Αστροφυσική, Διάστημα

Ο σχηματισμός των στοιχείων σε μια σουπερνόβα

H έκρηξη μιας σουπερνόβα σηματοδοτεί την γέννηση των στοιχείων που είναι απαραίτητα για το σχηματισμό της ίδιας της ζωής. Το εκρηκτικό τέλος της ζωής ενός μεγάλου άστρου σηματοδοτεί την έναρξη της ελευθέρωσης όλων των στοιχείων, που κρύβονταν στον πυρήνα του, αλλά και την δημιουργία πολλών άλλων που γεννήθηκαν τη στιγμή της έκρηξης.

Share

H έκρηξη μιας σουπερνόβα σηματοδοτεί την γέννηση των στοιχείων που είναι απαραίτητα για το σχηματισμό της ίδιας της ζωής. Το εκρηκτικό τέλος της ζωής ενός μεγάλου άστρου σηματοδοτεί την έναρξη της ελευθέρωσης όλων των στοιχείων, που κρύβονταν στον πυρήνα του, αλλά και την δημιουργία πολλών άλλων που γεννήθηκαν τη στιγμή της έκρηξης.

Η σουπερνόβα 1987 πριν (μόλις φαίνεται το μητρικό άστρο)και μετά την έκρηξη (ένα πολύ λαμπρό σουπερνόβα) στα περίχωρα του νεφελώματος Ταραντούλα στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου. Το όνομα Ταραντούλα το πήρε λόγω του σχήματός του, γιατί με λίγη φαντασία μοιάζει αρκετά με ένα είδος αράχνης, την ταραντούλα

Ας παρακολουθήσουμε όμως τα γεγονότα που προηγούνται μιας υπερκαινοφανούς έκρηξης, για παράδειγμα αυτής που φάνηκε στον ουρανό στις 23 Φεβρουαρίου του 1987 στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου. Τη λαμπρότερη και πλησιέστερη στη Γη μας έκρηξη σουπερνόβα τους τελευταίους αιώνες, ή 169.000 έτη φωτός από μας, που την μελετήσαμε όσο καμιά άλλη γιατί φυσικά έγινε στις μέρες μας.

Η θερμοκρασία στην επιφάνεια ενός τέτοιου μεγάλου άστρου μπορεί να φτάσει και τους 20.000 βαθμούς Κελσίου χαρίζοντας του μια γαλαζωπή εμφάνιση. Σε αντίθεση με τον Ήλιο μας που η θερμοκρασία του φτάνει τους 6.000 βαθμούς που του δίνει αυτό το κιτρινωπό – χρυσαφί χρώμα. Επί πλέον τα άστρα αυτά – σαν τον γεννήτορα της σουπερνόβα SN 1987 Α  – έχουν κατά μέσο όρο 50-πλάσια διάμετρο από τον Ήλιο ή είναι 65.000 φορές πιο ογκώδες από αυτόν. Έχει δε υπολογιστεί ότι η μάζα του άστρου αυτού ήταν τουλάχιστον 25-πλάσια του Ήλιου μας ενώ η λαμπρότητα του ήταν 100.000 φορές μεγαλύτερη.

cassiopeia-a

Αέρια που ξεχύθηκαν στο διάστημα μετά την έκρηξη του σουπερνόβα Κασσιόπη Α (Cassiopeia A)

Πριν 20 εκατομμύρια χρόνια, περίπου, γεννήθηκε το μητρικό άστρο που έδωσε την σουπερνόβα. Το αρχικό νέφος που δημιούργησε το άστρο αποτελείτο κυρίως από υδρογόνο και λίγο ήλιο. Επί 19 εκατομμύρια χρόνια, περίπου, η μετατροπή του υδρογόνου σε ήλιο στην καρδιά αυτού του άστρου το κράταγε σε ισορροπία. Γιατί η ενέργεια που ελευθερώνεται κατά τις θερμοπυρηνικές εκρήξεις δεν αφήνει την βαρύτητα να συρρικνώσει το άστρο. Όμως, λόγω της μεγάλης μάζας του άστρου το υδρογόνο καταναλωνόταν με πολύ γρήγορο ρυθμό, πολύ μεγαλύτερο του ήλιου μας ο οποίος θα διατηρηθεί έτσι για 10 δισεκατομμύρια χρόνια συνολικά.

