29.02.2016-01:22:00   |   Marek Jurčík
#Kozmos
Hviezdy existujú vďaka rovnováhe medzi dvoma protikladnými silami. Pri vzniku zohráva kľúčovú úlohu gravitácia. Stláča vodíkový plyn a medziplanetárny prach v hmlovinách. Narastajúca teplota a tlak vedú až k prekrytiu atómových jadier, jadrovej syntéze, ktorá „zapáli“ hviezdu a bráni ďalšiemu stláčaniu.1

Postupom času vodíka ubúda a dochádza k hromadeniu vznikajúceho hélia. Rýchlosť spaľovania vodíka, rovnako ako nasledujúci vývoj hviezdy, závisí predovšetkým na jej hmotnosti. Rôzne hmotné hviezdy zomierajú odlišne. V každom prípade sa o slovo opäť prihlási gravitácia, ďalšie stláčanie a opätovné naštartovanie jadrovej fúzie.



Z obra trpaslík

Stredne veľká stálica s hmotnosťou do 1,44 MO (1 MO zodpovedá váhe Slnka, čiže 1,9891 × 1030 kg) spáli všetok vodík za približne 10 miliárd rokov. Keď k tomu dôjde, nasleduje zmrštenie jadra, ktoré vzkriesi nukleárne reakcie a z odpadového hélia vznikne o niečo ťažší uhlík a kyslík. Zároveň prebieha expanzia vonkajších vrstiev. S rozpínaním atmosféry klesá teplota a svietivosť hviezdy. Vďaka charakteristickému sfarbeniu sa štádium nazýva červený obor.

Podľa výpočtov fyzikov povrch Slnka v štádiu červeného obra dosiahne obežnú dráhu Marsu.

Pri natoľko zväčšených rozmeroch gravitačná sila nezabráni odtŕhaniu atómov vonkajších vrstiev hviezdy. K ich unikaniu prispeje aj prudké pulzovanie nestabilného stredu telesa. Priestor okolo umierajúcej hviezdy tak zaplní pestrá štruktúra známa ako planetárna hmlovina.

Po úplnom oddelení vonkajších vrstiev hviezdy zostane len biely trpaslík – malá, hustá guľa zo stlačených zvyškov hviezdy. Bieli trpaslíci rozmermi zodpovedajú malým kamenným planétam ako je Zem. Zato ich hustota je až stotisíckrát vyššia ako hustota vody.

Húževnatý dedko

Ďalšiemu zmršťovaniu hmoty stredne veľkých hviezd bráni Pauliho vylučovací princíp.2 Biely trpaslík vyžaruje svetlo približne 10 miliárd rokov pri povrchovej teplote okolo 5000 °C. Podľa niektorých návrhov môže žiariť aj dlhšie, ak ako dodatočný zdroj poslúži temná hmota alebo energia z rozpadu protónov.3

Postupným hasnutím nastane zmena spektrálneho typu. Svetlo telesa prejde do žltého, oranžového a červeného spektra až skončí pri čiernej farbe. Každé štádium trvá o niečo dlhšie ako predošlé.

Po vychladnutí zostáva chladná, nevýrazná guľa - čierny trpaslík. Keďže jeho vznik trvá dlhšie než je vek vesmíru, zatiaľ žiaden neexistuje.




-


Čierny trpaslík.


Poriadne silný ohňostroj


Umierajúce hviezdy hmotnejšie o polovicu až trikrát viac ako Slnko dokážu vygenerovať viac energie ako ich menšie obdoby. Umožňuje im to premena uhlíka na ťažšie prvky prebiehajúca v útrobách. Proces termojadrovej syntézy v ich prípade končí až pri železe. Keď sa dostane tak ďaleko, teleso sa nachádza v štádiu veľmi riedkeho červeného obra. Koniec reakcií v jadre ale znamená narušenie rovnováhy, víťazí gravitácia. Vonkajšie vrstvy postihne extrémne rýchle stlačenie. Teplota stúpa na bilión (alebo niekoľko biliónov) stupňov, kolabujú aj jadrá železa. Rapídny nárast energie vyvolá nepredstaviteľne silný výbuch. Hovoríme mu supernova.

