私たちの空は、恒星の幽霊の海に覆われています。何百万年もの間死んでいるすべての潜在的なファントム、まだ私たちはそれをまだ知りません。それが今日私たちが議論することです。私たちの最大の星に何が起こり、それが私たちの住む宇宙の構造そのものにどのように影響するか。
この旅は、カニ星雲を観察することから始まります。その美しい色は暗い空に向かって外側に広がっています。千年前に起こった暴力的な出来事を含む天の墓。手を伸ばし、手首を振るだけで巻き戻しを開始し、この美しい星雲が縮み始めるのを確認します。時計が巻き戻されると、星雲の色が変化し始め、それらが1つのポイントに縮小していることに気付きます。カレンダーが1054年7月5日に近づくと、ガス状の雲が明るくなり、満月と同じくらい明るく、日中に見える空の1点に落ち着きます。明るさは薄れ、最終的にはピンポイントの光を放ちます。今日見られない星。この星は亡くなりましたが、現時点ではそれを知ることはできませんでした。この日付より前の観測者にとって、この星は他のすべての星がそうであったように、永遠に見えました。それでも、私たちの特権的な視点から知っているように、この星は超新星になり、私たちが今日観測する最も壮観な星雲の1つを誕生させようとしています。
恒星の幽霊は、私たちが宇宙全体に散らばっているのを見ている巨大な星の多くを説明する適切な方法です。多くの人が気づいていないのは、宇宙の深いところを見るとき、私たちは広大な距離を向いているだけでなく、時間を振り返っていることです。私たちがよく知っている宇宙の基本的な特性の1つは、光が有限の速度で移動するということです：約300,000,000 m / s（およそ671,000,000 mph）。この速度は、多くの厳密なテストと物理的な証明によって決定されています。実際、この基本的な定数を理解することは、特に一般相対性理論と量子力学の両方に関して、私たちが宇宙について知っていることの多くの鍵です。それにもかかわらず、私が恒星の幽霊とはどういう意味かを理解するには、光の速さを知ることが重要です。ご覧のとおり、情報は光の速度で移動します。私たちは星からの光を使ってそれらを観察し、これからそれらがどのように動作するかを理解します。
このタイムラグの適切な例は、私たち自身の太陽です。私たちの太陽はおよそ8光分離れています。星から見える光が地球の表面から私たちの目への旅をするのに8分かかることを意味します。私たちの太陽が今すぐに突然消えたとしても、8分間はそれがわかりません。これには、私たちが見る光だけでなく、私たちに及ぼすその重力の影響も含まれます。したがって、太陽が今消滅した場合、重力情報が私たちに到達し、重力にもはや縛られていないことを通知する前に、存在しない星についての軌道パスをさらに8分間続けます。これにより、情報を受信できる速度に対する宇宙の速度制限が確立されます。つまり、「x」は何年も前のことであり、「x」は私たちからの光の距離です。これは、10年前と同じように、10光年離れた星を観測していることを意味します。その星が今死んだとしても、あと10年間はその星について知りません。したがって、それを「星の幽霊」と定義できます。その場所でその視点から死んでいるが、私たちのものではまだ生きている星。
以前の私の記事（Stars：A Day in the Life）で取り上げたように、星の進化は複雑で非常に動的です。星が最初に形成されるかどうかの決定から、その星のサイズ、つまり寿命まで、多くの要因がすべてにおいて重要な役割を果たします。上記の前回の記事では、恒星形成の基本と、メインシーケンススター、つまり私たちの太陽に非常に似ているスターと呼ばれるものの寿命について説明しました。メインシーケンスの星と私たちが議論する星の形成プロセスと寿命はかなり似ていますが、調査する星が死ぬ方法には重要な違いがあります。主系列の星の死は興味深いですが、これらの大きな星が終了する時空を曲げる方法とはほとんど比較できません。
前述のように、カニ星雲の中心にある長い消えた星を観察していると、この物体が満月のように明るく輝き、日中に見ることができる点がありました。何かが非常に明るくなり、最も近い天体の隣人に匹敵するものになるのはなぜですか？カニ星雲が6,523光年離れていることを考えると、これは、私たちの月よりも約1,530億倍も遠くにある何かが月のように明るく輝いていたことを意味します。これは、星が死んだときに超新星になったためです。これは、太陽よりもはるかに大きな星の運命です。私たちの太陽よりも大きな星は、その死の際に、中性子星とブラックホールという2つの極端な状態になります。どちらも宇宙物理学のコースでは数週間にわたる価値のあるトピックですが、今日の私たちにとっては、これらの重力モンスターがどのように形成されるか、そしてそれが私たちにとって何を意味するかについて簡単に説明します。