Πριν όμως από ένα εκατομμύριο χρόνια το υδρογόνο του πυρήνα του είχε μετατραπεί εξ ολοκλήρου σε ήλιο. Τότε, άρχισε και η διαδικασία του σχηματισμού των στοιχείων που είναι πιο βαριά από το ήλιο. O πυρήνας από ήλιο συρρικνώθηκε, η κεντρική θερμοκρασία αυξήθηκε στα 50 εκατομμύρια βαθμούς και το ήλιο άρχισε να μεταστοιχειώνεται σε άνθρακα. Συγχρόνως άρχισε να μεγαλώνει και ο όγκος του μέχρις ότου μετατράπηκε σε έναν τεράστιο ερυθρό υπεργίγαντα, με μια διάμετρο αρκετές εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο του ήλιου μας. H βαρύτητα όμως στα εξωτερικά του στρώματα δεν ήταν ικανή να τα συγκρατήσει στο υπόλοιπο σώμα του άστρου.

eta-carinae

Το άστρο «ήτα Τρόπιδος» (Eta Carinae) έτοιμο να εκραγεί ως σουπερνόβα

Έτσι πριν από 600.000 χρόνια τα εξωτερικά αυτά στρώματα του ερυθρού υπεργίγαντα άρχισαν να αποχωρίζονται σιγά σιγά από το μητρικό άστρο. Με τη μορφή ενός «αστρικού ανέμου», παρόμοιου με τον «ηλιακό άνεμο», μεγάλες ποσότητες υλικών διέφυγαν στο διάστημα με ταχύτητα 10 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. H διαρροή των υλικών αυτών συνεχίστηκε με τον ίδιο ρυθμό επί χιλιάδες χρόνια αναγκάζοντας το άστρο να επιταχύνει την ιδιοπεριστροφή του, για να διατηρηθεί έτσι η στροφορμή του.

H γρήγορη αυτή περιστροφή οδηγούσε με τη σειρά της τα διαφεύγοντα αέρια να πάρουν μια δισκοειδή μορφή, ώσπου τελικά, λόγω της αυξανόμενης φυγοκέντρου δύναμης, σχηματίστηκε ένας διαρκώς διαστελλόμενος δίσκος στη θέση του αρχικού κελύφους υλικών.

Πριν, λοιπόν, από 5.000 χρόνια, ο «αστρικός άνεμος» των υλικών είχε αυξήσει την ταχύτητα του στα 600 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Τα υλικά της δεύτερης αυτής, και πολύ ταχύτερης, διαρροής πρόφτασαν τα προηγούμενα αργοκίνητα αστρο-υλικά και τα συμπίεσαν σχηματίζοντας έναν δακτύλιο αερίων που συνεχώς διαστελλόταν. M’ αυτόν τον τρόπο το άστρο έχασε το 20% της μάζας του και από ερυθρός υπεργίγαντας έλαμψε για λίγο καιρό σαν γαλάζιος υπεργίγαντας με 20 φορές τη μάζα και 65.000 φορές τον όγκο του ήλιου μας.

Φτάνουμε λοιπόν, περίπου, τα 1.000 χρόνια πριν την έκρηξη όπου η εσωτερική του θερμοκρασία είχε φτάσει τα 800 εκατομμύρια βαθμούς, αρκετή ώστε η κεντρική καρδιά του από άνθρακα να αναφλεγεί και να μετατρέπεται σε νέον και νάτριο. Τα πράγματα άρχισαν να δυσκολεύουν όλο και πιο πολύ.

Έτσι, 2 χρόνια πριν την υπερκαινοφανή έκρηξη,  στις αρχές του 1985, χωρίς καμιά εξωτερική προειδοποίηση, όταν η θερμοκρασία στον πυρήνα του έφτασε τους 1,5 δισεκατομμύριο βαθμούς Κελσίου, άρχισε η «καύση» του νέον σε οξυγόνο και μαγνήσιο.

Ένα χρόνο πριν την έκρηξη, το καλοκαίρι του 1986, άρχισε η καύση του οξυγόνου με τη μετατροπή του σε πυρίτιο και θείο. H θερμοκρασία του πυρήνα είχε φτάσει τότε τους δύο δισεκατομμύρια βαθμούς.