Supernovy jasom na krátku dobu prekonajú galaxiu obsahujúcu 100 miliárd hviezd. Obrovský tlak vo vnútri hmotných hviezd umožní vznik takmer všetkých prvkov ťažších ako železo. Rázová vlna výbuchu ich však rozmetá v širokom priestore. Pri premiešaní s okolitým materiálom sa častokrát rodia nové hviezdy, tzv. hviezdy druhej generácie, dokonca celé planetárne sústavy. Rovnakým spôsobom vznikla slnečná sústava a väčšina prvkov ťažších ako kyslík. Inými slovami, všetok vápnik v kostiach živočíchov pochádza z odpadu po zaniknutej hviezde.

Šialení zombie

Jadro hmotných hviezd extrémne zhustne už pred supernovou. Nápor gravitácie chvíľu prevládne nad kvantovými zákonmi, v dôsledku čoho elektróny predtým pevne viazané v orbitáloch vrážajú až do protónov jadra a vytvárajú neutróny. Po výbuchu vonkajšieho obalu hviezdy „prežije“ zvyšok v podobe neutrónovej hviezdy.


-


Neutrónová hviezda.


Ide o jeden z najexotickejších objektov vesmíru. Priemerom sotva presahuje 10 km, čo sa odzrkadľuje na jej ohromnej hustote. V jej strede dokonca nemôžu existovať ani atómové jadrá. Častice sú takpovediac natlačené v supertekutej substancii. Zvyšnú časť telesa tvorí obal hrubý menej než 1,5 km.



Extrémne stlačenie hmoty má okrem drastického zmenšenia veľkosti telesa ďalší dôsledok - vyvoláva ohromné zrýchlenie rotácie podobne, ako keď krasokorčuliarka zrýchli svoje otáčanie vtiahnutím vystretej nohy.

Okolie neutrónovej hviezdy zvyčajne obklopuje obzvlášť silné magnetické pole. Ak ide o hlavný prejav telesa, hovoríme o megnetare. Ďalší špecifický druh neutrónovej hviezdy predstavuje pulzar. Vyznačuje sa úzkymi lúčmi elektromagnetického žiarenia, ktoré sú vplyvom odstredivých síl zakrivené. Pri zachytení vyzerajú ako blikajúci rádiový signál.

Totálny kolaps


V prípade hviezd hmotnejších ako trojnásobok slnka gravitácia prevládne nad všetkými odpudivými silami. Odpor zvyšných neutrónov pri kolapse nezabráni ďalšiemu bezohľadnému stláčaniu a nahromadená energia vytryskne takmer rýchlosťou svetla z oboch pólov. Vzniknuté dva gama lúče svietivosťou a energiou prevýšia všetky známe objekty vesmíru4. Následná explózia zatieni aj supernovu, preto hovoríme o hypernove. Podobný výbuch vo vzdialenosti niekoľkých stovák svetelných rokov od slnečnej sústavy postačuje na zničenie všetkého pozemského života. Našťastie, väčšina doposiaľ zaznamenaných hypernov pochádza z najvzdialenejších galaxií.


-


Kolabujúca neutrónová hviezda v hypernove.


Po utíchnutí hypernovy zostáva čierna diera s nekonečne hustým jadrom – singularitou. Jej okolie obklopuje tzv. Schwarzschildov polomer, tiež známy ako horizont udalostí. Vytvorené gravitačné pole je tak silné, že nedovolí uniknúť ani svetlu. Výnimku tvoria vznikajúce virtuálne častice. Neprekonateľnou bariérou „pretunelujú“ a čiernu dieru pomaly roznášajú do priestoru (Hawkingovo žiarenie).



