우리의 하늘은 별이 빛나는 유령의 바다로 뒤덮여 있습니다. 수백만 년 동안 죽어 왔지만 아직 모릅니다. 그것이 오늘 우리가 논의 할 내용입니다. 우리의 가장 큰 별들에게 일어나는 일과 그것이 우리가 살고있는 우주의 구성에 어떤 영향을 미치는가.
우리는 게 성운을 관찰함으로써이 여행을 시작합니다. 그 아름다운 색은 어두운 공간으로 바깥쪽으로 뻗어 있습니다. 천년 전에 일어난 격렬한 사건을 담고있는 천상의 무덤. 손을 뻗어 손목을 가볍게 치면 되감기 시간이 시작되고이 아름다운 성운이 줄어들 기 시작합니다. 시계가 거꾸로 되감에 따라 성운의 색이 바뀌기 시작하여 단일 지점으로 줄어들고 있음을 알 수 있습니다. 달력이 1054 년 7 월 5 일에 가까워지면 가스 구름이 보름달처럼 밝고 낮 동안 볼 수있는 하늘의 단일 지점으로 밝아지고 정착합니다. 밝기가 희미 해지면서 결국에는 빛의 정확한 지점이 놓입니다. 오늘날 보이지 않는 별. 이 별은 죽었지 만 지금은 알지 못했을 것입니다. 이 날짜 이전의 관찰자 에게이 별은 다른 모든 별들처럼 영원한 것처럼 보였습니다. 그러나 특권의 유리한 점에서 알 수 있듯이,이 별은 오늘날 우리가 관찰하는 가장 멋진 성운 중 하나 인 초신성을 낳고 태어날 것입니다.
스텔라 유령은 우리가 우주에 흩어져있는 많은 거대한 별을 묘사하는 적절한 방법입니다. 많은 사람들이 깨닫지 못하는 것은 우주를 깊이 들여다 볼 때 먼 거리를 바라 볼뿐만 아니라 시간을 들여다보고 있다는 것입니다. 우리가 매우 잘 알고있는 우주의 기본 속성 중 하나는 빛이 유한 속도 (약 300,000,000m / s (약 671,000,000mph))로 이동한다는 것입니다. 이 속도는 많은 엄격한 테스트와 물리적 증명을 통해 결정되었습니다. 사실,이 기본 상수를 이해하는 것은 우주에 대해, 특히 일반 상대성 이론과 양자 역학에 관해 우리가 아는 많은 것의 핵심입니다. 그럼에도 불구하고, 빛의 속도를 아는 것은 별의 유령이 의미하는 바를 이해하는 데 중요합니다. 보시다시피 정보는 빛의 속도로 움직입니다. 우리는 별의 빛을 사용하여 별을 관찰하고 이것에서 별의 작동 방식을 이해합니다.
이 시차의 좋은 예는 우리 자신의 태양입니다. 우리 태양은 약 8 분 거리에 있습니다. 우리가 별에서 보는 빛이 표면에서 지구의 눈으로 여행하는 데 8 분이 걸린다는 것을 의미합니다. 우리 태양이 지금 갑자기 사라 졌다면, 우리는 8 분 동안 그것에 대해 알지 못할 것입니다. 여기에는 우리가 보는 빛뿐만 아니라 우리에게 가해지는 중력의 영향도 포함됩니다. 따라서 태양이 지금 사라 졌다면 중력 정보가 우리에게 더 이상 중력에 구속되어 있지 않다는 것을 알려주기 전에 현재 존재하지 않는 별에 대한 궤도 궤도에서 8 분 더 계속할 것입니다. 이것은 우리가 정보를 얼마나 빨리받을 수 있는지에 대한 우주 속도 제한을 설정합니다. 즉, 우주에서 깊숙이 관찰하는 모든 것이 'x'년 전인 우리에게 온다는 것을 의미합니다. 여기서 'x'는 우리와의 거리입니다. 이것은 우리가 10 년 전과 같이 10 광년 떨어져있는 별을 관찰한다는 것을 의미합니다. 그 별이 지금 죽었다면, 우리는 10 년 동안 그 별에 대해 알지 못할 것입니다. 따라서 우리는 이것을 "별의 유령"으로 정의 할 수 있습니다. 그 위치의 관점에서 죽었지 만 여전히 살아 있고 우리의 별입니다.
이전 기사 (Stars : A Day in the Life)에서 다룬 것처럼 별의 진화는 복잡하고 역동적입니다. 별이 처음부터 형성되는지 여부를 결정하는 것부터 별의 크기 및 수명까지 모든 요소에서 많은 요소가 중요한 역할을합니다. 위에서 언급 한 이전 기사에서, 나는 별 형성의 기초와 우리가 주 계열성 별, 또는 우리 태양과 매우 유사한 별의 수명에 대해 다룹니다. 주 계열성 별과 우리가 논의 할 별들의 형성 과정과 수명은 상당히 비슷하지만, 우리가 조사 할 별들의 방식에는 중요한 차이가 있습니다. 주 계열성 별의 죽음은 흥미롭지 만,이 큰 별들이 끝나는 시공간 절곡 방식과는 비교가되지 않습니다.