H καύση αυτή κράτησε περίπου έξι μήνες, οπότε στις 21 Φεβρουαρίου 1987 η κεντρική θερμοκρασία του έφτασε τους 4 δισεκατομμύρια βαθμούς και το πυρίτιο άρχισε να μετατρέπεται σε σίδηρο.

Σε λιγότερο από δύο ημέρες το άστρο είχε αποκτήσει μια, κυριολεκτικά, σιδερένια καρδιά με 1,5 φορά τη μάζα του ήλιου μας, ενώ γύρω της συνεχίζονταν σε στρώματα οι καύσεις του πυριτίου, του οξυγόνου, του νέον, του άνθρακα και του ηλίου με συνολική μάζα έξι φορές τη μάζα του ήλιου μας. Το 85% της μάζας του άστρου παρέμενε φυσικά στα εξωτερικά του στρώματα με τη μορφή του υδρογόνου.

Στις 7.3541" ώρα Γκρίνουιτς της 23ης Φεβρουαρίου 1987 ο σιδερένιος πυρήνας του κατέρρευσε απότομα. H τρομακτική συμπίεση των υλικών του τα μετέτρεψε σε νετρόνια, και σε μια θερμοκρασία που έφτανε τους 50 δισεκατομμύρια βαθμούς (41 εκατοστά του δευτερολέπτου μετά την έναρξη της κατάρρευσης του πυρήνα), η πυκνότητα του κέντρου είχε φτάσει ένα δισεκατομμύριο τόνους ανά κυβικό εκατοστόμετρο.

Τα φυλακισμένα νετρίνα μαζί με τα υπόλοιπα υλικά δεν άντεξαν άλλη συμπίεση και εξοστρακίστηκαν προς τα έξω. Δηλαδή όλη η κινητική ενέργεια που δημιουργήθηκε από την κατάρρευση του εσωτερικού τμήματος του πυρήνα μετατράπηκε σ’ ένα τεράστιο «κρουστικό κύμα», το οποίο ξεχύθηκε από τα σπλάχνα του άστρου προς τα εξωτερικά στρώματα του άστρου.

Πίσω του είχε αφήσει συμπιεσμένα υλικά περίπου 1,4 ηλιακής μάζας, αποτελούμενα από νετρόνια. Τα υλικά αυτά σχημάτισαν ένα άστρο νετρονίων εκλύοντας τεράστια ποσά ενέργειας, ίσης με την εκπομπή ενέργειας του ήλιου μας για αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια.

Σ’ αυτό το σημείο, η θερμοκρασία έφτασε τους 480 δισεκατομμύρια βαθμούς και τα φυλακισμένα νετρίνα κατόρθωσαν επιτέλους να διαφύγουν μεταφέροντας μαζί τους το 99% της ενέργειας αυτής.

supernova_vela

Τα λείψανα μιας σουπερνόβα στον αστερισμό των Ιστίων (constellation Vela) – Έπειτα από κάθε έκρηξη σουπερνόβα δημιουργούνται νεφελώδεις σχηματισμοί, οι οποίοι επί !αιώνες διαστέλλονται στο διάστημα εμπλουτίζοντας το με όλα τα χημικά στοιχεία της φύσης

Στα πρώτα 100 δευτερόλεπτα μετά την εκκίνηση του, το «κρουστικό κύμα» είχε διασχίσει όλους τους μανδύες του αστρικού πυρήνα (είτε το πιο πάνω σχήμα) και είχε φτάσει στο όριο που διαχώριζε το κέλυφος του ηλίου με τα εξωτερικά στρώματα του υδρογόνου (που αποτελούσε στην αρχή της ζωής του άστρου το 75% της μάζας).

