Streda, 11.12.2019

Ako sa rodia hviezdy.

Michio Kaku (*1947) - americký fyzik japonského pôvodu, ktorý momentálne vyučuje fyziku na univerzitách v New Yorku a Princetonu vo svojej knihe " Paralelné svety " definoval vznik hviezd podľa ich veľkostí nasledovne: Typická hviezda ako je naše Slnko začína svoj život ako veľká difúzna guľa vodíkového plynu. Táto prahviezda sa pôsobením vlastnej gravitácie postupne zmrštuje. Pri svojom kolapse sa začína čím ďalej viac rýchlejšie otáčať ( vplyvom otáčania často vzniká dvojhviezdny systém, v ktorom sa okolo seba obidve zložky obiehajú po eliptických dráhach, alebo dochádza k sformovaniu planét v rovine hviezdy ). Jadro hviezdy sa pritom veľmi zahrieva, až jeho teplota prekročí zhruba 10 miliónov stupňov. Vtedy dochádza k zlučovaniu vodíka na hélium. 

Keď sa vo hviezde zapália tieto jadrové fúzne reakcie, stane sa z nej tzv. hviezda hlavnej postupnosti. Teraz môže pomaly, až 10 miliard rokov premienať v svojom vnútri vodík na hélium. Naše vlastné Slnko sa nachádza zhruba v polovici tohto dlhého procesu. Po skončení zlučovania vodíka začne hviezda spalovať helium, vďaka čomu sa nesmierne zväčší. Stane sa z nej " červený obor ", ktorého rozmery sú väčšie ako vzdialenosť Marsu od Slnka. Až sa v jadre hviezdy vyčerpá aj hélium, jej vonkajšie obálky sa rozptýlia do kosmického priestoru a zanechajú po sebe samotné odhalené jadro " bieleho trpaslíka " veľkého asi ako zemeguľa. Malé hviezdy ako Slnko zomrú práve takto, ako kusy mrtvého jadrového materiálu v bielej trpasličej hviezde.

Ale vo hviezdách, ktoré majú hmotnosti 10 krát až 40 krát väčšiu ako je naše Slnko, prebieha jadrová fúzna reakcia podstatne rýchlejšie. Keď sa hviezda stane červeným veľobrom, v jej vnútrajšku prichádza k rýchlemu zlučovaniu ľahkých prvkov, takže pripomína hybridnú hviezdu - bieleho trpaslíka vo vnútri červeného obra. V tejto trpaslíčej bielej hviezde sa môže vytvoriť rada ľahkých prvkov periodickej sústavy až po železo. Keď proces postupného zlučovania dosiahne stupne, kde sa vytvorilo železo, nedá sa z fúzneho procesu už získať ďalšia energia. Oheň v jadrovej peci po mnohých miliardách rokov vyhasne. V takom okamžiku sa hviezda prudko zhrúti a obrovské tlaky v jej jadre doslova vtlačí elektróny do atómových jadier. ( Hustoty môžu až 400 miliardkrát presiahnuť hustotu vody ). To vyvolá nárast teploty na biliony stupňov. Gravitačná energia viazaná v takom malom objekte sa uvoľní a zostatok hviezdy vybuchne v podobe supernovy. Intenzívny žiar pri výbuchu znovu naštartuje jadrové fúzne reakcie a príde k syntéze aj tých najťažších prvkov periodickej sústavy.

Po výbuchu supernovy zostane malá neutrónová hviezda skladajúca sa z veľmi pevnej jadrovej hmoty stlačenej do rozmeru Viedne, o priemere rádovo 20 kilometrov. ( Existenciu neutrónových hviezd predpovedal ako prvý švajčiarsky astronóm Fritz Zwicky v roku 1933, ale vtedy jeho hypotéza znela natoľko neuveriteľne, že jej vedci celé desaťročia nevenovali žiadnu pozornosť ). Neutrónová hviezda vysiela úzko smerované žiarenie a pritom rýchlo rotuje, takže pripomína maják, ktorý postupne vystreľuje paprsky svetla do všetkých strán. Pri pohľade zo Zeme sa zdá, že svetlo neutrónovej hviezdy pulzuje, preto jej hovoríme pulzar.