スターの人生は、自身の重力の存在のグリップに含まれるほぼ暴走の融合の物語です。これを静水圧平衡と呼びます。この恒星平衡では、星の中心部にある融合要素からの外向きの圧力が、星の質量のために加えられている内向きの重力圧力と等しくなります。すべての星の中心では、水素が（最初は）ヘリウムに融合されています。この水素は、星が生まれた星雲から来て、それが合体して崩壊し、星に生命の最初のチャンスを与えました。星の一生を通じて、水素は使い果たされ、ますます多くのヘリウム「灰」が星の中心に凝縮します。やがて、星は水素を使い果たし、核融合は一時的に停止します。一時的に融合が起こらないことによるこの外向きの圧力の欠如は、重力が一時的に勝つことを可能にし、それが星を押しつぶします。星が縮むにつれて、密度、つまり星の中心の温度が上昇します。やがてある温度に達し、ヘリウム灰が溶け始めます。これは、すべての星がその生涯の主要部分と死の最初の段階に進む方法です。しかし、これは太陽サイズの星と我々が部分的に議論している巨大な星であるところです。
私たちの太陽のサイズにほぼ近い星は、炭素に到達するまでこのプロセスを経ます。このサイズの星は、炭素を融合させるのに十分な大きさではありません。したがって、すべてのヘリウムが酸素と炭素に融合すると（ここではカバーしきれないほど複雑な2つのプロセスによって）、星は酸素と炭素を十分に「押しつぶす」ことができず、融合が始まり、重力が勝ち、星は死にます。しかし、私たちの太陽よりも十分に大きな質量（約7倍の質量）を持つ星は、これらの要素を通過し続け、輝き続けることができます。これらの天体は、これらの天体炉の心臓部での動的な相互作用であるこの「粉砕と融合」プロセスを継続するのに十分な質量を持っています。
これらのより大きな星は、炭素と酸素を通り過ぎ、シリコンを通り過ぎ、鉄に到達するまでずっと核融合プロセスを続けます。鉄は、これらの燃える巨人が歌うデスノートです。鉄が死にかけているコアを満たし始めたとき、スターはその死のスローにいます。しかし、これらの巨大なエネルギー構造は、静かに夜に入ることができません。彼らは最も壮観な方法で出かけます。最後の非鉄元素が核で融合すると、星はまともな忘却に向かって始まります。重力の絶え間ないグリップを食い止める方法がなく、その寿命から残った要素の後続の層を押しつぶす方法がないため、星はそれ自体に衝突します。この内向きの自由落下は、一定の大きさで、不可能な力で破られます。中性子縮退圧力により、星は外側に跳ね返ります。この莫大な量の重力と運動エネルギーは、宇宙を照らす激怒とともに逆戻りし、一瞬で銀河全体を凌駕します。この怒りは宇宙の生命線です。この強烈なエネルギーは鉄より重い元素の融合をウランまで可能にするので、ドラムは交響銀河で打ちます。これらの新しい要素は、この驚くべき力によって外側に爆破され、宇宙に深くそれらを投げ込むエネルギーの波に乗って、私たちが知っているすべての要素で宇宙に種をまきます。
しかし、何が残っていますか？この壮大なイベントの後に何がありますか？それはすべて再び星の質量に依存します。前述のように、死んだ大質量星がとる2つの形式は、中性子星またはブラックホールです。中性子星の場合、形成は非常に複雑です。基本的に、私が説明したイベントは、超新星の後に残されたすべてが縮退した中性子の球である場合を除いて発生します。縮退は、物理学によって許容される限界まで圧縮されたときに問題が発生するフォームに適用される用語です。縮退したものは非常に密であり、これは中性子星に非常に当てはまります。聞いたことがあるかもしれませんが、中性子星の材料の小さじ1杯は約1000万トンで、脱出速度（重力から離れるのに必要な速度）は約.4c、つまり速度の40％です。光の。時々、中性子星は信じられないほどの速度で回転し続けており、これらをパルサーと名付けています。それらの検出方法に由来する名前。
これらのタイプの星は、大量の放射線を発生させます。中性子星は巨大な磁場を持っています。この場は恒星大気中の電子を信じられないほどの速度に加速します。これらの電子は、中性子星の磁力線をたどって極に達し、そこで電波、X線、およびガンマ線（中性子星の種類によって異なります）を放出できます。このエネルギーは極に集中しているため、高エネルギービームが灯台からの光線と同じように作用して、一種の灯台効果を生み出します。星が回転すると、これらのビームは毎秒何回もスイープします。地球、ひいては観測装置が偶然にもこのパルサーの方向に向いている場合、星のビームが私たちの上を洗い流すときに、これらのエネルギーの「パルス」を記録します。私たちが知っているすべてのパルサーについて、これらのエネルギーのビームが私たちを傷つけるには遠すぎます。しかし、私たちがこれらの死んだ星の1つに近づいている場合、私たちの惑星でこの放射線洗浄は、私たちが知っているように、絶えず生命を絶滅させるでしょう。
