Bầu trời của chúng ta bị che phủ trong một biển ma sao; tất cả những bóng ma tiềm năng đã chết hàng triệu năm và chúng ta vẫn chưa biết điều đó. Đó là những gì chúng ta sẽ thảo luận hôm nay. Điều gì xảy ra với những ngôi sao lớn nhất của chúng ta và điều đó ảnh hưởng đến sự trang điểm của vũ trụ chúng ta đang sống.
Chúng ta bắt đầu hành trình này bằng cách quan sát Tinh vân Con cua. Màu sắc đẹp của nó kéo dài ra bên ngoài vào khoảng trống tối; một ngôi mộ thiên thể chứa một sự kiện bạo lực đã xảy ra cách đây hàng thiên niên kỷ. Bạn vươn ra và với một cái búng tay, bắt đầu tua lại thời gian và xem tinh vân tuyệt đẹp này bắt đầu co lại. Khi đồng hồ quay ngược, màu sắc của tinh vân bắt đầu thay đổi và bạn nhận thấy rằng chúng đang co lại thành một điểm duy nhất. Khi lịch đến ngày 5 tháng 7 năm 1054, đám mây khí sáng lên và lắng xuống một điểm duy nhất trên bầu trời sáng như trăng rằm và có thể nhìn thấy vào ban ngày. Độ sáng mờ dần và cuối cùng là một điểm sáng; một ngôi sao mà chúng ta không thấy ngày hôm nay. Ngôi sao này đã chết, tuy nhiên tại thời điểm này, chúng ta sẽ biết điều đó. Đối với một người quan sát trước ngày này, ngôi sao này xuất hiện vĩnh cửu, như tất cả các ngôi sao khác đã làm. Tuy nhiên, như chúng ta đã biết từ điểm thuận lợi đặc quyền của mình, ngôi sao này sắp trở thành siêu tân tinh và sinh ra một trong những tinh vân ngoạn mục nhất mà chúng ta quan sát được ngày hôm nay.
Bóng ma sao là một cách thích hợp để mô tả nhiều ngôi sao khổng lồ mà chúng ta thấy rải rác trong vũ trụ. Điều mà nhiều don don nhận ra là khi chúng ta nhìn sâu vào vũ trụ, chúng ta không chỉ nhìn qua những khoảng cách rộng lớn, mà chúng ta đang nhìn ngược thời gian. Một trong những tính chất cơ bản của vũ trụ mà chúng ta biết khá rõ là ánh sáng truyền đi với tốc độ hữu hạn: khoảng 300.000.000 m / s (khoảng 671.000.000 dặm / giờ). Tốc độ này đã được xác định thông qua nhiều bài kiểm tra nghiêm ngặt và bằng chứng vật lý. Trên thực tế, hiểu được hằng số cơ bản này là chìa khóa cho phần lớn những gì chúng ta biết về vũ trụ, đặc biệt là đối với cả Thuyết tương đối rộng và Cơ học lượng tử. Mặc dù vậy, biết tốc độ ánh sáng là chìa khóa để hiểu ý của tôi về những bóng ma xuất sắc. Bạn thấy đấy, thông tin di chuyển với tốc độ ánh sáng. Chúng tôi sử dụng ánh sáng từ các ngôi sao để quan sát chúng và từ đó hiểu cách chúng hoạt động.
Một ví dụ điển hình của độ trễ thời gian này là mặt trời của chúng ta. Mặt trời của chúng ta cách đó khoảng 8 phút. Có nghĩa là ánh sáng chúng ta nhìn thấy từ ngôi sao của chúng ta mất 8 phút để thực hiện hành trình từ bề mặt của nó đến đôi mắt của chúng ta trên trái đất. Nếu mặt trời của chúng ta đột nhiên biến mất ngay bây giờ, chúng ta sẽ biết về nó trong 8 phút; điều này không chỉ bao gồm ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy, mà ngay cả ảnh hưởng lực hấp dẫn của nó cũng tác động lên chúng ta. Vì vậy, nếu mặt trời biến mất ngay bây giờ, chúng ta sẽ tiếp tục đi trên quỹ đạo của mình về ngôi sao không tồn tại của chúng ta trong 8 phút nữa trước khi thông tin hấp dẫn đến với chúng ta thông báo rằng chúng ta không còn bị ràng buộc bởi nó nữa. Điều này thiết lập giới hạn tốc độ vũ trụ của chúng ta về việc chúng ta có thể nhận thông tin nhanh như thế nào, điều đó có nghĩa là mọi thứ chúng ta quan sát sâu trong vũ trụ đều đến với chúng ta vì nó là một lượng x năm trước, trong đó, khoảng cách ánh sáng của chúng ta. Điều này có nghĩa là chúng ta quan sát một ngôi sao cách chúng ta 10 năm ánh sáng như cách đây 10 năm. Nếu ngôi sao đó chết ngay bây giờ, chúng ta sẽ biết về nó thêm 10 năm nữa. Vì vậy, chúng ta có thể định nghĩa nó là một con ma sao xuất sắc khác; một ngôi sao đã chết theo quan điểm của nó tại vị trí của nó, nhưng vẫn còn sống và tốt ở chúng ta.
