fúzió most felmelegszik a magban. A hélium sokkal melegebb hőmérsékleten olvad meg, mint a hidrogénnél, ami azt jelenti, hogy a héliumban gazdag magot be lehet nyomni gravitációval beolvadás nélkül (még). Mivel a fúzió nem fordul elő a héliummagban, kevés vagy egyáltalán nincs kifelé irányuló erő (fúzióval adódik ki) a mag összeomlásának megakadályozására. Ez az anyag sokkal sűrűbbé válik, amelyet degeneráltnak nevezünk, és hatalmas mennyiségű hőt bocsát ki (a gravitációs energia hőenergiává válik). Ez azt eredményezi, hogy a fennmaradó hidrogén, amely a héliummag feletti következő rétegekben van, megolvad, ami a csillag nagymértékű tágulását okozza, mivel ez a hidrogénhéj éghetetlen. Ez a csillag visszapattanását eredményezi, és gyorsan tágul; a magon kívüli hidrogénhéjak energetikai fúziója nagyban meghosszabbítja a csillag átmérőjét. Csillagunk vörös óriás. Néhány, ha nem az összes belső bolygót, amelyben tanúi vagyunk, akkor azt a csillagot elégetik és elnyelik, amely először életre adott nekik. Ha történne olyan élet bármelyik bolygón, amely nem tudta elhagyni otthonát, akkor minden bizonnyal kitörülnek az univerzumból, soha nem lesznek ismertek róla.
A csillag üzemanyag-fogyásának ez a folyamata (először hidrogén, majd hélium stb.) Egy ideig folytatódik. Végül a magban lévő hélium elér egy bizonyos hőmérsékletet, és megkezdi a szén felolvadását, ami elhárítja a csillag összeomlását (és halálát). A csillag, amelyet jelenleg élőben nézünk és meghal, egy átlagos méretű Fő szekvenciacsillag, tehát életének vége akkor fejeződik be, amikor befejezi a Hélium olvasztását
Szén. Ha a csillag sokkal nagyobb lenne, ez a fúziós folyamat addig folytatódna, amíg el nem éri a vasat. A vas az az elem, amelyben a fúzió nem történik spontán módon, vagyis több energiát igényel a fuzionáláshoz, mint amennyit az fúzió után ad ki. Csillagunk azonban soha nem fogja megtenni a vasba a magjában, és így meghalt, miután kimerítette hélium tározóját. Amikor a fúziós folyamat végül „kikapcsol” (gázból kifolyik), a csillag lassan lehűlni kezd, és a csillag külső rétegei kiszélesednek, és az űrbe kerülnek. A csillagok későbbi kidobása következtében létrejön az úgynevezett bolygó-köd, és az egyetlen olyan ragyogó csillag, amit a tavasszal megfigyeltünk, csak egy sűrű szén labda, amely továbbra is lehűl az örökkévalóság hátralévő részében, esetleg kristályosodik gyémántmá.
Az a halál, amelyet most tanúnk volt, nem csak a csillag hal meg. Ha egy csillag elég nagy, a halála sokkal erősebb. A csillag kitör az univerzum legnagyobb robbanásába, az úgynevezett szupernóva. Sok változótól függően a csillag maradványa lehet neutroncsillag, vagy akár fekete lyuk. Ám az átlagos méretű Fő szekvenciacsillagok nagy részében a halál, amelynek tanúi vagyunk, az lesz a sorsuk.
Utazásunk azzal ér véget, hogy azon gondolkodunk, amit megfigyeltünk. Ha látja, hogy a természet mit tehet a megfelelő körülmények között, és megnézheti egy nagyon hideg gáz- és porfelhőt, olyanvá válhat, amely életét belélegezheti a kozmoszba. Elménk visszatekint arra a fajra, amely az egyik bolygón kialakulhatott volna. Gondolkodsz azon, hogy hogyan mentélhettek el nekünk hasonló fázisokat. Lehetséges, hogy a csillagokat természetfeletti istenségekként használják, amelyek évszázadok óta vezetik hitüket, helyettesítve azokat a válaszokat, ahol a tudatlanság uralkodott. Ezek a hitek valószínűleg vallásokká alakulhatnak, még mindig megragadva a különleges kiválasztás és a nagylelkű gondolat fogalmát. A csillagok táplálkoznának azon vágyukban, hogy megértsék az univerzumot, ahogy a csillagok tették értünk? Az elméd azután elgondolkodik azon, mi lesz a sorsunk, ha nem próbáljuk megtenni a következő lépést az univerzumban. Engedjük-e, hogy fajainkat töröljék a kozmoszból, miközben csillagunk halálában kibővül? Ez az utazás, amelyet éppen a Sötét Köd szívébe tettél, valódi példája annak, amit az emberi elme képes megtenni, és megmutatja, milyen messzire mentünk meg, annak ellenére, hogy még mindig kötődünk Naprendszerünkhöz. A megtanult dolgokat mások találták meg, például azt, hogy egyszerűen csak megkérdezik, hogyan történnek a dolgok, majd a fizika tudásunk teljes súlyát megtisztítják. Képzelje el, mit tudunk elérni, ha folytatjuk ezt a folyamatot; hogy teljes mértékben elérjük helyünket a csillagok között.