死んだ星がとる他の形はどうでしょうか。ブラックホール？これはどのように発生しますか？退化した物質が物質を粉砕できる範囲にある場合、ブラックホールはどのように現れますか？簡単に言えば、ブラックホールは想像を絶するほど大きな星の結果であり、崩壊時にこの中性子縮退圧力を「壊す」ことができる本当に大量の物質の結果です。星は本質的に、この一見物理的な限界に違反するほどの力で内側に落ち、自分自身に向きを変え、時空を無限の密度の点にまとめます。特異点。この驚くべき出来事は、星が太陽の約18倍の質量を持っているときに発生し、太陽が死ぬとき、それはまさに物理学の極端な縮図です。この「余分な質量」は、この退化した中性子の球を崩壊させ、無限に向かって落下することを可能にするものです。考えることは恐ろしくて美しいです。私たちの物理学では完全には理解されていないが、私たちが知っている何かが存在する時空のポイント。ブラックホールの本当に注目すべき点は、宇宙が私たちに対して働いているようなものです。ブラックホール内のプロセスを完全に理解するために必要な情報は、イベントホライズンと呼ばれるベールの背後に隠されています。これはブラックホールに戻ることができないポイントであり、時空のこのポイントを超えるものには、そこから続く将来のパスがありません。崩壊した星の中心部からこの距離では何も逃げません。そのため、光さえもありません。したがって、この境界から（少なくとも、私たちが使用できる形では）情報が漏れることはありません。この本当に驚異的なオブジェクトの暗い心は、多くのことを望まずに残しており、私たちにその領域に入り込んで知らないことを知り、知るように誘惑します。知識の木から果実をつかむ。
今言わなければならないことは、今日までブラックホールを用いた研究の方法がたくさんあることです。スティーブンホーキング教授などの物理学者は、ブラックホールの動作の背後にある理論的な物理学に精力的に取り組んでおり、私たちの物理学を最大限に活用しようとするときに頻繁に現れるパラドックスを解決しようとしています。そのような研究とその後の調査結果に関する記事や論文はたくさんあるので、理解の単純さを維持したいという願望と、これらの問題に取り組んでいる驚くべき心を奪わないという両方の理由で、それらの複雑さについては説明しません。多くの人が、特異点は数学的好奇心であり、物理的に何が起こるかを完全に表していないと示唆しています。イベント期間内の問題は、新しくてエキゾチックな形をとることができます。一般相対性理論では、質量のあるものはすべてブラックホールに崩壊する可能性があることにも注意する必要がありますが、質量の範囲内にないものでブラックホールを作成することは、その方法の理解を超えているため、通常、質量の範囲を保持します。起こり得た。しかし、物理学を研究している人として、私は今現在、これらの重力のスペクター内で実際に起こっていることを非常に密接に扱っているアイデアの興味深い断面図にいることは言うまでもありません。
これらすべては、私が作らなければならないポイントに私を戻します。認識される必要がある事実。これらの大規模な星の死について述べたように、私は何かが起こったことに触れました。星が自身のエネルギーから離れて引き裂かれ、その内容が宇宙に向かって吹き飛ばされているとき、元素合成と呼ばれるものが起こっています。これは、新しい要素を作成するための要素の融合です。水素からウランまで。これらの新しい要素は信じられないほどの速度で外部に爆破されているため、これらの要素はすべて最終的に分子雲に到達します。分子雲（暗黒星雲）は、宇宙の恒星の苗床です。ここから星が始まります。そして星の形成から、惑星の形成を得る。
星が形成されると、その星を誕生させた分子雲で構成されるデブリの雲がその星の周りを回転し始めます。私たちが今知っているように、この雲には、超新星で調理されたすべての要素が含まれています。炭素、酸素、ケイ酸塩、銀、金。すべてこのクラウドに存在します。この新しい星に関するこの降着円盤は、惑星が形成される場所であり、この豊かな環境から合体します。岩と氷のボールが衝突し、降着し、引き裂かれ、重力がこれらの新しい世界を可能性のある島へと造形するためにその勤勉な手を働かせながら、それから再形成されます。これらの惑星は、その大変動的な噴火で合成されたものと同じ要素から形成されています。これらの新しい世界には、私たちが知っている人生の青写真が含まれています。
これらの世界の1つで、水素と酸素の特定の混合物が発生します。この混合物内で、特定の炭素原子が形成され、単純なパターンに従う複製鎖が作成されます。おそらく数十億年後、その瀕死の星によって宇宙に押し込まれたこれらの同じ要素は、宇宙である荘厳さを調べて評価できる何かに生命を与えていることに気づきます。おそらく、何かがその中の炭素原子が瀕死の星で作成されたものと非常に同じ炭素原子であること、およびその炭素原子が宇宙の正しい部分に進入することを可能にする超新星が発生したことを認識する知性を持っている適切な時点。長い死んだ星の最後の瀕死の息であったエネルギーは、生命がその最初の息を吸い、星を見つめることを可能にした同じエネルギーでした。これらの恒星の幽霊は私たちの祖先です。それらは形がなくなっていますが、それでも私たちの化学的記憶の中に残っています。彼らは私たちの中に存在します。私たちは超新星です。スターダストです。私たちは恒星の幽霊の子孫です…