Như được đề cập trong một bài viết trước đây của tôi (Stars: A Day in the Life), sự tiến hóa của một ngôi sao rất phức tạp và rất năng động. Nhiều yếu tố đóng vai trò quan trọng trong mọi thứ, từ việc xác định xem ngôi sao thậm chí sẽ hình thành ở vị trí đầu tiên, đến kích thước và do đó, thời gian tồn tại của ngôi sao nói trên. Trong bài viết trước đã đề cập ở trên, tôi đề cập đến những điều cơ bản của sự hình thành sao và cuộc sống của cái mà chúng ta gọi là các ngôi sao theo trình tự chính, hay đúng hơn là những ngôi sao rất giống với mặt trời của chúng ta. Trong khi quá trình hình thành và cuộc sống của một ngôi sao theo trình tự chính và các ngôi sao chúng ta sẽ thảo luận khá giống nhau, có những khác biệt quan trọng trong cách các ngôi sao chúng ta sẽ điều tra chết. Cái chết của ngôi sao theo trình tự chính rất thú vị, nhưng chúng hầu như không so sánh với các cách uốn không thời gian mà những ngôi sao lớn hơn này chấm dứt.
Như đã đề cập ở trên, khi chúng ta quan sát ngôi sao đã chết nằm ở trung tâm của Tinh vân Con cua, có một điểm mà vật thể này phát sáng rực rỡ như trăng tròn và có thể nhìn thấy vào ban ngày. Điều gì có thể khiến thứ gì đó trở nên sáng đến mức nó có thể sánh ngang với người hàng xóm gần nhất của chúng ta? Xem xét Tinh vân Con cua cách xa 6.523 ánh sáng, điều đó có nghĩa là một thứ gì đó cách xa hơn khoảng 153 tỷ lần so với mặt trăng của chúng ta đang tỏa sáng như mặt trăng. Điều này là do ngôi sao đã đi siêu tân tinh khi nó chết, đó là số phận của những ngôi sao lớn hơn nhiều so với mặt trời của chúng ta. Những ngôi sao lớn hơn mặt trời của chúng ta sẽ kết thúc ở hai trạng thái cực đoan sau cái chết của nó: sao neutron và lỗ đen. Cả hai đều là những chủ đề đáng giá có thể kéo dài hàng tuần trong một khóa học vật lý thiên văn, nhưng đối với chúng ta hôm nay, chúng ta sẽ chỉ đơn giản là xem những con quái vật hấp dẫn này hình thành như thế nào và điều đó có ý nghĩa gì với chúng ta.
Một cuộc đời ngôi sao là một câu chuyện về sự hợp nhất gần như chạy trốn được nắm giữ bởi sự hiện diện hấp dẫn của chính nó. Chúng tôi gọi đây là trạng thái cân bằng thủy tĩnh, trong đó áp suất bên ngoài từ các phần tử nung chảy trong lõi của một ngôi sao bằng với áp suất hấp dẫn bên trong được áp dụng do khối lượng sao. Trong lõi của tất cả các ngôi sao, hydro đang được hợp nhất thành helium (lúc đầu). Khí hydro này đến từ tinh vân mà ngôi sao được sinh ra, kết hợp và sụp đổ, tạo cho ngôi sao cơ hội đầu tiên trong cuộc sống. Trong suốt vòng đời của ngôi sao, hydro sẽ được sử dụng hết, và ngày càng nhiều helium khí tro tro sẽ ngưng tụ ở trung tâm của ngôi sao. Cuối cùng, ngôi sao sẽ hết hydro và phản ứng tổng hợp sẽ dừng lại trong một thời gian ngắn. Sự thiếu áp lực bên ngoài này do không có sự hợp nhất diễn ra tạm thời cho phép lực hấp dẫn chiến thắng và nó đè bẹp ngôi sao xuống dưới. Khi ngôi sao co lại, mật độ và do đó, nhiệt độ trong lõi của ngôi sao tăng lên. Cuối cùng, nó đạt đến một nhiệt độ nhất định và tro helium bắt đầu hợp nhất. Đây là cách tất cả các ngôi sao tiến hành trong suốt phần chính của cuộc đời và bước vào giai đoạn đầu tiên của cái chết. Tuy nhiên, đây là nơi các ngôi sao có kích thước mặt trời và các ngôi sao khổng lồ mà chúng ta đang thảo luận về cách thức.
