Начало Вселена Пътят към черните дупки. Част 4 – червени гиганти, бели джуджета и...

Пътят към черните дупки. Част 4 – червени гиганти, бели джуджета и техните тъмни спътници.

149
0

Сподели

До тук видяхме как при обекти с малка маса – като планетите, силата на гравитацията се удържа от електромагнитните сили на електронните обвивки на атомите.
При по-големи обекти – звезди като нашето Слънце, гравитацията среща отпора на топлинното разширение, което пък се подхранва от ядрените реакции. Какво следва по пътя към черните дупки?

*по Айзък Азимов

Нека разширим малко горното твърдение. Разликата между планета и звезда е по-дълбока:

Планетата е в състояние на статично равновесие. Ако дадена планета беше сама във Вселената, то тя с времето ще замръзне и изстине, но ще остане със същата структура завинаги.
При звездата равновесието е динамично. Нещо непрекъснато трябва да удържа силата на гравитацията. Това нещо е ядрената реакция, подхранвана от превръщането на водород в хелий.

Всяка секунда, в недрата на Слънцето 600 000 000 000 кг. водород се превръщат в 595 800 000 000 кг. хелий.  Липсващите 4 200 000 000 кг. се превръщат в енергията, която Слънцето излъчва.
Знаем, че може би след около 5 милиарда години, запасите на Слънцето от водород ще се изчерпят. Тогава по-тежките ядра на хелия ще се натрупат в ядрото му и ще генерират по-голяма гравитация. Тогава температурата ще се повиши рязко, а това ще предизвика още по-голямо разширение.

Така Слънцето ще се превърне в червен гигант, като ще погълне орбитата на Меркурий. В нощното небе имаме чудесен пример за червен гигант  Бетелгейзе, част от съзвездието Орион, чийто  избухващ блясък можем да видим съвсем скоро – или поне в близкия милион години..

И така, Слънцето е достигнало максималното си разширяване, а водородът е свършил. Но температурата в ядрото му е стигнала 100 000 000 градуса по Целзий – достатъчно, за да накара атомите на хелия да се слеят във все по-големи и по-големи ядра достигайки до желязо.
В тази фаза Слънцето е в последния стадий на живота си – остава му не повече от един милиард години…

И в края на тази фаза, ядрените реакции отслабват, неуморното гравитационно поле побеждава, а звездата има един-единствен път – да се свие.
Какво става при това свиване?

Немският астроном Бесел, живял преди 150 години, опитвайки се да установи разстоянията до различни звезди се натъкнал на нещо странно, изследвайки звездата Сириус – тя се движела някак странно. Звездата имала някакво вълнообразно движение, което не било очаквано и логично. Единственото обяснение било наличието на някакво невидимо гравитационно поле. Но то трябва да е било достатъчно силно, за да отмества звездата така. Съответно, и създадено от достатъчно голяма маса. Но около Сириус не се виждала друга звезда. Бесел намерил и други звезди, които описват подобни странни движения. Тогава Бесел направил заключение, че това вероятно е звезда, тъмен спътник, която просто е престанала да свети по някаква причина – по онова време хората не са били запознати с ядрените реакции. Очаквали са, че в един момент, звездата по някаква причина просто спира да свети, но остава толкова голяма и тежка, колкото е била и преди.
Половин век по-късно, Алвън Кларк изсветлил тъмнината на тъмпите спътници. Той успял да улови в телескопа си малка искрица, която свети непосредствено до Сириус. Така била открита звездата Сириус Б, а самата звезда Сириус била наречена Сириус А. А Сириус представлява двойна звезда.
И тук започнал да стои въпросът – след като тази звезда е достатъчно тежка, защо свети толкова слабо на небето? Установено е, че Сириус А има температура на повърхността 10 000 градус, а Сириус Б – 8 000 градуса. Това означава, че слабо светещата звезда би трябвало да свети много по-силно, след като има и маса и гореща повърхност. Изводът бил само един – очевидно, Сириус Б има много, много по-малка излъчваща повърхност. Точните сметки показали, че Сириус Б има диаметър само три пъти земния, като същевременно масатаму е колкото тази на нашето Слънце. Така се появява и понятието бяло джуджде, а заедно с него се сгромолясват тогавашните схващания, които не допускат подобна плътност.

Когато Слънцето премине фазата червен гигант и изразходва цялата си ядрена енергия, гравитационното привличане ще започне да свива звездата. Слънцето става по-плътно, свързаните атоми започват да се допират един до друг, но огромната маса генерира достатъчно силна гравитация, която е способна да разруши свързаните атоми. Свиването продължава до търсене на баланс.
При колапса на звездата, електроните започват да се допират един до друг в електронен газ. Колкото по-силно става гравитационното свиване, толкова повече електроните се съпротивляват и бялото джудже достига до баланс – значи, все още сме далеч от черните дупки. Веществото в бяло джудже има значително по-голяма плътност от тази на нормална звезда – в центъра му тя може да достигне 100 000 000 гр./см3.

Съдбата на бялото джудже е тъжна. Огромната му температура, в следствие на кинетичната енергия от колапса (над 100 000 градуса на повърхността), започва да спада. Загубата на топлина и енергия ще продължи, докато бялото джудже не изстине съвсем и не се превърне в черно джудже.

В нашата галактика има около 135 милиарда звезди. И около 4 милиарда бели джуджета. Неизбежният въпрос е – ако няколко милиарда звезди, изчерпвайки ядреното си гориво са колапсирали и са се свили до бели джуджета, защо това не се е случило и с останалите?
Дали има и друг път? Този към черните дупки?

Сподели

avatar
  Subscribe  
Уведоми ме