Πέμπτη, 9 Απριλίου 2009

Αστρική εξέλιξη

The original version
Η ΓΕΝΝΗΣΗ ΕΝΟΣ ΑΣΤΕΡΑ
Το νεφελωμα του Ωριωνα αποτελει εναν απο τους πρωτους στοχους για καθε επιδοξο αστροθηρευτη.Δεν υπαρχει περιπτωση να μη καθηλωθεις τη πρωτη φορα που θα το αντικρυσεις.Ενα παγωμενο απροσιτο ροδο? ενα πεπλο αστρικης ομιχλης ? ή μηπως ενα επουρανιο βρεφοκομειο?
Μαλλον το τελευταιο!
Τα μεσοαστρικα νεφη αεριου και σκονης δε χαρακτηριζονται απο ιδιαιτερη ομογενεια.Τουναντιον αρκετες περιοχες τους ειναι πυκνοτερες απο τις γειτονικες περιεχουν δε πολυ μεγαλυτερες ποσοτητες μαζας.
Το βαρυτικο τους πεδιο ειναι αρκετα ισχυρο ωστε να ελκουν διαρκως τη περιβαλλουσα υλη.Μα ετσι δε δυναμωνει περαιτερω και το πεδιο τους?
Φυσικα!
Με τη μεθοδο της προσαυξησης (accretion)οι περιοχες αυτες αυξανουν σε μεγεθος και μαζα εως οτου τελικα συγκεντρωσουν μερικες...ηλιακες μαζες σε ογκο αρκετα μεγαλυτερο απο αυτον του ηλιακου μας συστηματος!
Τί γεννηθηκε?
Ενας πρωτοαστερας! (protostar)
Οι βαρυτικες δυναμεις οι οποιες τον δημιουργησαν ,συνεχιζουν το εργο τους.Ο πρωτοαστερας συστελλεται ,η βαρυτικη δυναμικη ενεργεια του μετατρεπεται σε θερμικη,η πιεση στο εσωτερικο του αυξανει καθως και η θερμοκρασια του.Ωραιοτατα θα πει καποιος ,αρα και η συστολη του αναχαιτιζεται απο τη διαρκως αυξανομενη πιεση!
Αμ'δε!
Η θερμοκρασια του πρωτοαστερα εχει μεν αυξηθει σημαντικα αλλα ακτινοβολει ασταματητα.Ως εκ τουτου , η πιεση δεν ειναι ικανη να σταματησει τη συστολη.
Τί συμβαινει λοιπον?
Απλα,η καταρρευση συνεχιζεται!
Και συνεχιζεται για μερικα εκατομμυρια χρονιααααααα......


Καποια στιγμη η θερμοκρασια του φτανει τους 10^7 βαθμους Kelvin (καλα και Κελσιου να ελεγα δεν αλλαζε και τιποτε!) η δε πυκνοτητα του τα 10gr/cm^3.Οι πυρηνικες αντιδρασεις ξεκινανε με πρωτο και καλυτερο τον κυκλο πρωτονιου-πρωτονιου
Το υδρογονο λοιπον μετατρεπεται σε ηλιο,οι απωλειες ενεργειας λογω ακτινοβολησης αναπληρωνονται και ο αστερας σταθεροποιειται.
Eχει πλεον εισελθει στο σταδιο της κυριας ακολουθιας (διαγραμμα Hertzsprung-Russel)
H εξελικτικη πορεια του Ηλιου μεχρι την εισοδο του στο σταδιο της κυριας ακολουθιας διηρκεσε 2*10^6 χρονια.
Βρισκεται δε στο σταδιο αυτο εδω και 4.5*10^9 χρονια.
ΣΥΝΕΧΗΣ ΕΞΕΛΙΞΗ ΑΣΤΕΡΑ
Η κατασταση αυξημενης σταθεροτητας διαρκει αρκετα δισ.χρονια.
Η δε διαρκεια παραμονης στη συγκεκριμμενη φαση εξαρταται αποφασιστικα απο τη μαζα του.
Μπορουμε να υπολογισουμε για ποσο χρονο θα μεινει ακομη?
Η απαντηση ειναι ΝΑΙ.
Λοιπον φιλοι,λιγο τη προσοχη σας τωρα!
Κατα τη διαρκεια του κυκλου πρωτονιου-πρωτονιου, το ελλειμα μαζας ,δηλαδη η διαφορα της μαζας του πυρηνα απο τη συνολικη μαζα των νουκλεονιων του(οταν αυτα βρισκονται σε ελευθερη κατασταση) ,συμβολιζεται με Δm και βασει της αρχης της ισοδυναμιας Ε=Δm*c2 μετατρεπεται σε ενεργεια.
Η αρχικη συνολικη μαζα του Ηλιου ηταν Μ=1,99*10^30 Kgr.
Διαθεσιμη για παραγωγη ενεργειας ειναι μονο η μαζα του πυρηνα (ο,1Μ) και μαλιστα μονο το 0,71% αυτης.
Αρα η συνολικη ενεργεια που θα εκπεμπφθει ειναι :
E=0,1*0,0071*1,99*10^30*9*10^16=1,27*10^44 Joule.

