ΤΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ

Ίσως κάθε φορά που αναπνέουμε, ένα αστέρι να εκρήγνυται στο σύμπαν. Αν και τα περισσότερα άστρα τελειώνουν τη ζωή τους πολύ πιο ήσυχα, μόνο στο γαλαξία μας, από τη γέννησή του πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια, τουλάχιστον 150 εκατομμύρια αστέρια έχουν βρει τέτοιο βίαιο θάνατο. Πεθαίνοντας , δημιουργούν τα θεαματικά ουράνια αντικείμενα που ονομάζουμε σουπερνόβα ή υπερκαινοφανείς αστέρες . Μέσα στη βίαιη έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς δημιουργούνται όλα τα βαρύτερα από το σίδηρο χημικά στοιχεία. Τα βαρύτερα από το ήλιο χημικά στοιχεία παράγονται μέσα στα άστρα, όμως χάρη στις εκρήξεις των σουπερνόβα διασκορπίζονται επίσης στο σύμπαν. Απ´ αυτές τις εκρήξεις προέρχεται το οξυγόνο πάνω στη Γη, το πυρίτιο των υπολογιστών μας, το ασβέστιο των οστών, το χρυσάφι στα κοσμήματα που φοράμε. Επιπλέον, η ενέργεια που απελευθερώνεται από τους υπερκαινοφανείς είναι ικανή ν´ ανάψει καινούρια αστέρια στο στερέωμα. Σήμερα οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τους υπερκαινοφανείς για να μετρούν την απόσταση των πιο απομακρυσμένων γαλαξιών και να μελετούν το απώτατο μέλλον του σύμπαντος.

Επισφαλής ισορροπία

Η μοίρα ενός αστέρα φαίνεται από τη γέννησή του. Αν η μάζα του είναι 1,4 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου, τότε είναι βέβαιο ότι θα έχει ένα εκρηκτικό τέλος ως σουπερνόβα. Η επιβίωση ενός άστρου εξαρτάται από μια λεπτή ισορροπία ανάμεσα στο βάρος της ύλης του, η οποία λόγω της βαρύτητας τείνει να καταρρεύσει στον πυρήνα του, και από την ώθηση της ακτινοβολίας που παράγεται από τα μέσα προς τα έξω λόγω των πυρηνικών αντιδράσεων στο εσωτερικό του αστέρα - σαν να συμπιέζει δηλαδή κάποιος ένα μπαλόνι τη στιγμή που κάποιος άλλος προσπαθεί να το φουσκώσει.

Ένας σουπερνόβα είναι το τελικό καταστροφικό στάδιο της ζωής ενός αστέρα μεγάλης μάζας. Αυτό συμβαίνει όταν έχουν πλέον εξαντληθεί όλες οι δυνατές θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης. Τότε η λεπτή ισορροπία σπάει. Η ώθηση προς τα έξω πέφτει απότομα και η δύναμη της βαρύτητας υπερισχύει. Το άστρο αρχίζει να συστέλλεται. Μέχρι εκείνη τη στιγμή, έχει γνωρίσει μια ακολουθία από διαδικασίες σύντηξης, από τα πιο ελαφρά στα πιο βαριά στοιχεία: από το υδρογόνο στο ήλιο, από το ήλιο στον άνθρακα, από τον άνθρακα στο οξυγόνο. Συνήθως οι πυρηνικές αντιδράσεις τελειώνουν στα άστρα που δεν έχουν μεγάλη μάζα. Στα υπόλοιπα οι αντιδράσεις συνεχίζονται. Έτσι, σε όλο και πιο σύντομους χρόνους και σε όλο και πιο βαθιά στρώματα του αστέρα δημιουργούνται πυρίτιο, θείο, ασβέστιο και όλο και βαρύτερα στοιχεία, μέχρι το σίδηρο.

Πώς γράφεται το τέλος

Τώρα όμως που ο πυρήνας από σίδηρο του αστέρα δεν υποστηρίζεται πια από καμιά πυρηνική αντίδραση, συνθλίβεται με τρομακτική βία. Έτσι από τις διαστάσεις πλανήτη που είχε, τώρα συρρικνώνεται σε μια σφαίρα με διάμετρο μόλις εκατό χιλιομέτρων. Η πίεση είναι τόση, ώστε τα πρωτόνια - που είναι θετικά φορτισμένα- και τα ηλεκτρόνια (που είναι αρνητικά φορτισμένα), δεν έχουν πια τη δυνατότητα ν´ απωθηθούν, οπότε ενώνονται σχηματίζοντας νετρόνια. Σ´ αυτή τη διαδικασία ελευθερώνονται νετρίνα, σωματίδια που καταφέρνουν να διαφύγουν προς τα έξω, μεταφέροντας ενέργεια μακριά από τον πυρήνα του αστέρα. Όμως, έτσι, ο πυρήνας ψύχεται και συστέλλεται ακόμα περισσότερο, ευνοώντας την αντίδραση ηλεκτρονίων και πρωτονίων σ´ έναν κύκλο που θα αποδειχθεί μοιραίος. Μέσα σε δέκατα του δευτερολέπτου, ο πυρήνας μετατρέπεται σε μια συμπαγή σφαίρα νετρονίων. Έτσι, εφόσον δεν τις στηρίζει πλέον τίποτα, οι εξωτερικές στοιβάδες του άστρου καταρρέουν στον πυρήνα με ταχύτητα εκατομμυρίων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Η σύγκρουση είναι καταστροφική κι έχει ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα. Οι στοιβάδες αρχίζουν ν´ αναπηδούν προς τα έξω με τόση ενέργεια, ώστε ένα μεγάλο μέρος του αστρικού υλικού διαχέεται στο διάστημα και από το αρχικό αστέρι απομένει μόνο μια σφαίρα νετρονίων με διάμετρο δέκα χιλιομέτρων. Σ´ αυτό το στάδιο σχηματίζονται τα περισσότερα από τα βαρύτερα χημικά στοιχεία που υπάρχουν στο σύμπαν.