2.000 δευτερόλεπτα αργότερα η δημιουργηθείσα ανισορροπία σχημάτισε ακτινωπές συγκεντρώσεις αερίων του αστρικού πυρήνα πέντε φορές πυκνότερες από τα αέρια των εξωτερικών στρωμάτων που διαπερνούσαν, ενώ στα 10.000 δευτερόλεπτα (2 ώρες και 47 λεπτά) μετά την έναρξη της κίνησης του κρουστικού κύματος τα διαστελλόμενα υλικά του πυρήνα είχαν πάρει τη μορφή ενός αχινού.

soypernova tycho

Πάνω: Μια θερμοπυρηνική έκρηξη που παρατηρήθηκε από τον δανό αστρονόμο Tycho Brahe το 1572, στον αστερισμό της Κασσιόπης, πίσω από ένα νέφος πυριτίου, σιδήρου και άλλων βαριών στοιχείων που λάμπουν στις ακτίνες X (πράσινο, κόκκινο). Το κρουστικό κύμα (λεπτός μπλε φλοιός) διαστέλλεται προς τα έξω με μια ταχύτητα 7.500 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.

Εv τω μεταξύ το γοργά διαστελλόμενο «κρουστικό κύμα» εκτοξεύτηκε μαζί με όλα τ’ άλλα υλικά στο διάστημα, με μια ταχύτητα 17.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, θερμαίνοντας τα αέρια του εξωτερικού μανδύα στους 100.000 βαθμούς Κελσίου. Την ίδια στιγμή ολόκληρο το άστρο διασπάστηκε κυριολεκτικά με μια τεράστια σουπερ-έκρηξη και την εκπομπή τεράστιων ποσοτήτων υπεριώδους ακτινοβολίας, ακτίνων-X και γάμα, λάμποντας με τη συνολική ένταση 250 εκατομμυρίων ήλιων.

H υπερκαινοφανής όμως έκρηξη ενός άστρου, ή σουπερνόβα, είναι ταυτόχρονα ένα τέλος και μια αρχή. Γιατί το εκρηκτικό τέλος της ζωής ενός άστρου απελευθερώνει όλα τα χημικά στοιχεία που είχαν δημιουργηθεί στην καρδιά του κατά τη διάρκεια της σχετικά σύντομης ζωής του, καθώς και πολλά άλλα στοιχεία που γεννήθηκαν τη στιγμή της έκρηξης.

Όμως όλοι αυτοί οι αστρικοί θάνατοι περιλαμβάνουν, κατά κάποιον τρόπο, και την ίδια τους την ανάσταση. Γιατί η «σούπα» αυτή των χημικών στοιχείων εμπλουτίζει τα διάσπαρτα νεφελώματα αερίων και διαστημικής σκόνης από τα οποία θα γεννηθούν τα νέα άστρα και οι πλανήτες των επομένων γενεών. Έπειτα από κάθε έκρηξη σουπερνόβα τα αέρια που περιλαμβάνουν τα νέα χημικά στοιχεία δημιουργούν παράξενους νεφελώδεις σχηματισμούς, οι οποίοι επί αιώνες διαστέλλονται στο διάστημα με τεράστιες ταχύτητες εμπλουτίζοντας έτσι το Σύμπαν με όλα τα χημικά στοιχεία της φύσης.

Γι αυτό και λέμε πως χωρίς τις εκρήξεις των σουπερνόβα δεν θα υπήρχαν πλανήτες και δορυφόροι. Χωρίς τις σουπερνόβα δεν θα υπήρχε η Γη, δεν θα υπήρχαν βράχια και βότσαλα, δεν θα υπήρχαν φυτά και ζώα. Χωρίς τις εκρήξεις των σουπερνόβα δεν θα υπήρχε ο άνθρωπος. Γιατί ολόκληρη η ύλη στο σώμα μας, όλα τα χημικά στοιχεία από τα οποία αποτελείται, φτιάχτηκε στην «κόλαση» τέτοιων αστρικών θανάτων. Έχουμε δημιουργηθεί από τα χημικά στοιχεία φτιαγμένα στις θανατηφόρες εκρήξεις υπεργιγάντιων άστρων. Είμαστε όλοι μας αστρόσκονη.

Πολύτιμη πηγή: Εκρήξεις σουπερνάβα του Δ. Σιμόπουλου

Δείτε και τα πολύ ενδιαφέροντα άρθρα

20 χρόνια από την υπερκαινοφανή έκρηξη 1987Α
Οι διάφοροι τύποι των υπερκαινοφανών εκρήξεων
Οι αστρικές υπερκαινοφανείς εκρήξεις

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share