H απολυτη λαμπροτητα του Ηλιου ,δηλαδη ο ρυθμος εκπομπης ή αν προτιματε , απωλειας ενεργειας ειναι L=3.86*10^26 Joule/sec.

Aρα ο συνολικα απαιτουμενος χρονος για τη "καυση" του υδρογονου ειναι:
T=E/L=3,3*10^17 sec=10^10 χρονια περιπου.

Μενουν ακομη πεντε δισεκατομμυρια χρονια.

ΕΡΥΘΡΟΣ ΓΙΓΑΝΤΑΣ
Θα πρεπει να τονιστει δε, οτι αστερες μεγαλης μαζας αρα και μεγαλης λαμπροτητας εξελισσονται πολυ πιο γρηγορα απο αστερες μικροτερης μαζας.
Τελικα το υδρογονο του πυρηνα εξαντλειται και δημιουργειται ενας πυρηνας Ηλιου(He) στην επιφανεια του οποιου η "καυση" του υδρογονου συνεχιζεται.Γεγονος το οποιο αυξανει τη μαζα του πυρηνα ηλιου.
Τί συμβαινει λοιπον? Επανερχόμαστε κατα καποιο τροπο στην αρχικη κατασταση του πρωτοαστερα με τη συνεχως αυξανομενη μαζα?
Οσον αφορα τον πυρηνα, ναι!
Ο πυρηνας αρχιζει να συστελλεται καθως πιεζεται απο τον περιβαλλοντα φλοιο υδρογονου ,η θερμοκρασια και η πιεση αυξανονται, μερος της παραγομενης ενεργειας ακτινοβολειται ,με αποτελεσμα την αποτομη αυξηση της λαμπροτητας του αστερα.Εν τω μεταξυ τα υπερκειμενα στρωματα υδρογονου ,θερμαινομενα ,διαστελλονται και ψυχονται!!!
Συμπερασματικα: ο πυρηνας του αστερα γινεται μικροτερος,θερμοτερος και πυκνοτερος,ενω ο υπολοιπος αστερας διογκωνεται και γινεται αραιοτερος και ψυχροτερος!Ετσι εχουμε εναν ερυθρο γιγαντα με ακτινα μεχρι και σαραντα φορες την ηλιακη ,χαμηλη επιφανειακη θερμοκρασια (3000-4000 Κ) και μεγαλη λαμπροτη
τα.

ΥΠΕΡΓΙΓΑΝΤΑΣ
Κατα τη διαρκεια της συστολης του πυρηνα η θερμοκρασια του φτανει πλεον τους 10^8 Κ με αποτελεσμα να ξεκινησει η μετατροπη του ηλιου σε ανθρακα μεσω της αντιδρασης του τριπλου ηλιου.
Η πρωτη ειναι ενδοθερμη (και ως εκ τουτου δεν ειναι αυθορμητη!) ενω η δευτερη εξωθερμη εκλυοντας μαλιστα πολυ μεγαλυτερο ποσο ενεργειας απο οσο καταναλωνει η πρωτη!
Ειμαστε απολυτως σιγουροι οτι ετσι προχωραει η εξελιξη ενος αστερα?
Αρχικα να μας υπενθυμισω οτι μονο οι ανοητοι ειναι 100% σιγουροι!
Η υπαρξη παντως των αστερων ανθρακα επιβεβαιωνει την ως ανω προτεινομενη θεωρηση.Ειδικα η υπαρξη αστερων ανθρακα που ειναι ταυτοχρονα και πολυ φτωχοι σε υδρογονο αποτελει μια σοβαροτατη ενδειξη!Οι αστερες αυτοι με μαζα περιπου ιση με την ηλιακη απωλεσαν τα εξωτερικα πλουσια σε υδρογονο κελυφη τους οποτε το εσωτερο κελυφος του ηλιου αποτελει πλεον την επιφανεια τους.
H συνεχης αυξηση της πυκνοτητας στον πυρηνα του ερυθρου γιγαντα προκαλει μια μορφη... εκφυλισμου στην υλη του,οπου η πιεση εξαρταται αποκλειστικα απο την πυκνοτητα και οχι απο τη θερμοκρασια!
Εν τω μεταξυ, με το διαρκη σχηματισμο ολο και βαρυτερων στοιχειων και την εκπομπη ενεργειας ,η πιεση ολο και ελαττωνεται ο δε πυρηνας συμπιεζεται περισσοτερο και θερμαινεται διαρκως.
Η ολη πορεια ειναι πλεον ασταθης και επιταχυνομενη!
Τελειωνει δε με τη μορφη πυρηνικης αντιδρασης εκτονωσεως γνωστης ως λαμψη ηλιου.
Και εδω συμβαινει το εξης "παραδοξο" : λογω υπερβολικης αυξησης της θερμοκρασιας η υλη του πυρηνα,απο την εκφυλισμενη κατασταση μεταπιπτει στη συνηθισμενη (οπου η πιεση εξαρταται και απο τη θερμοκρασια!)
Το εσωτερικο του διαστελλεται,η θερμοκρασια του μειωνεται ,οι πυρηνικες αντιδρασεις επιβραδυνονται εως οτου σταθεροποιηθουν σε καποιο ρυθμο.
Μολις γεννηθηκε ενας υπεργιγαντας!!!

ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΣ
Ουσιαστικα εχουμε εναν red supergiant του οποιου η εσωτερικη δομη αποτελειται απο δυο ανεξαρτητα κελυφη καυσης:
το εσωτερικο οπου το ηλιο δινει ανθρακα και το εξωτερικο οπου συνεχιζει να λαμβανει χωρα η μετατροπη του υδρογονου σε ηλιο.
Αυτη η εξελικτικη φαση διαρκει περιπου ενα εκατομμυριο χρονια.
Οταν ο ηλιος γινει υπεργιγαντας πιθανως να καταπιει και τη Γη...


ΑΝΑΧΑΙΤΙΣΗ ΤΗΣ ΒΑΡΥΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗΣ
Απο δω και μεχρι τους λευκους νανους... καλη μας τυχη!

Οι πυρηνικες αντιδρασεις δεν τα πηγαν ασχημα μεχρι εδω.
Καταφεραν να αναχαιτισουν το κυμα της βαρυτικης καταρρευσης με επιτυχια.Η μοιρα του πολεμιστη ομως δεν ειναι η νικη αλλα ο θανατος...
Τα πυρηνικα αποθεματα ενος αστερα δεν ειναι απεριοριστα!

Στο κεντρο των αστερων της κυριας ακολουθιας τοσο των γιγαντων οσο και των υπεργιγαντων,η θερμοκρασια κυμαινεται στους 10^6 - 10^9 Kelvin, ενω η πυκνοτητα απο 10^-6 εως 10^2 gr/cm3.
O ιονισμος των ατομων ειναι πληρης.Η υλη βρισκεται σε κατασταση πλασματος δηλαδη μιας σουπας απο πυρηνες και ηλεκτρονια.Οι αλληλεπιδρασεις μεταξυ τους εγκεινται μονο στη περιπτωση των μεταξυ τους κρουσεων.
Εξαιρετα.
Μπορει να θεωρηθει ως ιδανικο ρευστο.
Και μελεταται με τη βοηθεια των νομων της θερμοδυναμικης (Maxwell-Boltzmann)
P=nRT/V
Δεν προκειται να τα καταφερει η πιεση...
Χρειαζονται πολυ υψηλες θερμοκρασιες και δεν μπορουν να επιτευχθουν λογω της διαρκους ακτινοβολησης και απωλειας ενεργειας.
Χρειαζομαστε μια προσθετη πηγη ενεργειας!!!



Κι αν δε θεωρησουμε το ρευστο και τοσο τελειο???
Λοιπον , ο ιονισμος των ατομων διατηρειται ακομη κι αν ο αστερας ψυχθει σε θερμοκρασια χαμηλοτερη απο την θερμοκρασια ιονισμου.
Γι'αυτο το λογο ονομαζεται και ιονισμος πιεσης
Τα ηλεκτρονια κατανεμονται αναμεσα στους πυρηνες ,η δε ολη κατασταση παρουσιαζει μεταλλικη δομη!!!
Σκεφτειτε οτι η παραγομενη ενεργεια μεταφερεται πλεον περισσοτερο λογω αγωγιμοτητας παρα με ακτινοβολια ή μεταφορα.
Το ηλεκτρονικο αεριο βρισκεται πλεον σε κατασταση πληρους εκφυλισμου.
Τα ηλεκτρονια εχουν μεταπεσει στις χαμηλοτερες δυνατες ενεργειακες σταθμες τους.Οι ανωτερες σταθμες ειναι εντελως κενες.

Στατιστικη Κβαντομηχανικη
Ναι.
Η Μεγαλη Κυρια ειναι παλι εδω.
Με ή χωρις φωτογραφιες απο ωραιες κοπελες,με ή χωρις επευφημιες.
Τιποτε δε μειωνει το μεγαλειο Της.