Πλανήτες χωρίς Ήλιο

Φαίνεται απίστευτο, όμως σ´ αυτό το ακραίο περιβάλλον, το συγκλονισμένο από βίαια κρουστικά κύματα, μπορεί να υπάρχουν πλανήτες. Πράγματι, οι πρώτοι εξωηλιακοί πλανήτες ανακαλύφθηκαν γύρω από έναν αστέρα νετρονίων. Είναι όμως πιθανότερο να πρόκειται για θραύσματα του άστρου που εξερράγη και όχι για πλανήτες που περιφέρονταν αρχικά γύρω απ´ αυτό. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης που εκτινάσσεται σχηματίζει ενδοαστρικά νέφη, από τη συμπύκνωση των οποίων θα προκύψουν κάποτε καινούρια αστέρια σε μια κολοσσιαία διαδικασία κοσμικής ανακύκλωσης.

Πρόσφατα οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μια σχέση ανάμεσα σε κάποια είδη σουπερνόβα και σε πηγές ακτίνων γ τεράστιας ενέργειας, η προέλευση των οποίων αποτελεί μυστήριο. Οι πηγές αυτές γίνονται ορατές ως εκλάμψεις που προέρχονται από οποιαδήποτε κατεύθυνση του σύμπαντος. Κατά τον Κιροσάουα Ιουατόμο, αστροφυσικό στο πανεπιστήμιο του Τόκιο, οι γιγάντειες ποσότητες ενέργειας που υπεισέρχονται στην παραγωγή αυτών των εκλάμψεων μπορούν, σε μερικές περιπτώσεις, να ερμηνευτούν ως αποτέλεσμα της έκρηξης αστέρων που έχουν τουλάχιστον σαράντα φορές τη μάζα του Ήλιου, περιστρέφονται πολύ γρήγορα γύρω από τον εαυτό τους και παράγουν ένα ισχυρότατο μαγνητικό πεδίο . Σε μια τέτοια περίπτωση, η τελική έκρηξη μπορεί να παραγάγει ενέργεια ισοδύναμη με τριάντα φυσιολογικούς σουπερνόβα: ενέργεια ικανή να προκαλέσει την κατάρρευση ακόμα και του υπέρπυκνου αστρικού πυρήνα νετρονίων, αφήνοντας στη θέση του μια Μαύρη Τρύπα, μια ρήξη του χώρου.

Γαλαξίες σε επιτάχυνση

Η φωτεινότητα ορισμένων τύπων υπερκαινοφανών αστέρων φτάνει πάντα στην ίδια ένταση Έτσι οι αστρονόμοι τούς χρησιμοποιούν για να μετρήσουν την απόσταση μακρινών γαλαξιών. Συγκρίνοντας αυτή τη μέγιστη τιμή έντασης με την ένταση του φωτός που φτάνει στη Γη, μπορεί να διαπιστωθεί πόσο απέχει από μας ο γαλαξίας όπου έγινε η έκρηξη.

Όμως οι επιστήμονες προχώρησαν ακόμα περισσότερο. Σύγκριναν την απόσταση των πιο απόμακρων σουπερνόβα με τη μετατόπιση προς το ερυθρό φάσμα των γαλαξιών τους. Η μετατόπιση προς το ερυθρό (red shift) είναι ένα φυσικό φαινόμενο βάσει του οποίου το φως ενός αντικειμένου που απομακρύνεται φαίνεται όλο και πιο κόκκινο - δηλαδή με μεγαλύτερο μήκος κύματος- όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα απομάκρυνσης. Αυτό μας προσφέρει ένα μέτρο της ταχύτητας με την οποία διαστέλλεται το σύμπαν. Απ´ αυτή τη σύγκριση προέκυψε μια έκπληξη: οι γαλαξίες με τη μεγαλύτερη μετατόπιση προς το ερυθρό φαίνεται ότι βρίσκονται σε ακόμα μεγαλύτερη απόσταση απ´ όση θα περιμέναμε . Θα έλεγε κανείς ότι αυτοί οι γαλαξίες έφτασαν ταχύτερα εκεί όπου βρίσκονται, άρα η διαστολή του σύμπαντος δεν επιβραδύνεται, όπως προέβλεπαν οι περισσότερες κοσμολογικές θεωρίες, αλλά επιταχύνεται. Ανάμεσα στις υποθέσεις που διατυπώθηκαν για την εξήγηση αυτού του μυστηρίου, η πιο τολμηρή υποστηρίζει πως υπάρχει μια νέα απωστική δύναμη, ένα είδος αντιβαρύτητας, η οποία μπορεί να είναι ανεπαίσθητη, αλλά μας τη μαρτυρούν οι σουπερνόβα.

Από το τεύχος Νο 9, Νοέμβριος 2000, σελ. 30-35