Một ngôi sao có kích thước gần bằng mặt trời của chúng ta sẽ trải qua quá trình này cho đến khi nó chạm tới carbon. Những ngôi sao có kích thước này chỉ đơn giản là aren đủ lớn để hợp nhất carbon. Do đó, khi tất cả heli đã được hợp nhất thành oxy và carbon (thông qua hai quá trình quá phức tạp ở đây), ngôi sao không thể nghiền nát oxy và carbon đủ để bắt đầu phản ứng tổng hợp, lực hấp dẫn và ngôi sao chết. Nhưng những ngôi sao có khối lượng đủ lớn hơn mặt trời của chúng ta (khoảng 7 lần khối lượng) có thể tiếp tục vượt qua các yếu tố này và tiếp tục tỏa sáng. Chúng có đủ khối lượng để tiếp tục quá trình nghiền nát và hợp nhất này, đó là các tương tác động tại trung tâm của các lò thiên thể này.
Những ngôi sao lớn hơn này sẽ tiếp tục quá trình nhiệt hạch của chúng qua carbon và oxy, qua silicon, cho đến khi chúng chạm tới sắt. Sắt là giấy báo tử được hát bởi những người khổng lồ rực lửa này, vì khi sắt bắt đầu lấp đầy phần lõi đang chết dần của họ, ngôi sao đang ở trong cái chết của nó. Nhưng những cấu trúc năng lượng khổng lồ này không lặng lẽ đi vào màn đêm. Họ đi ra ngoài một cách ngoạn mục nhất. Khi phần tử cuối cùng của các nguyên tố phi sắt hợp nhất trong lõi của chúng, ngôi sao bắt đầu rơi vào tình trạng lãng quên. Ngôi sao rơi vào chính nó vì nó không có cách nào ngăn chặn lực hấp dẫn không ngừng nắm giữ, nghiền nát các lớp tiếp theo của các yếu tố còn sót lại trong suốt cuộc đời của nó. Sự rơi tự do vào bên trong này được đáp ứng ở một kích thước nhất định với một lực lượng không thể vi phạm; một áp lực thoái hóa neutron buộc ngôi sao phải bật ra ngoài. Lượng năng lượng hấp dẫn và động năng khổng lồ này chạy ra ngoài với một cơn giận dữ chiếu sáng vũ trụ, làm cạn kiệt toàn bộ các thiên hà ngay lập tức. Sự giận dữ này là máu sống của vũ trụ; tiếng trống trong thiên hà giao hưởng, vì năng lượng mãnh liệt này cho phép hợp nhất các nguyên tố nặng hơn sắt, tất cả đều là uranium. Những yếu tố mới này được thổi ra bởi lực lượng đáng kinh ngạc này, cưỡi những làn sóng năng lượng đưa chúng vào sâu trong vũ trụ, gieo mầm vũ trụ với tất cả các yếu tố mà chúng ta biết.
Nhưng những gì còn lại? Có gì sau sự kiện ngoạn mục này? Đó là tất cả một lần nữa phụ thuộc vào khối lượng của ngôi sao. Như đã đề cập trước đó, hai dạng mà một ngôi sao khổng lồ đã chết là Sao neutron hoặc Hố đen. Đối với một sao neutron, sự hình thành khá phức tạp. Về cơ bản, các sự kiện mà tôi mô tả xảy ra, ngoại trừ sau siêu tân tinh, tất cả những gì còn lại là một quả bóng neutron thoái hóa. Thoái hóa đơn giản là một thuật ngữ chúng ta áp dụng cho một hình thức mà vấn đề xảy ra khi nó bị nén đến giới hạn cho phép của vật lý. Một cái gì đó bị thoái hóa cực kỳ đậm đặc và điều này rất đúng với một ngôi sao neutron. Một con số mà bạn có thể đã nghe thấy xung quanh là một muỗng cà phê vật liệu sao neutron nặng khoảng 10 triệu tấn và có vận tốc thoát (tốc độ cần thiết để thoát khỏi lực hấp dẫn của nó) ở khoảng .4c, hoặc 40% tốc độ của ánh sáng. Đôi khi, sao neutron bị quay trái với vận tốc đáng kinh ngạc, và chúng ta gán cho chúng là các xung; tên bắt nguồn từ cách chúng tôi phát hiện ra chúng.