Λοιπον,εξ απαλων ονυχων και παμε...
Στο πλαισιο της Κυριας τα στοιχειωδη σωματιδια χαρακτηριζονται με κβαντικους αριθμους,οπως π.χ. το spin
Το οποιο και παιρνει τιμες μη αρνητικες ,ακεραιες (0,1,2,...) ή ημιακεραιες (1/2,3/2,...).
Στη πρωτη κατηγορια ανηκουν τα μποζονια τα οποια και ακολουθουν τη στατιστικη Einstein-Bose ,ενω στη δευτερη ανηκουν τα φερμιονια που ακολουθουν τη κατανομη Fermi-Dirac και τα οποια υπακουουν στην απαγορευτικη αρχη του Pauli συμφωνα με την οποια δυο φερμιονια δεν μπορουν να βρισκονται στην ιδια ακριβως κβαντομηχανικη κατασταση.
Η ουσιαστικη διαφορα βρισκεται στον υπολογισμο της θεμελιωδους καταστασης ενος συστηματος Ν σωματιδιων δηλαδη ουσιαστικα της καταστασης ελαχιστης ενεργειας που μπορει να καταλαβει το συστημα.

Ακολουθει θεωρηση ελαφρως χμμ εξεζητημενη.
Θα πραγματευθουμε τις προυποθεσεις κατω απο τις οποιες η πιεση των εκφυλισμενων ηλεκτρονιων μπορει να αντιμετωπισει με επιτυχια τις ... ορδες των βαρυτικων δυναμεων.
Οποιος θελει ,υπερπηδα την ολη αποπειρα.
Γιατι όποιος μεινει...


Ποση πιεση εκφυλισμενων ηλεκτρονιων απαιτειται λοιπον για πληρη αναστολη της καταρρευσης?
OΡΙΟ CHANDRASEKHAR
Η κρισιμη μαζα για εναν αστερα ισουται περιπου με το 1.4 της ηλιακης μαζας :mcr=1.4M
Oταν λοιπον η μαζα ενος αστερα ειναι μικροτερη απο 0,5Μ τοτε η βαρυτικη κταρρευση σταματα πριν απο τη φαση καυσης του ηλιου.
Οταν η μαζα του ειναι απο 0,5Μ εως 1.4Μ τοτε σταματα σε μεταγενεστερα εξελικτικα σταδια.
ΛΕΥΚΟΙ ΝΑΝΟΙ
Λευκος νανος λεγεται ο αστερας του οποιου η ισορροπια οφειλεται στη πιεση των εκφυλισμενων ηλεκτρονιων.
Οι λευκοι νανοι εχουν πολυ μεγαλη πυκνοτητα 10^5 - 10^7 gr/cm3 ,μεγεθος οσο περιπου και η γη ,υψηλη επιφανειακη θερμοκρασια (10^4Κ) και μικρη λαμπροτητα,λογω μεγεθους.Στο εσωτερικο τους ωστοσο
η θερμοκρασια μπορει να φτασει ακομη και τους 10^9Κ.
Περαιτερω εξελιξη στους λευκους νανους δεν ειναι δυνατη,καθως αυτοι ψυχονται διαρκως με εκπομπη ακτινοβολιας.
Οι λευκοι νανοι ειναι πολυ κοινοι αστερες και αποτελουν το 3% περιπου των αστερων του γαλαξια μας.Προφανως ειναι και μοιρα που επιφυλασσεται για τον Ηλιο μας!
Γνωστος νανος?
Ο Σειριος Β ,συνοδος του Σειριου Α !
Θελετε κι αλλα?


ΥΠΕΡΚΑΙΝΟΦΑΝΕΙΣ ΑΣΤΕΡΕΣ
Eστω λοιπον οτι ο red giant εχει μαζα πανω απο 1.4Μ.
Ο πυρηνας ηλιου μετασχηματιζεται σε πυρηνα ανθρακα κι αυτος με τη σειρα του σε πυρηνα οξυγονου και ουτω καθ'εξης!
Ο σχηματισμος καθε φορα ενος νεου πυρηνα με συστολη-θερμανση-σχηματισμο νεων βαρυτερων στοιχειων συνεχιζεται.
Τελικα ο αστερας παρουσιαζει την εξης εικονα:
Στο κεντρο υπαρχει ενας πυρηνας με βαρια στοιχεια κυριως σιδηρο και νικελιο, που περιβαλλεται απο φλοιους με ολο και ελαφρυτερα στοιχεια μεχρι την εξωτερικη του επιφανεια οπου "συχναζουν" το ηλιο και το υδρογονο.
Καπου εδω εφτασε στο οριο ικανοτητας ισορροπιας καθοσον το νικελιο και ο σιδηρος ειναι τα πλεον ευσταθη στοιχεια στη φυση.Για οσο καιρο η μαζα του πυρηνα ειναι σχετικα μικρη, τιποτε δε συμβαινει.Μολις ομως η μαζα του και η πυκνοτητα του ξεπερασουν τα 10^10 gr/cm3 o πυρηνας αρχιζει να καταρρεει θερμαινομενος στους 10^10Κ ,χιλιες φορες θερμοτερος απο τον περιβαλλοντα μανδυα.
Η καταστροφη συμβαινει σε χρονο δευτερολεπτου!!!
Η μηχανικη ισοοροπια του υπολοιπου αστερα συμπαρασυρεται στη καταστροφη,τα εξωτερα στρωματα πεφτουν προς το κεντρο κατι που σημαινει την απαρχη πυρηνικων εκρηξεων.
Τωρα θελω παλι την (αυξημενη) προσοχη σας!


