#47 Kosmicznych Jaj Ciąg Dalszy, czyli Czarne Karły

0. Wstępnie - przynudzę Wam.

Czarne Karły.

Jak ja lubię tę nazwę. Znam Ludzi, którzy na samą nazwę padają ze śmiechu. Bo jak można nazwać gwiazdę o wielkości Jowisza karłem?

Karły to bardziej krasnoludki, skrzaty, może Pigmeje, w porywach. Ale nie gwiazdy, prawdaż? =]

Dlaczego Karły. I dlaczego czarne? Może po to, żeby ich nie było widać, bo Czarny Karzeł to naprawdę niezły kawał gwiazdy. I to nie jest żart-kawał, tylko wielka i ciężka jak jasna cholera, skupiona materia, wypalony olbrzym termojądrowy, który, na domiar złego, jest stary. Bardzo stary, lat ma rzędu 10^xy, czyli niewyobrażalnie dużo. Zaraz się dowiecie wielu ciekawostek, precyzyjniej określę ich miejsce w Kosmosie, tylko uważajcie na swoje teleskopy, bo Czarnych Karłów dostrzec niemal nie sposób. O ile w ogóle. Mission Control - Ready to Launch... =)

1. Czarne Karły nie istnieją... jeszcze.

Czarne Karły to hipotetycznie ostatnie stadium ewolucji dla wielu gwiazd, zależnie od wielkości. Nie emitują światła, są zimne, czarne i stare. Jeśliby dało się wykryć je obecnie, oznaczałoby to, że Wszechświat wcale nie ma 14 miliardów lat. Musiałby mieć... kwadryliony lat, bo tyle czasu musiałoby upłynąć, by uformował się Czarny Karzeł.

Pierwszy powstałby się karzeł biały, pośrednie stadium wymierania, ponieważ biały wydziela ciepło. Ale nie jest to ciepło pochodzące z procesu termojądrowego, jaki znamy z wydajnego Słońca, na przykład, tylko po prostu swego rodzaju poświata cieplna. Kiedy biały karzeł całkowicie się wyziębiłby się, można by rzec, że jest gotowy na transformację w Czarnego, starszego kuzyna. Czarny Karzeł to tak jakby totalne zero energetyczne i świetlne. Jedyna jego własność, która mogłaby pomóc go wykryć, to olbrzymia masa i powstała z niej niecka grawitacyjna, czyli zakrzywiona przez masę czasoprzestrzeń.

Są totalnie hipotetyczne. Te Czarne Karły. Bo jesteśmy prawie całkowicie pewni, że Wszechświat ma te ~14 miliardów lat. A ile to kwadrylion? To astronomiczna liczba. Jeśli miliard to 10^9, kwadrylion zawiera się w obszarze 10^24. Niestety, aby wyobrazić sobie różnicę, potrzebowalibyśmy wizualizacji, bo nasze mózgi nie przywykły do myślenia w kategoriach logarytmicznych.

To cecha ludzi w izolowanych plemionach, ale oni mieliby problem z matematyką takich liczb. Dzicz z Zachodu widzi zera po dziesiątce i myśli, hmmm, to prostu jakiś tam milion, w porywach miliard więcej. 10^9 i 10^24 różni fakt, że 10^24 równa się około... 10^9 * 10^* 10^9. Potęgi się sumują, otrzymalibyśmy liczbę 10^27, zbliżoną do 10^24. Pomyślcie sami: wiek Wszechświata * wiek Wszechświata * wiek Wszechświata... Pod koniec tematu udostępnię link do materiału, w którym poruszam temat liczb, w dość obrazowy sposób, łatwiejszy do opanowania lub uzyskania pojęcia o skali różnicy. Houston, mówiłem, że będą turbulencje... =]

Dlatego {powyższy akapit lepiej jeszcze raz przeczytać proszę} - Czarny Karzeł jest hipotetyczny.

2. Ewolucja. I znowu ta synteza termojądrowa, robi się gorąco =)

Są jeszcze karły brązowe, ale kolor nieciekawy, dlatego nie interesujemy się nim. Ewolucja gwiazd, hmmm, zastanawiam się, czy warto brnąć w szczegóły, przecież można sobie znaleźć grafikę w Necie, np. wpisując 'www.czarnykarzeł.com'.