Extrémne veľké hviezdy, napríklad hmotnejšie než 40 Sĺnk, po sebe môžu po výbuchu supernovy zanechať neutrónové hviezdy väčšie ako hmotnosť 3 Sĺnk. Gravitácia v takejto neutrónovej hviezdy je natoľko silná, že prekoná aj ohromné odpudivé sily medzi neutrónmy. Hviezda preto prejde záverečným kolapsom, pri ktorom sa zhrúti do čiernej diery.

Od kocky ľadu po červiu dieru.

Čo sa stane ak kocku ľadu zohrejete na bilión biliónov stupňov ?!

Najskôr sa roztopí a zmení na vodu. Potom na paru - to vieme. Ďalej zahrievame paru kedy sa molekuly vody rozpadnú. Energia molekúl presiahne energiu väzby molekúl, preto sa rozpadne na vodík a kyslík. Potom zahrievame ďalej nad 3000°K, až sa rozštepia atómy vodíka a kyslíka. Elektróny sa oddelia od jadier a dostaneme sa k plazme tzv. ionizonovaný plyn, ktorý sa tiež nazýva štvrtým skupenstvom vody (po pevných látkach, kvapalinách a plynoch). Kde môžeme vidieť takúto plazmu ? - každý deň , keď sa pozrieme do slnka. Plazma je v skutočnosti najčastejším skupenstvom vo vesmíre.

Ak zahrejem plazmu na 1 miliardu °K, až sa jadrá vodíku a kyslíku rozpadnú a my dostaneme "plyn" z jednotlivých neutrónov  a protónov aký je vo vnútri neutrónových hviezd. Ak budeme plyn ďalej zahrievať na 10 biliónov °K zmenia sa tieto jadrové častice na jednotlivé kvarky. Teraz dostaneme plyn z kvarkov a leptonov ( elektrónov a neutrín ). Ak zahrejeme tento plyn o 1000 °K, príde k zjednoteniu elektromagnetickej a slabej sily. Pri tejto teplote sa objavia symetrie SU(2)xU(1). Pri 1028. °K sa zjednotí elektroslabá a silná sila a objavia sa GUT symetrie (SU(5),O(10) alebo E(6)).

Konečne pri neuveriteľných 1032. °K sa zjednotí gravitácia s GUT silou a objavia sa všetky symetrie desaťrozmernej superstruny. Máme teraz plyn zo superstrún. V tejto chvíli v tlakovom priestore dostaneme toľko energie, že sa začne kriviť geometria priestoročasu, a rozmernosť priestoročasu by sa mohla zmeniť. Priestor okolo by sa mohol stať ne-stabilný, jeho štruktúra sa naruší a mohla by sa vytvoriť červia diera.

A ako to vyzerá opačne ?

Prvý bol "Veľký Tresk" - pavdepodobne. V čase 10-43 sekundy sa desaťrozmerný vesmír rozpadol na štvor a šesťrozmerný. Šesťrozmerný sa zmenšil na veľkosť 10-32 cm. Štvorrozmerný sa rýchlo rozpínal. Vtedy bola teplota 1032 °K.

10-35 sekundy. Sila GUT sa rozpadá; silná sila už nie je zjednotená s elektroslabými interakciami. Od symetrie GUT sa oddeľuje SU(3). Malé miesto vo väčšom z oboch vesmírov sa zvätší na 10 na 50-násobok a stáva sa nakoniec naším viditeľným vesmírom.

10-9 sekundy. Teplota bola 1015 °K a elektroslabá symetria sa rozpadla na SU(2) a U(1).

10-3 sekundy. Kvarky sa začali zlučovať na neutróny a protóny. Teplota bola približne 1014 °K.

3 minuty. Protóny a neutróny sa začali zlučovať na stabilné jadrá. Priestor bol nepriehladný , pretože ionty neprepúšťali dobre svetlo.

300 000 rokov. Elektróny sa začínajú stabilizovať pri jadrách. Začínajú sa tvoriť atómy. Pretože sa svetlo už toľko nerozptyľuje a nepohlcuje, stáva sa vesmír priehľadným. Priestor je čierny.

3 miliardy rokov. Objavujú sa kvasary.

5 miliard rokov. Objavujú sa prvé galaxie.

7 až 13,7 miliardy rokov. Rodí sa naša slnečná sústava. O niekoľko miliard rokov (cca 12 miliárd rokov po veľkom tresku) sa na zemi objavujú prvé známky života.