Θα προλαβει ο υπολοιπος αστερας να αποκαταστησει την ισορροπια του ή θα περιμενουμε τα χειροτερα???
Φιλοι,ουσιαστικα εχουμε τη διαδοση μιας διαταραχης με ταχυτητα της ταξεως των 10^7m/sec!!!α χρειαστουν λοιπον λιγα δευτερολεπτα για να διαδοθει στο εσωτερικο του αστερα.Αν τωρα κατα τη διαρκεια της συστολης του πυρηνα,αυξηθει ταχυτατα η θερμοκρασια του ,θα ηταν ισως δυνατη η προσαρμογη του αστερα στις νεες συνθηκες!
Ενταξει,η αποτομη αυξηση της θερμοκρασιας συμβαινει καθως η πτωση των εξωτερων στρωματων απελευθερωνει φοβερα ποσα θερμικης ενεργειας , αλλα...ΠΩΣ ΘΑ ΑΠΑΧΘΕΙ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΥΤΗ?
Προτεινονται δυο τροποι
α)της φωτοδιασπασης και β) των νετρινων-αντινετρινων
Φωτοδιασπαση
Οπου και φωτονια υψηλης ενεργειας διασπουν τους πυρηνες του σιδηρου στα νουκλεονια τους.
Συνηθως η υλη ειναι διαφανης στα νετρινα.
Οχι ομως στις θερμοκρασιες και στις πυκνοτητες αυτες!
Κρατηθειτε:
Θερμοκρασια 4*10^10 Κelvin και πυκνοτητα 3*10^8 Kgr/cm3 !!!
Fe=13p + 4n
Η απορροφηση αυτης της ενεργειας σταματα τη θερμανση του πυρηνα.
Του οποιου και η βαρυτικη καταρρευση συνεχιζεται.
Εφιαλτης...
Η ΩΡΑ ΤΩΝ ΝΕΤΡΙΝΩΝ
Ηλεκτρονια και πρωτονια δινουν νετρονια και νετρινα ,ενω ποζιτρονια (ΑΝΤΙΥΛΗ ΘΕΛΑΤΕ? ΟΡΙΣΤΕ!) και νετρονια δινουν πρωτονια και αντινετρινα...
Συνηθως η υλη ειναι διαφανης στα νετρινα.
Οχι ομως στις θερμοκρασιες και στις πυκνοτητες αυτες!
Κρατηθειτε:
Θερμοκρασια 4*10^10 Kelvin και πυκνοτητα 3*10^8Kgr/cm3
O πυρηνας παυει να ειναι διαφανης ,θερμαινεται καθως οι αντιδρασεις αλληλεπιδρασης νουκλεονιων και νετρινων συμβαινουν κατα την αντιθετη φορα,ισορροπει,η συστολη του σταματαει,Η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΟΥ ΧΤΥΠΑΕΙ ΚΟΚΚΙΝΟ, ο μανδυας ισορροπει,επιπλεον θερμαινεται,εντονες πυρηνικες αντιδρασεις συμβαινουν,κομματια του εκτινασσονται ΒΙΑΙΑ και εχουμε ενα NOVAE ή ενα SUPER NOVAE
Τωρα να πω οτι δε λαχανιασα θα πω ψεματα...



Το παραπανω μοντελο δε τα παει κι ασχημα για αστερες μεγαλης μαζας.
Οσο μικραινει η μαζα ,τοσο προσαρμοζονται (?) και οι θεωρησεις μας.
Για παραδειγμα αναφερω τους υπερκαινοφανεις εκρηξεως ανθρακα (carbon detonation supernovae)
Για ακομη μικροτερους αστερες καθοριστικο ρολο παιζει το μαγνητικο τους πεδιο.Μπορει να προκληθει ισχυρη θερμανση του μανδυα με αποτελεσμα τη βιαιη εκτοξευση του...