Niestety, po drodze do czarnego karła stoi parę przeszkód. Synteza termojądrowa to łączenie protonów i neutronów w dalsze, coraz to cięższe pierwiastki. Dwa jądra wodoru syntezują się w jedno jądro helu, to prosta chemia, dlatego ją także pominiemy. Przy okazji wydziela się energia, niewyobrażalnie duża {zgodnie z równaniem: E(nergia) =m(asa) * c^2 (prędkość światła)}, ale jądro gwiazdy jest coraz cięższe. Gdy synteza sprawia, że żelazo zostanie osiągnięte jako 56 w kolejności, naprzeciw wychodzi fizyka kwantowa. Jej prawa nie dopuszczają do syntezy jeszcze cięższych pierwiastków. Do owej reakcji - cięższych pierwiastków - potrzebna byłaby dodatkowa energia, czyli, właściwie, bilans energetyczny zostałby zachwiany. Elektrostatyka, czyli potrzebne ściśnięcie protonów, odpychających się przecież swoimi plusikami, także nie pozwoliłoby na wydajne syntezowanie cięższych pierwiastków. A, Zakaz Pauliego. On także nie służy dalszej syntezie, elektrony zajmują coraz to nowe powłoki, zapełniając wszystkie dostępne, 'niekolidujące' ze sobą stany kwantowe. Aż do żelaza, które ma największą energię wiązań... Dalsza synteza termojądrowa jest procesem stratnym energetycznie dla gwiazdy, dlatego zazwyczaj, gdy uformuje się żelazo, następuje kolaps grawitacyjny i wybuch supernowej.

Żelazo po prostu nie może być paliwem dla gwiazdy - jest za ciężkie. To coś w rodzaju trucizny, albo, jak w przypadku gwiazd neutronowych albo kwarkowych - 'dziwadełko', działa jak wirus, zamieniając w materię dziwną cały zapas neutronów. Pamiętacie? Temat #2 i #13! {[gwiazdy.neutronowe] / [gwiazdy.(kw)Arkowe].

Po drodze jeszcze jeden kłopot: rozpad protonu. Temat arcyciekawy, dlatego przy obecnej okazji obwieszczam - spotkamy się z protonem w osobnym temacie. Obiecuję, że włosy staną Wam dęba, bo mnie już palce świerzbią, młotek gotowy, aby rozbijać atomy w piwnicy, Tłukiem, Młotkiem, itp.

Dlatego - mamy już jedną informację, Czarne Karły miałyby jądro z żelaza.

Biały karzeł -> brązowy karzeł [fuuu] -> gwiazda żelazna [mdli mnie, czuję metaliczny posmak w ustach] -> Czarny Karzeł. Po drodze wszystko może jeszcze wybuchnąć w supernowej, w zależności od zawartości żelaza, masy gwiazdy, oraz czarności, tudzież karłowatości Czarnych Karzełków )o.0(. Zasada jest prosta - gwiazda wypala paliwo, w zależności od masy wybucha jako supernowa albo, w procesie tzw. degeneracji materii, przechodzi w stan coraz większej zawartości żelaza. Jeśli robi się 'gorąco' - gwiazda zapada się pod własnym ciężarem, i w zależności od masy, wybucha jako supernowa. Za dużo żelaza - bum, supernowa.

Jeszcze jeden fakt. Synteza termojądrowa może mieć swój modus operandi na bazie syntezy 'ściskania' - ścieśnianie atomów żelaza, w zależności od gęstości materii.

3. Śmierć termiczna Wszechświata.

Przewiduje się, że końcowe stadium, w zależności od geometrii czasoprzestrzeni, bo jeszcze nie jesteśmy pewni, jaka jest, może wyglądać tak, że pozostaną tylko czarne dziury, pusta przestrzeń, oraz wypalone do resztki, do ostatniej reakcji termojądrowej, karły - czarne, lub gwiazdy żelazne. Jeśli Wszechświat ma przed sobą nieskończony czas, stanie się zimnym i całkowicie ciemnym miejscem. Nie chcę wchodzić w detale termodynamiki, entropii i geometrii czasoprzestrzeni w szczegółach, Boltzmann się powiesił (twórca termodynamiki), Einstein nie żyje (a może nie, jak Elvis?) - ja zamierzam jeszcze trochę z Wami 'poklikać', dlatego - może kiedy indziej =)