Những loại sao này tạo ra RẤT NHIỀU bức xạ. Sao neutron có từ trường cực lớn. Trường này tăng tốc các electron trong khí quyển sao của chúng đến vận tốc đáng kinh ngạc. Những electron này đi theo các đường sức từ của sao neutron đến các cực của nó, nơi chúng có thể giải phóng sóng vô tuyến, tia X và tia gamma (tùy thuộc vào loại sao neutron đó). Vì năng lượng này đang được tập trung vào các cực, nó tạo ra một loại hiệu ứng ngọn hải đăng với các chùm năng lượng cao hoạt động giống như các chùm ánh sáng ra khỏi ngọn hải đăng. Khi ngôi sao quay, những chùm tia này quét xung quanh nhiều lần trong một giây. Nếu Trái đất, và do đó, thiết bị quan sát của chúng ta, được định hướng thuận lợi với pulsar này, chúng ta sẽ đăng ký các xung năng lượng này khi các tia sao băng rửa sạch chúng ta. Đối với tất cả các pulsar mà chúng ta biết, chúng ta ở quá xa để những chùm năng lượng này làm tổn thương chúng ta. Nhưng nếu chúng ta ở gần một trong những ngôi sao đã chết này, bức xạ này quét qua hành tinh của chúng ta liên tục sẽ gây ra sự tuyệt chủng nhất định cho sự sống như chúng ta biết.
Những gì của hình thức khác mà một ngôi sao chết mất; một lỗ đen? Làm thế nào điều này xảy ra? Nếu vật chất thoái hóa càng xa chúng ta có thể nghiền nát vật chất, làm thế nào một lỗ đen xuất hiện? Nói một cách đơn giản, các lỗ đen là kết quả của một ngôi sao lớn không thể tưởng tượng được và do đó, một lượng vật chất thực sự lớn có thể phá vỡ áp lực thoái hóa neutron này khi sụp đổ. Ngôi sao về cơ bản rơi vào bên trong với lực mạnh đến mức nó vi phạm giới hạn dường như vật lý này, tự quay vào và bọc không thời gian thành một điểm có mật độ vô hạn; một điểm kỳ dị. Sự kiện đáng kinh ngạc này xảy ra khi một ngôi sao có khối lượng xấp xỉ 18 lần so với mặt trời của chúng ta và khi nó chết đi, nó thực sự là mẫu mực của vật lý đã đi đến cực điểm. Một chút nữa của khối lượng này là những gì cho phép nó đánh sập quả bóng neutron thoái hóa này và rơi xuống vô cực. Thật đáng sợ và đẹp khi nghĩ về; một điểm trong không thời gian không hoàn toàn được hiểu bởi vật lý của chúng ta, và một cái gì đó mà chúng ta biết tồn tại. Điều thực sự đáng chú ý về các lỗ đen là nó giống như vũ trụ chống lại chúng ta. Thông tin chúng ta cần để hiểu đầy đủ các quy trình trong một lỗ đen được khóa sau một tấm màn che mà chúng ta gọi là chân trời sự kiện. Đây là điểm không thể quay lại của một lỗ đen, mà bất cứ điều gì ngoài thời điểm này trong không thời gian không có con đường tương lai dẫn ra khỏi nó. Không có gì thoát ra ở khoảng cách này từ ngôi sao bị sụp đổ ở lõi của nó, thậm chí không sáng, và do đó không có thông tin nào rời khỏi ranh giới này (ít nhất là không ở dạng chúng ta có thể sử dụng). Trái tim đen tối của vật thể đáng kinh ngạc này để lại rất nhiều điều mong muốn, và cám dỗ chúng ta đi vào cõi của nó để thử và biết điều không thể biết được; để nắm bắt trái cây từ cây tri thức.