ΠΛΑΝΗΤΙΚΟΙ ΝΕΦΕΛΟΕΙΔΕΙΣ
Kατα τη διαρκεια της εξελιξης ενος ερυθρου γιγαντα ειναι δυνατον ο αστερας να χασει μερος της μαζας του με εκτοξευση τμηματος των εξωτερικων του στρωματων.Ιδιαιτερα προς το τελος της συνυπαρξης των κελυφων υδρογονου και ηλιου ειναι πιθανη η ομαλη αποκολληση του εξωτ. κελυφους και αρα ο σχηματισμος ενος πλανητικου νεφελοειδους(planetary nebula)
Προκυπτει λοιπον συνδυασμος ενος κεντρικου θερμου πυρηνα (Τ=2,5*10^4 Κ) και ενος διαστελλομενου περιβληματος ,πλουσιου σε υδρογονο, με διαμετρο 0.3 ετη φωτος(!), θερμοκρασιας 10^4 Κ και πυκνοτητας 10^3-10^5 ατομων/cm3.
H μεση μαζα του κεντρικου αστερα ειναι 0.8 ηλιακες(Μ) ενω του περιβληματος 0,2Μ

Μηχανισμος αποκολλησης
Κατα τη διαρκεια της δημιουργιας ενος υπερκαινοφανους η ταχυτητα διαστολης του κελυφους ειναι περιπου 1000Km/sec.
Κατα τη διαρκεια της δημιουρηιας ενος νεφελοειδους η αποκολληση συμβαινει με ταχυτητα 30Km/sec.
Ο κεντρικος πυρηνας κατα πασα πιθανοτητα εξελισσεται προς τη δημιουργια λευκου νανου.
Τρεις βασικες αιτιες του φαινομενου ειναι "σιγουρα" γνωστες
1)Λογω του ειδικου χαρακτηρα της ασταθειας αναπτυσσονται παλμικες δονησεις με περιοδο 10^ χρονια.
2)Ο ιονισμος του υδρογονου κατω απο τη φωτοσφαιρα του αστερα δημιουργει μια ασταθεια μεταφορας (convective instability)
3)Η λαμπροτητα του γεννητορα (!) γιγαντα ειναι τοσο μεγαλη που η πιεση της ακτινοβολιας προκαλει αποκολληση.
---------------------------------------------
Δε χρειαζεται να τονιστει το γεγονος της ... συνυπαρξης και των τριων αιτιων!


ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ
ΠΙΕΣΗ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ

Ο πυρηνας του αστερα αποτελειται κυριως απο νετρονια.
Και καταρρεει συνεχως...
Η νευτωνεια θεωρηση περι βαρυτητας δεν μας καλυπτει πλεον.
Απο το οπλοστασιο μας ανασυρουμε τη Γενικη Θεωρια της Σχετικοτητας ,ητις και καταφθανει ... πληρης δοξης! Πολύ ευτυχής !
Η εξισωση υδροστατικης ισορροπιας του αστερα αντικαθισταται απο ακριβεστερη σχετικιστικη.Εκαι φαινεται οτι η διατηρηση της ισορροπιας ειναι πιο δυσκολη υποθεση απο οσο πιστευαμε οταν προσεγγιζαμε το θεμα με τη βοηθεια της κλασσικης φυσικης (νευτωνειας)
Ακριβεστεροι υπολογισμοι των Baade και Zwicky ,καθως και των Oppenheimer και Volkoff δειχνουν οτι ειναι δυνατη η ισορροπια αστερα με μαζα το πολυ διπλασια της ηλιακηςΟταν δεν επαρκει η πιεση των εκφυλισμενων ηλεκτρονιων τοτε η καταρρευση συνεχιζεται, τα ηλεκτρονια και τα πρωτονια συνενωνονται σε νετρονια και προκυπτει αστερας ο οποιος αποτελειται στο εσωτερικο του σχεδον εξ'ολοκληρου απο νετρονια,ενω φυσικα στην επιφανεια του, πρωτονια και ηλεκτρονια βριθουν!
Δημιουργειται λοιπον μια προσθετη πιεση, η πιεση εκφυλισμενων νετρονιων


ΑΣΤΕΡΕΣ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ
Oι neutron stars ισορροπουν χαρη στη πιεση των εκφυλισμενων νετρονιων.
Δεν παρουσιαζουν δε , περαιτερω εξελιξη,απλα συνεχιζουν να ψυχονται.
Η πυκνοτητα τους ειναι τεραστια (10^8 - 10^13 Kgr/cm3 !!!) ενω η θερμοκρασια στην επιφανεια τους φτανει τους 10^6 Kelvin.
O υπολογισμος της κρισιμης μαζας για τους αστερες νετρονιων ειναι δυσκολη υποθεση καθοσον η συμπεριφορα της υλης στις συνθηκες αυτες χρηζει περαιτερω μελετης (απο μενα τουλαχιστον σιγουρα... Ντροπή... )
Για εναν αστερα αποτελουμενο εξ ολοκληρου απο νετρονια η κρισιμη μαζα υπολογιζεται σε 0.72 ηλιακες (Θεωρηση Fermi) ενω οι Cameron-Tsuruta την υπολογιζουν σε 1.6 - 2.0 ηλιακες...