위에서 언급 한 바와 같이, 우리는 게 성운의 중심에있는 오래 지나간 별을 관찰 할 때이 물체가 보름달처럼 밝게 빛나고 낮 동안 볼 수있는 지점이있었습니다. 무엇이 가장 밝게되어 가장 가까운 천상의 이웃과 비교 될 수 있는가? 게 성운이 6,523 광년 떨어져 있다고 가정하면, 그것은 우리 달보다 약 1 억 5,500 억 배 더 멀리있는 것이 달만큼 밝게 빛나고 있다는 것을 의미합니다. 이것은 별이 죽었을 때 초신성이 되었기 때문입니다. 이것은 태양보다 훨씬 큰 별의 운명입니다. 우리 태양보다 더 큰 별은 죽으면 두 개의 극한 상태, 즉 중성자 별과 블랙홀로 끝납니다. 둘 다 천체 물리학 과정에서 몇 주에 걸쳐 진행될 가치가있는 주제이지만, 오늘날 우리에게는 이러한 중력 괴물이 어떻게 형성되고 그것이 우리에게 어떤 의미가 있는지 간단히 살펴볼 것입니다.
별의 삶은 자신의 중력 존재의 그립에 의해 포함 된 런 어웨이 퓨전 이야기입니다. 우리는이 정수압 평형 (hydrostatic equilibrium)이라고 부릅니다. 여기서 별의 핵심에있는 융합 요소의 외부 압력은 별의 질량으로 인해 적용되는 내부 중력 압력의 압력과 같습니다. 모든 별의 핵심에서, 수소는 (처음에) 헬륨으로 융합됩니다. 이 수소는 별이 태어난 성운에서 나 왔으며, 별이 생겨나 고 붕괴되어 별에 생애 첫 기회를 주었다. 별의 수명이 다할 때까지 수소는 소모되고 점점 더 많은 헬륨 "회분"이 별 중심에서 응축됩니다. 결국 별에 수소가 떨어지고 융합이 잠깐 중단됩니다. 융합이 일어나지 않아서 외부 압력이 부족하면 중력이 일시적으로 이겨지고 별이 아래쪽으로 뭉개집니다. 별이 줄어들면 밀도와 별의 중심 온도가 증가합니다. 결국 특정 온도에 도달하면 헬륨 재가 녹기 시작합니다. 이것이 모든 별들이 삶의 주요 부분과 죽음의 첫 단계로 진행되는 방식입니다. 그러나 이것은 태양 크기의 별과 우리가 부분적으로 논의하고있는 거대한 별입니다.
우리 태양의 크기와 거의 비슷한 별은 탄소에 도달 할 때까지이 과정을 거칩니다. 이 크기의 별은 단순히 탄소를 융합시키기에 충분히 크지 않습니다. 따라서 모든 헬륨이 산소와 탄소에 융합되면 (여기에는 너무 복잡한 두 가지 과정을 통해) 별이 융합을 시작하기에 충분한 산소와 탄소를“파쇄”할 수 없으며 중력이 떨어지고 별이 죽습니다. 그러나 태양보다 질량이 훨씬 큰 별 (질량의 약 7 배)은 이러한 요소를지나 계속 빛날 수 있습니다. 그들은이 천상의 노의 심장에서 역동적 인 상호 작용 인이“분쇄 및 융합”과정을 계속하기에 충분한 질량을 가지고 있습니다.
이 더 큰 별들은 탄소와 산소, 실리콘, 철에 이르기까지 융합 과정을 계속할 것입니다. 철은 현재 죽어가는 핵을 채우기 시작하면 별이 죽음에 이르렀 기 때문에 타오르는 거인들이 부르는 데스 노트입니다. 그러나이 거대한 에너지 구조는 조용히 밤에 들어 가지 않습니다. 그들은 가장 화려한 방식으로 나갑니다. 비철 원소의 마지막 부분이 코어에 융합되면 별은 망각으로 시작됩니다. 이 별은 중력의 끊임없는 그립을 막을 방법이 없기 때문에 그 자체로 충돌이 일어납니다. 이 내륙 자유 낙하는 어느 정도의 규모로 만날 수 없습니다. 중성자 퇴행 압력으로 인해 별이 바깥쪽으로 되돌아 오게합니다. 이 엄청난 양의 중력과 운동 에너지는 우주를 밝게하는 분노와 함께 튀어 나와서 전체 은하를 순식간에 빛나게합니다. 이 분노는 우주의 생명 혈액입니다. 이 강렬한 에너지는 철보다 무거운 원소를 우라늄까지 융합시킬 수 있기 때문에 드럼은 심포니 은하계에서 뛰어납니다. 이 새로운 요소들은이 놀라운 힘에 의해 바깥쪽으로 쏟아져 우주로 깊숙이 들어가는 에너지의 파도를 타고 우리가 알고있는 모든 요소들로 우주를 뿌립니다.