Bây giờ phải nói rằng, có nhiều cách trong nghiên cứu với các lỗ đen cho đến ngày nay. Các nhà vật lý như Giáo sư Stephen Hawking, trong số những người khác, đã làm việc không mệt mỏi về vật lý lý thuyết đằng sau cách một lỗ đen vận hành, cố gắng giải quyết những nghịch lý thường xuất hiện khi chúng ta cố gắng sử dụng vật lý tốt nhất chống lại chúng. Có nhiều bài báo và bài báo về nghiên cứu như vậy và những phát hiện tiếp theo của họ, vì vậy tôi sẽ không đi sâu vào những vấn đề phức tạp của họ vì muốn duy trì sự đơn giản trong sự hiểu biết, và cũng không tránh khỏi những bộ óc tuyệt vời đang làm việc với những vấn đề này. Nhiều người cho rằng điểm kỳ dị là một sự tò mò toán học không hoàn toàn đại diện cho những gì xảy ra về mặt vật lý. Rằng vấn đề bên trong một chân trời sự kiện có thể mang những hình thức mới và kỳ lạ. Cũng cần lưu ý rằng trong Thuyết tương đối rộng, bất cứ thứ gì có khối lượng đều có thể sụp đổ thành lỗ đen, nhưng chúng ta thường nắm giữ một phạm vi khối lượng như tạo ra một lỗ đen với bất cứ thứ gì nhỏ hơn trong phạm vi khối lượng đó nằm ngoài tầm hiểu biết của chúng ta về điều đó có thể xảy ra. Nhưng là một người nghiên cứu về vật lý, tôi sẽ cảm thấy hối hận khi không đề cập đến điều đó, cho đến bây giờ, chúng ta đang ở một mặt cắt ngang thú vị của những ý tưởng liên quan rất mật thiết đến những gì đang diễn ra trong những bóng ma hấp dẫn này.
Tất cả những điều này đưa tôi trở lại một điểm cần phải được thực hiện. Một thực tế cần phải được công nhận. Khi tôi mô tả cái chết của những ngôi sao khổng lồ này, tôi đã chạm vào thứ gì đó xảy ra. Khi ngôi sao đang bị xé toạc khỏi năng lượng của chính nó và nội dung của nó bị thổi ra ngoài vũ trụ, một thứ gọi là sự tổng hợp hạt nhân đang xảy ra. Đây là sự hợp nhất của các yếu tố để tạo ra các yếu tố mới. Từ hydro đến urani. Những yếu tố mới này đang được thổi bùng ra một tốc độ đáng kinh ngạc, và do đó tất cả các yếu tố này cuối cùng sẽ tìm đường vào các đám mây phân tử. Những đám mây phân tử (Dark Nebulae) là những vườn ươm của vũ trụ. Đây là nơi các ngôi sao bắt đầu. Và từ sự hình thành sao, chúng ta có được sự hình thành hành tinh.
Khi một ngôi sao hình thành, một đám mây mảnh vụn được tạo thành từ đám mây phân tử được sinh ra cho biết ngôi sao bắt đầu quay xung quanh nó. Đám mây này, như chúng ta biết bây giờ, chứa tất cả những yếu tố đã được nấu chín trong siêu tân tinh của chúng ta. Carbon, oxy, silicat, bạc, vàng; Tất cả hiện diện trong đám mây này. Đĩa bồi tụ về ngôi sao mới này là nơi các hành tinh hình thành, kết hợp với môi trường phong phú này. Những quả bóng đá và băng va chạm, bồi đắp, bị xé toạc và sau đó được cải tổ khi trọng lực hoạt động những bàn tay siêng năng của nó để đúc những thế giới mới này thành những hòn đảo khả thi. Những hành tinh này được hình thành từ những yếu tố rất giống nhau được tổng hợp trong vụ phun trào thảm khốc đó. Những thế giới mới này chứa đựng những bản thiết kế cho cuộc sống như chúng ta biết.
Trên một trong những thế giới này, một hỗn hợp nhất định của hydro và oxy xảy ra. Trong hỗn hợp này, một số nguyên tử carbon nhất định hình thành để tạo ra các chuỗi sao chép theo một mô hình đơn giản. Có lẽ sau hàng tỷ năm, những yếu tố tương tự đã bị đẩy vào vũ trụ bởi ngôi sao đang hấp hối đó đã mang lại sự sống cho một thứ có thể nhìn lên và đánh giá cao sự hùng vĩ đó là vũ trụ. Có lẽ có thứ gì đó có trí thông minh để nhận ra rằng nguyên tử carbon bên trong nó là nguyên tử carbon giống như được tạo ra trong một ngôi sao sắp chết, và một siêu tân tinh xảy ra đã cho phép nguyên tử carbon đó tìm đường vào đúng phần của vũ trụ đúng thời điểm Năng lượng là hơi thở cuối cùng của một ngôi sao đã chết là cùng năng lượng cho phép sự sống lấy hơi thở đầu tiên và nhìn chằm chằm vào các vì sao. Những con ma sao là tổ tiên của chúng ta. Chúng biến mất trong hình dạng, nhưng vẫn còn trong bộ nhớ hóa học của chúng tôi. Chúng tồn tại trong chúng ta. Chúng tôi là siêu tân tinh. Chúng tôi là bụi sao. Chúng ta là hậu duệ của những bóng ma xuất sắc