PULSARS
Οι παλλομενοι ασερες εκπεμπουν εντονη ηλεκτρομαγνητικη ακτινοβολια με περιοδο 0.3 - 3 δευτερολεπτα.Πιστεουμε πτι προκειται για αστερες νετρονιων με εντονοτατο μαγνητικο πεδιο.
Η περιοδος τους αυξανει σταθερα με ρυθμο 10^-6 sec/month.
Γεγονος που δε μας παραξενευει ιδιαιτερα αν ληφθει υποψιν η συνεχης επομπη ενεργειας.Απο την αλλη βεβαια αποτομες ελαττωσεις στη περιοδο οφειλονται σε εξισου αποτομες κατακρημνισεις του επιφανειακου φλοιου.
Εφαρμοζεται δηλαδη η αρχη διατηρησης της στροφορμης.

ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΤΩΝ PULSARS
Χρησιμοποιειται το μοντελο της θερμης κηλιδας (hot spot) γνωστο και ως μοντελο της κεκλιμενης περιστρεφομενης πηγης (oblique rotator)
Τα πρωτονια και τα ηλεκτρονια του επιφανειακου φλοιου επιταχυνομενα στη περιοχη των μαγνητικων πολων εκπεμπουν τεραστιες ποσοτητες ηλεκ.μαγν. ακτινοβολιας ,οι οποιες γινονται αντιληπτες αποο εναν παρατηρητη ,καθε φορα που η Γη βρισκεται κατα μηκος μιας διαδρομης!!!

ΜΕΛΑΝΕΣ ΟΠΕΣ
Η ύπαρξη ενός ανώτατου ορίου όσον αφορά τη μάζα ενός ευσταθούς αστέρα νετρονίων γεννά το εξής δίλημμα:τί θα συμβεί αν α) ο αστέρας απωλέσει μεν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του αλλά η μαζα του παραμένοντος πυρήνα είναι μεγαλύτερη από δύο ηλιακές μάζες, ή β)αν η ταχύτητα κατάρρευσης του πυρήνα είναι πάρα πολύ μεγάλη,έστω κι αν η μάζα του είναι μικρότερη των δύο ηλιακών ,ή γ) ο αστέρας νετρονίων συγκρουστεί με ποσοτητα μάζας τόση ώστε η συνολική να υπερβεί την κρίσιμη μάζα ?
Στις περιπτώσεις αυτές,δεν υπάρχει γνωστή φυσική δύναμη ικανή να αναστρέψει τη καταληκτική ροή και να αναστείλει την ολοκληρωτική κατάρρευση.Ο αστέρας συρρικνώνεται ασταμάτητα ,η δε ένταση του βαρυτικού του πεδίου αυξάνεται σε απίστευτο βαθμό.Η καμπύλωση του τετρασδιάστατου χωροχρονικού συνεχούς δεν επιτρέπει ούτε καν στο φως να διαφυγει.Ο αστέρας καθίσταται αόρατος.Εχει ήδη μετατραπεί σε μια μελανή οπή.


