Βαρυτική κατάρρευση των άστρων

Άρθρο, Αύγουστος 2002

Προσπαθώντας να πετάξουμε μακριά από τη Γη, αντιλαμβανόμαστε ότι η βαρυτική δύναμη μας ωθεί προς τα κάτω (προς το κέντρο της Γης) πολύ γρήγορα. Όμως με την ίδια ώθηση πετάμε πιο ψηλά στον Άρη ή το φεγγάρι, λόγω της μικρότερης μάζας τους σε σχέση με τη Γη. Μάλιστα η δύναμη της βαρύτητας στο φεγγάρι είναι μόνο το 1/6 της δύναμης της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης.

Θα έλεγε κανείς πως είμαστε παγιδευμένοι στη Γη, εκτός αν βρούμε ένα πύραυλο που μπορεί να ταξιδεύει με ταχύτητα μεγαλύτερη της λεγόμενης ταχύτητας διαφυγής (11.2 km/sec). Έτσι θα διαφύγουμε οριστικά από το πεδίο βαρύτητας της Γης, προς το εξωτερικό διάστημα.

Αλλά τι θα συμβεί αν η ταχύτητα διαφυγής ενός πλανήτη, λόγω μεγάλης μάζας του, είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός (300.000 km/sec); Με άλλα λόγια αν η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που φυλακίζει ακόμη μέχρι και το ίδιο το φως;

Τότε θα έχουμε την περίπτωση της ΜΑΥΡΗΣ ΟΠΗΣ. Μια μαύρη οπή λοιπόν είναι ένα αντικείμενο του οποίου το βαρυτικό πεδίο είναι τόσο δυνατό που καμιά ακτίνα φωτός δεν δραπετεύει. Γύρω από την μαύρη οπή υπάρχει ο λεγόμενος ορίζοντας γεγονότων, όπου εκεί το φως χάνει την ικανότητα να ξεφύγει από τη μαύρη οπή. Οτιδήποτε εισέλθει εντός του ορίζοντα γεγονότος, δεν μπορεί ποτέ να ξεφύγει.

Οι μαύρες οπές μπορούν να δημιουργηθούν εξ' αιτίας της βαρυτικής κατάρρευσης των μεγάλων άστρων που έχουν τουλάχιστον διπλάσια μάζα από το ήλιο μας. Κανονικά, στα αστέρια ισορροπεί η βαρυτική έλξη με την απωστική πίεση λόγω των πυρηνικών συντήξεων στο εσωτερικό τους. Όταν ένα αστέρι γεράσει και αφού κάψει όλο το πυρηνικό του καύσιμο, το υδρογόνο μετατρέπεται σιγά-σιγά προς το στοιχείο ήλιο και αργότερα το ήλιο προς τα βαρύτερα στοιχεία σαν το σίδηρο και το νικέλιο, τότε έχει τρεις διεξόδους. Οι δύο πρώτοι διέξοδοι συμβαίνουν για αστέρια με μάζα μικρότερη από το διπλάσιο της μάζας του ήλιου μας (και ο ήλιος μας θα έχει λοιπόν την ίδια τύχη). Οι δύο διέξοδοι που μπορεί να πάρουν τα αστέρια αυτά  εξαρτώνται από τη φερμιονική απωστική πίεση, που περιγράφεται από την κβαντομηχανική -- δύο φερμιόνια δεν μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση στον ίδιο χρόνο. Αυτό σημαίνει πως υπάρχουν δύο προορισμοί για ένα καταρρέον αστέρι:

1. Ένας λευκός νάνος που χάρις της φερμιονικής απωστικής πίεσης των ηλεκτρονίων, που ανήκουν στα βαρέα άτομα του πυρήνα, δεν καταρρέει ακόμη πιο πολύ.
2. Ένα αστέρι νετρονίων που συγκρατείται χάρις στην φερμιονική απωστική πίεση των νετρονίων, που βρίσκονται στους πυρήνες των βαρέων ατόμων στον πυρήνα.

Αλλά υπάρχει και ένας άλλος τρόπος δημιουργίας μαύρων οπών . Με τη βαρυτική κατάρρευση του κέντρου ενός μεγάλου σμήνους άστρων. Αυτοί οι τύποι των μαύρων οπών μπορεί να έχουν μάζα πάρα πολλές φορές περισσότερη από τον ήλιο μας. Υπολογίζεται ότι μπορεί να υπάρχει ένας στο κέντρο κάθε γαλαξία, συμπεριλαμβανομένου και του δικού μας Γαλαξία. Μάλιστα η μαύρη οπή του Γαλαξία μας δείχνει να βρίσκεται στο μέσον του γαλαξία που λέγεται NGC 7052, περιτριγυρισμένου από ένα λαμπρό νέφος σκόνης διαμέτρου 3.700 έτη φωτός. Η μάζα αυτής της μαύρης οπής είναι 300 εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου μας.