Alternatívne medzičlánky

Kolaps neutrónovej hviezdy teoreticky nemusí vždy smerovať k čiernej diere. V alternatívnom scenári hmotnosť ďalej stláča vzniknuté neutróny až kým sa nerozpadnú na jednotlivé up a down kvarky. Pod tlakom interagujú za vzniku „zvláštnych“ kvarkov (strange quarks), pričom uvoľnená energia zastaví gravitačné pôsobenie. Vznikne ešte hustejšia, zato veľmi stabilná, kvarková hviezda, niekedy označovaná aj ako zvláštna hviezda. Astronómovia zatiaľ žiadnu neobjavili. Kandidátmi sú produkty supernov SN2005gj, SN2006gy a SN2005ap. Podobné objekty pravdepodobne vznikali tesne po veľkom tresku.

Výskumníci nepozorujú priamo ani čierne diery. Vidia jedine rôzne ich vonkajšie prejavy, najčastejšie silné gravitačné pôsobenie. Fyzik George Chapline z Národného laboratória Lawrencea Livermora v Kalifornii dokonca tvrdí, že ich interpretácia je nesprávna a čierne diery vôbec neexistujú. Nekonečne zakrivený časopriestor nahradil útvarom z tmavej energie s rovnakými prejavmi a Hawkingovo žiarenie vysvetľuje anihiláciou uvoľnených elektrónov a pozitrónov. Pravda, návrh zaujal viac médiá ako vedeckú obec.

Poznámky
1. V skutočnosti hviezda pulzuje. V určitom okamihu začne nad syntézou prevládať gravitácia. Následkom toho sa zväčší hustota jadra a teplota sa zvýši. Ohriatím sa zrýchli termonukleárna fúzia a vzniknuté teplo vyvolá expanziu a tým aj pokles hustoty. Dôsledkom je zníženie rýchlosti jadrových reakcií, mierne ochladenie a nárast vplyvu gravitácie. Cyklus sa opakuje.
2. Vylučovací princíp hovorí, že jednu energetickú hladinu môžu obsadiť najviac dva elektróny s opačným spinom. Práve tento zákon u bieleho trpaslíka nedovoľuje ich bližšie natlačenie a udržuje ho v rovnováhe. Ako uvidíme ďalej, rovnaký princíp spĺňajú neutróny v neutrónovej hviezde. V tomto prípade k stabilite prispieva aj zásah ďalších jadrových síl.
3. Protón je považovaný za stabilnú časticu, napriek tomu sa napokon rozloží – jeho polčas rozpadu dosahuje viac ako 1035 rokov. Keďže rozpad prvkov je probabilistický jav, každý rok sa rozpadne jeden z 1035 protónov. Experimentálne sa rozpad protónu zatiaľ nepodarilo zachytiť.
4. Gama záblesk môže vznikať aj po zrážke dvoch neutrónových hviezd, prípadne kolíziou čiernych dier. Kandidátom je aj erupcia na blízkom magnetare.



Zdroje
http://www.gjar-po.sk/~tovarnak3c/rocnikovapraca/zkuste/delenie.html
http://astroportal.sk/deepspace/zivot_hviezd.html
http://www.guide-to-the-universe.com/black-dwarf-star.html
http://www.guide-to-the-universe.com/red-dwarf-star.html
http://w.astro.berkeley.edu/research/grbs/grbinfo.html
http://www.universetoday.com/15306/forget-neutron-stars-quark-stars-might-be-the-densest-bodies-in-the-universe/
http://www.nature.com/news/2005/050328/full/news050328-8.html
Timothy Ferris – Všetko o vesmíre, Remedium (2005)
Michio Kaku - Fyzika nemožného, Argo, Dokořán (2010)
Michio Kaku - Hyperprostor, Argo, Dokořán (2008)


Obrázky: fair use, public domain
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok






Za podporu ďakujeme

Pridať e-mail