ΤΡΟΠΟΙ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕΛΑΝΩΝ ΟΠΩΝ
α)Καταστροφική κατάρρευση ενός αστέρα αρκετά μεγάλης μάζας:οι μελανές οπές που προκύπτουν μέσω αυτής της διαδικασίας έχουν μάζα ίση μέχρι και πενήντα ηλιακές μάζες και λέγονται αστρικές μελανές οπές.
Αστέρας με μάζα μεγαλύτερη των 50Μηλ. δεν μπορεί να υπάρξειλόγω αστάθειας (pulsational instability) άρα αυτό είναι και το όριο μάζας των αστρικών μελανών οπών.Αν τώρα λάβουμε υπόψιν οτι ο ρυθμός εμφάνισης υπερκαινοφανών στο γαλαξία ειναι 1-2 ανά αιώνα,καταλήγουμε στο συμπέρασμα οτι το πιθανό πλήθος των αστρικών μελανών οπών στον γαλαξία μας είναι περίπου 10^8.
β)Βαρυτική κατάρρευση ενός αστρικού σμήνους: κατά τη διάρκεια της εξέλιξης ενός αστρικού σμήνους η πυκνότητα της κεντρικής περιοχής αυξάνει συνεχώς.Στο κέντρο ενός πολύ πυκνού αστρικού σμήνους η συμπύκνωση αυτή είναι δυνατόν να οδηγησει σε συνένωση(coalesce) των αστέρων και στον σχηματισμό ενός υπερμεγέθους σώματος (supermassive object) με τη κατάρρευση του οποίου προκύπτει μελανή οπή(massive black hole) με πιθανή μάζα 10^5 - 10^9 ηλιακές ή μίας μικρότερης με μάζα 10^2 ηλιακές ,στό κέντρο του σμήνους.Ενδείξεις ύπαρξης μελανών οπών μεγάλης μάζας συναντάμε 1)στον πυρήνα του ιδιάζοντος ελλειπτικού ραδιογαλαξία Μ87 , 2) στο κέντρο του γαλαξία μας στη ραδιοπηγή Sagittarius A West και 3) σε οκτώ τουλάχιστον σφαιρωτά σμήνη που εκπέμπουν ακτίνες Χ.
γ)Πρωταρχικές μελανές οπές(primordial black holes): η λιγότερο πιθανή εκδοχή σχηματισμού.Κατά τα πρώτα στάδια δημιουργίας του σύμπαντος τοπικές ανομοιογένειες της πυκνότητας πιθανώς να επέτρεψαν τη δημιουργία μελανών οπών.Πάντως,μικροσκοπικές μελανές οπές (mini holes) με μάζα το πολύ 10^-5 r και διαστάσεις 10^-33cm είναι δυνατό να δημιουργήθηκαν με τον τρόπο αυτό.


ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΜΕΛΑΝΗΣ ΟΠΗΣ
Είναι προφανές οτι η παρατήρηση μίας μελανής οπής δεν είναι εύκολη υπόθεση.Αυτό οφείλεται κυρίως στο οτι δεν είναι εύκολο να ταυτισθεί μια μελανή οπή με ένα οπτικά παρατηρήσιμο αντικείμενο.Οι προσπάθειες κατευθύνονται προς την έμμεση παρατήρηση των μελανων οπων και δη απο τη βαρυτική επίδραση που ασκούν στο περιβάλλον τους.
Συγκεκριμένα, μπορούμε να παρατηρήσουμε:
α)Μια μελανή οπή μέσα σ'ένα μεσοαστρικό νέφος.Το μεσοαστρικό νεφος έλκεται και πέφτει μέσα στη μελανή οπή.Κατά τη διάρκεια του φαινομένου θερμαινεται και εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας διαφεύγει της βαρυτικής έλξης και καθιστά την οπή ανιχνεύσιμη.
Μία μεγαλης μάζας οπή στο κέντρο ενός σμήνους ειναι δυνατόν να προκαλέσει δύο παρατηρήσιμα φαινόμενα:1)λόγω του βαρυτικού πεδιου να εμφανιστεί αυξημένη πυκνότητα κατανομής στη κεντρική περιοχή,με επακόλουθη αύξηση της λαμπρότητας και 2) εκπομπή ασκτίνων Χ λόγω προσαύξησης της ύλης πάνω στην μελανή οπή.
β)την ακτινοβολία βαρύτητας
που εκπέμπεται κατά τις εκρήξεις των υπερκαινοφανών ή άλλα φαινόμενα π.χ. την εκπομπή jets από ορισμένους γαλαξίες, φαινόμενα σχετιζόμενα με τη κατάρρευση, τις συγκρούσεις μελανών οπών κ.λ.π.
γ)μία μελανή οπή, μέλος ενός διπλού αστέρα , το άλλο μέλος του οποίου να είναι ένας συνηθισμένος αστέρας ,σε απόσταση από αυτή ,αρκετά μεγάλη σε σχέση με την ακτίνα του.
Τυπικό παράδειγμα είναι το σύστημα ε-Aurigae.Οι μάζες των μελών του είναι περίπου 12-25 ηλιακές μάζες του συνηθισμένου αστέρα και 12-18 μάζες , του αόρατου συνοδού του.Ωστόσο το ζεύγος αυτό χρηζει περαιτέρω παρατήρησης.
δ)την ακτινοβολία Χ η οποία εκπέμπεται από φυσικά στενά ζεύγη αστέρων
Τα ζεύγη αυτά αποτελούνται συνήθως από έναν συνήθη αστέρα μεγάλων διαστάσεων,ο οποίος δεν εκπέμπει ακτίνες Χ ,γύρω από τον οποίο κινείται σε κλειστή τροχιά ένας συμπαγής αστέρας ,δηλαδή ένας λευκός νάνος ή ένας αστέρας νετρονίων ή μια μελανή οπή.Ο συνοδός είναι αόρατος η δε ύπαρξή του διαπιστώνεται από τη περιοδική μετατόπιση των φασματικών γραμμών του ορατού μέλους.


Αυτά...