그러나 무엇이 남았습니까? 이 멋진 행사 이후에는 무엇이 있습니까? 그 모든 것은 다시 별의 질량에 달려 있습니다. 앞에서 언급했듯이, 죽은 거대한 별이 취하는 두 가지 형태는 중성자 별 또는 블랙홀입니다. 중성자 별의 경우, 형성은 매우 복잡합니다. 본질적으로, 초신성이 남아있는 것을 제외하고 내가 묘사 한 사건은 퇴화 된 중성자 공입니다. 축퇴 란 단순히 물리에서 허용하는 한계로 압축 될 때 중요한 형태에 적용되는 용어입니다. 변성되는 것은 강렬하며 중성자 별에게는 매우 사실입니다. 당신이 들었을 수도있는 숫자는 대략 중성자 물질 1 티스푼의 무게가 약 천만 톤이고 탈출 속도 (중력 풀에서 벗어나기 위해 필요한 속도)가 약 .4c, 즉 속도의 40 %라는 것입니다 빛의. 때때로 중성자 별은 놀라운 속도로 회전하고 있으며, 우리는 이것을 펄서로 표시합니다. 탐지 방법에서 파생 된 이름입니다.
이러한 유형의 별은 많은 방사선을 생성합니다. 중성자 별은 거대한 자기장을 가지고 있습니다. 이 장은 항성 대기의 전자를 놀라운 속도로 가속시킵니다. 이 전자들은 중성자 별의 자기장 선을 따라 극까지 전파되며, 여기서 전파, X- 선 및 감마선을 방출 할 수 있습니다 (어떤 종류의 중성자 별인지에 따라 다름). 이 에너지는 기둥에 집중되어 있기 때문에 등대에서 나오는 빛의 광선처럼 작용하는 고 에너지 광선으로 일종의 등대 효과를 만듭니다. 별이 회전함에 따라이 빔은 초당 여러 번 스윕됩니다. 지구와 관측 장비가이 펄서에 유리하게 방향을 잡으면 별의 광선이 우리를 씻을 때이 에너지의 "펄스"를 등록 할 것입니다. 우리가 알고있는 모든 펄서들에 대해, 우리는이 에너지 빔들이 우리를 다치게하기에는 너무 멀리 떨어져 있습니다. 그러나 우리가이 죽은 별들 중 하나에 가까이 있다면, 우리 행성을 씻는이 방사선은 지속적으로 우리가 알고있는 삶에 대한 어떤 멸종을 초래할 것입니다.
죽은 별이 취하는 다른 형태는 무엇입니까? 블랙홀? 어떻게 이런 일이 발생합니까? 퇴화 된 물질이 물질을 부술 수있는 한, 블랙홀은 어떻게 나타 납니까? 간단히 말해, 블랙홀은 상상할 수 없을 정도로 큰 별의 결과로 붕괴시이 중성자 퇴행 압력을 "파괴"시킬 수있는 엄청난 양의 물질의 결과입니다. 별은 본질적으로 힘으로 안쪽으로 내려 가서이 물리적 한계를 어 기고, 그 자체로 돌아가 공간 시간을 무한한 밀도의 지점으로 마무리합니다. 특이점. 이 놀라운 사건은 별이 우리 태양의 질량의 약 18 배가되었을 때 발생하며, 죽을 때 그것은 진정으로 물리학의 전형입니다. 이“추가 질량”은이 퇴행성 중성자 공을 무너 뜨리고 무한대로 떨어질 수있게 해줍니다. 생각하는 것은 끔찍하고 아름답습니다. 우리의 물리학에 의해 완전히 이해되지는 않지만 우리가 알고있는 것은 시공간의 한 지점입니다. 블랙홀에 대한 정말 놀라운 것은 마치 우주가 우리를 대적하는 것과 같다는 것입니다. 블랙홀 내의 프로세스를 완전히 이해하는 데 필요한 정보는 이벤트 지평이라고하는 베일 뒤에 고정되어 있습니다. 이것은 블랙홀이 돌아올 수없는 지점입니다. 시공간에서이 지점을 넘어서는 것은 미래를 향한 경로가 없습니다. 이 거리에서 붕괴 된 별의 핵심에서 벗어나지 않으며, 빛도 아니므로, 정보가이 경계를 벗어나지 않습니다 (적어도 우리가 사용할 수있는 형태가 아님). 이 참으로 놀라운 대상의 어두운 마음은 원하는 것을 많이 남겨두고, 알 수없는 것을 시도하고 알기 위해 우리가 그 영역으로 뛰어 들도록 유혹합니다. 지식의 나무에서 열매를 잡으려고