Proszę mnie nie naciągać na temat o termodynamice, entropii itp. Mogę obiecać Magnetar, ale entropia, ech. Też się skuszę. Bo jest arcyciekawa. Tylko, że wymaga poruszenia pokrewnych tematów - Strzałki Czasu, Zasady Przyczynowo-Skutkowej... Wedle życzenia, czekam na Wasze propozycje =]

Zimno. Ciemno. Wszechświat nie żyje. Czarne dziury, Czarne Karły, próżnia. Całkowite rozproszenie energii i materii, czasoprzestrzeń rozciągnięta do granic możliwości, do pęknięcia podszewki Rzeczywistości, czyli struktury, o poznanie której walczy obecnie teoria zwana Pętlową Grawitacją Kwantową { [kwantowa.grawitacja] }. Fajnie. Ale to jutro, kochanieńcy, jutro.

4. Szybki przegląd zaległych tematów do powtórzenia /o.0\

W przypadku olbrzymiej masy i gęstości [duża masa gwiazdy = duża zawartość żelaza, albo reakcje termojądrowe na drodze tunelowania i wytwarzanie ciężkich pierwiastków], nawet białe karły eksplodowałyby w postaci supernowych. Nie chcecie wiedzieć, w jaki sposób by do tego doszło.

Ja wiem, ale nie powiem =). Dobra, lecimy dalej.

Jądro Czarnych Karłów składałoby się z węgla i tlenu, z dużą zawartością żelaza; rozmiar - około Ziemskiego Globu. Tylko o masie Słońca =) Potężna gęstość w środku, i mamy Gwiezdne Kuriozum.

Jeśli białe karły to swego rodzaju 'popiół', tlący się i żarzący, aż do wyczerpania całej energii cieplnej, to... Skąd ona pochodzi, ta energia cieplna, skoro gwiazda jest wymarła, jest swego rodzaju pośmiertną formą aktywnie termojądrowo gwiazdy? Otóż ciekawostką jest fakt, że nawet w białym karle może jeszcze zachodzić reakcja termojądrowa. Ale tylko na zasadzie... tunelowania kwantowego! {[tunelowanie.kwantowe]}.

Tunelowanie kwantowe to bardzo rzadkie zjawisko, jeśli brać pod uwagę spontanicznie jego zajście. To znaczy, że spontaniczne tunelowanie kwantowe wymaga bardzo długich interwałów czasowych. Fuzja zachodzi nawet przy temperaturze zera bezwzględnego! To właśnie kierunek ku Czarnym Karłom.

5. Od zdziwienia ku przerażeniu...

Jak długo musiałaby gwiazda wypalać swoje paliwo, aby osiągnąć stan Czarnego Karła, który wybuchłby w supernowej?

10^1100 lat.

Hipoteza ryzykowna, ale - niesłychanie działająca na wyobraźnię, tak mało prawdopodobna, że aż prawie niemożliwa, ale umysły... mamy nadal otwarte, bo na tak totalnie ekstremalne hipotezy może zareagować tylko logiczny i otwarty rozum, zareagować w sposób... dopuszczający ją do wiadomości =] Aczkolwiek to Gwiazdy, jakie wyobrazić sobie można tylko nie będąc ignorantem. A dopuścić możliwość ich istnienia - oto wyzwanie dla Umysłu.

Taką możliwość warto sobie uzmysłowić, jednak ową sytuację przewiduje się jedynie dla 1% obecnie istniejących gwiazd.

I co Wy na to? Na to, że jeśli Czarne Karły wybuchłyby w postaci supernowych, byłoby to prawdopodobnie ostatnie zjawisko, jakie zaszłoby w naszym Wszechświecie...

Światło nie dochodziłoby od jednego Czarnego Karła do drugiego, dlatego nic nie byłoby widać. Wydaje się, że nawet czarne dziury po prostu by... wyparowały.

5. Czas kończyć - to Czas Końca i Koniec Czasu.

Na końcu czas na zadumę, 10^24, 10^1100 lat? Kto to wie, jak to długo, znacie pojęcie googol lat? To już wiecie, skąd wzięła się nazwa Google. Zapraszam do wyszukiwarek, żeby zapoznać się z liczbami, ta końcówka została sponsorowana przez literkę 'G' jak Liczba Grahama. Proszę ją sprawdzić, a zorientujecie się, że faktycznie jesteśmy Laikami, i to w porywach =)

P.S. A oto obiecana mózgo-rąbanka -> { 52! }.