현재까지 블랙홀을 연구하는 방법은 많이 있습니다. Stephen Hawking 교수와 같은 물리학 자들은 블랙홀의 작동 원리에 대한 이론 물리학에 지칠 줄 모르고 노력하고 있으며, 우리가 물리학을 최대한 활용하려고 할 때 자주 나타나는 역설을 해결하려고 노력했습니다. 이러한 연구와 그 이후의 연구 결과에 대한 많은 기사와 논문이 있으므로 이해의 단순성을 유지하고 이러한 문제를 해결하는 놀라운 마음에서 벗어나지 않기 위해 그들의 복잡함에 대해 다루지 않을 것입니다. 많은 사람들이 특이점은 물리적으로 일어나는 일을 완전히 나타내지 않는 수학적 호기심이라고 제안합니다. 사건 지평 내부의 문제는 새롭고 이국적인 형태를 취할 수 있습니다. 일반 상대성 이론에서 질량을 가진 모든 것은 블랙홀로 붕괴 될 수 있지만, 일반적으로 질량 범위보다 작은 것을 가진 블랙홀을 만드는 것은 그 방법에 대한 우리의 이해를 넘어 서기 때문에 다양한 질량을 유지합니다. 일어날 수 있습니다. 그러나 물리학을 연구하는 사람으로서, 현재 우리는 이러한 중력 관중 내에서 실제로 일어나고있는 일을 매우 친밀하게 다루는 흥미로운 아이디어의 단면에 있다는 것을 언급하지 않을 것입니다.
이 모든 것이 제게 필요한 시점으로 돌아갑니다. 인식해야 할 사실. 이 거대한 별들의 죽음을 묘사하면서, 나는 일어나는 일을 만졌습니다. 별이 자신의 에너지와 분리되어 그 내용이 우주로 바깥으로 날아 가면서 핵 합성 (nucleosynthesis)이라는 것이 발생하고 있습니다. 이것은 새로운 요소를 만들기 위해 요소를 융합 한 것입니다. 수소에서 우라늄까지. 이 새로운 요소들은 놀라운 속도로 폭발하고 있으며, 따라서이 모든 요소들은 결국 분자 구름 속으로 들어갈 것입니다. 분자 구름 (Dark Nebulae)은 우주의 가장 훌륭한 종묘장입니다. 이곳은 별이 시작되는 곳입니다. 그리고 별 형성에서 우리는 행성 형성을 얻습니다.
별이 형성되면서, 그 별이 태어난 분자 구름으로 구성된 잔해 구름이 그 별 주위를 돌기 시작합니다. 우리가 지금 알고 있듯이이 구름에는 초신성에서 요리 된 모든 요소가 포함되어 있습니다. 탄소, 산소, 규산염,은, 금; 이 구름에 모두 존재합니다. 이 새로운 별에 대한이 축적 디스크는이 풍부한 환경에서 행성들이 형성되는 곳입니다. 중력이 부지런한 손으로이 새로운 세계를 가능성의 섬으로 만들기 위해 바위와 얼음의 충돌이 일어나고, 찢어지고, 찢어지고 나서 개혁되었습니다. 이 행성들은 그 대격변 분출에서 합성 된 것과 똑같은 요소들로 구성됩니다. 이 새로운 세계에는 우리가 알고있는 삶의 청사진이 담겨 있습니다.
이러한 세계 중 하나에 수소와 산소의 특정 혼합물이 발생합니다. 이 혼합물 내에서 특정 탄소 원자가 형성되어 간단한 패턴을 따르는 복제 사슬을 만듭니다. 아마도 수십억 년이 지난 후, 죽어가는 별에 의해 우주에 쏟아져 나온이 같은 요소들은 우주인 위엄을 찾아보고 감사 할 수있는 무언가에 생명을주는 것을 발견합니다. 아마도 그 안에있는 탄소 원자는 죽어가는 별에서 생성 된 것과 동일한 탄소 원자이며, 그 탄소 원자가 우주의 오른쪽 부분으로 길을 찾을 수있게 해주는 초신성이 있음을 깨닫는 지능이있을 것입니다. 적시. 오래 죽은 별의 마지막 숨을 쉬었던 에너지는 생명이 첫 숨을 쉬고 별을 응시할 수있게했던 것과 동일한 에너지였습니다. 이 별의 유령은 우리의 조상입니다. 그것들은 형태가되었지만 아직 우리의 화학 기억 속에 남아 있습니다. 그들은 우리 안에 존재합니다. 우리는 초신성입니다. 우리는 스타 더스트입니다. 우리는 별의 귀신들로부터 후손입니다…
