Τρίτη, 30 Οκτωβρίου 2012


ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΟΖΟΝ

 Το όζον (O3) είναι μια πολύ λιγότερο σταθερή τριατομική μορφή του οξυγόνου (O2). Είναι ένα ασθενώς γαλάζιο αέριο που περιέχεται σε χαμηλές συγκεντρώσεις σε όλη την ατμόσφαιρα – και ένα δίκοπο μαχαίρι: στην τροπόσφαιρα , το όζον είναι ένας ρυπαντής που μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο αναπνευστικό σύστημα των ανθρώπων και άλλων ζώων και να καταστρέψει ευαίσθητα φυτά. Η στιβάδα του όζοντος στη στρατόσφαιρα, ωστόσο, είναι ευεργετική, παρεμποδίζοντας το μεγαλύτερο ποσοστό της επιβλαβούς υπεριώδους (UV) ηλιακής ακτινοβολίας να φτάσει στην επιφάνεια της Γης  



Ανακαλύπτοντας την τρύπα 

 Ήταν ένα τυχαίο εύρημα, όπως θυμάται ο Jonathan Shanklin, ένας από τους ανθρώπους που ανακάλυψαν την τρύπα: έχοντας γίνει μέλος της ομάδας της Βρετανικής Έρευνας για την Ανταρκτική (British Antarctic Survey)w1 το 1977, υποτίθεται ότι έπρεπε να ψηφιοποιήσει την πληθώρα των καταγεγραμμένων μετρήσεων του όζοντος – μέχρι τότε, χειρόγραφες σημειώσεις. Όπως αποδείχθηκε, αυτό περιελάμβανε και την κρίσιμη δεκαετία, τη δεκαετία του 1970, όταν τα επίπεδα του όζοντος άρχισαν να πέφτουν. Ήδη υπήρχε αυξανόμενη ανησυχία ότι οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) – οργανικές ενώσεις, όπως το τριχλωροφθορομεθάνιο (CFCl3) και το διχλωροδιφθορομεθάνιο (CF2Cl2), που τότε χρησιμοποιούνταν ευρέως ως ψυκτικά υγρά, προωθητικά αέρια (στα σπρέι) και διαλύτες – ίσως κατέστρεφαν τη στιβάδα του όζοντος. Για μία ημέρα ελεύθερης προσέλευσης επισκεπτών το 1983, ο Shanklin ετοίμασε ένα γράφημα – ως ειρωνεία της τύχης, για να δείξει ότι οι τιμές του όζοντος δεν ήταν διαφορετικές από τις αντίστοιχες είκοσι χρόνων πριν. Παρόλο που αυτό ήταν αληθές για τα συνολικά επίπεδα του όζοντος, παρατήρησε ότι οι ανοιξιάτικες τιμές ήταν χαμηλότερες από τον ένα χρόνο στον άλλο. Περαιτέρω μελέτες το επιβεβαίωσαν και το 1985 ο Shanklin και οι συνεργάτες του Joe Farman και Brian Gardiner δημοσίευσαν τα ευρήματά τους: κάθε άνοιξη του νότιου ημισφαιρίου, μία τρύπα στη στιβάδα του όζοντος απλωνόταν πάνω από την Ανταρκτική, είχε προκληθεί πιθανώς από τους CFCs και αυξανόταν διαρκώς (Farman et al., 1985).


Φυσικοί καταλυτικοί κύκλοι ελαττώνουν τα επίπεδα του όζοντος
Το 1995, οι Paul Crutzen, Mario Molina και F. Sherwood Rowland κέρδισαν το Βραβείο Νόμπελ Χημείας για την εργασία τους στο σχηματισμό και τη διάσπαση του όζοντος στη στρατόσφαιρα. Τι είχαν μάθει; Τη δεκαετία του 1970, οι Crutzen κ.α. ανακάλυψαν την ύπαρξη φυσικών καταλυτικών κύκλων που επιταχύνουν την αντίδραση 4 και μειώνουν την ποσότητα του όζοντος στη στρατόσφαιρα (Crutzen, 1970, 1971): νερό (H2O), μεθάνιο (CH4), μονοξείδιο του διαζώτου (N2O) και χλωρομεθάνιο (CH3Cl) απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα μέσω βιολογικών διεργασιών, που συμβαίνουν στην επιφάνεια της Γης, και οδηγούν στο σχηματισμό ελευθέρων ριζών, όπως το υδροξύλιο (OH•), το μονοξείδιο του αζώτου (NO•) και το ατομικό χλώριο (Cl•), τα οποία καταλύουν τη διάσπαση του όζοντος.

Ο γρίφος της τρύπας του όζοντος πάνω από την Ανταρκτική

Οι επιστήμονες δεν άργησαν να συνειδητοποιήσουν ότι οι CFCs μπορούσαν να ενεργοποιήσουν έναν παρόμοιο καταλυτικό κύκλο αποικοδόμησης του όζοντος: το 1974, οι Molina και Rowland όχι μόνο προειδοποίησαν ότι τα επίπεδα των CFCs συνέχιζαν να αυξάνονται χωρίς ρύθμιση, αλλά επίσης προέβλεψαν ότι οι CFCs θα προκαλούσαν μια σημαντική επιπρόσθετη απώλεια όζοντος σε υψόμετρο περίπου 40 km (βλ. Molina & Rowland, 1974). Ωστόσο, όταν η τρύπα του όζοντος ανακαλύφθηκε τελικά το 1985, ήταν στην πραγματικότητα σε υψόμετρο περίπου 20 km, πάνω από το Νότιο Πόλο την άνοιξη του νότιου ημισφαιρίου (βλ. Farman et al., 1985).

Αμέσως έγινε αντιληπτό ότι οι ελεύθερες ρίζες ατομικού χλωρίου από τους CFCs ήταν υπεύθυνες, αλλά πολλές ερωτήσεις παρέμεναν αναπάντητες. Γιατί η τρύπα εμφανίστηκε πάνω από τον Πόλο; Αφού εμφανίστηκε πάνω από το Νότιο Πόλο, γιατί δεν εμφανίστηκε και πάνω από το Βόρειο Πόλο; Γιατί μόνο την άνοιξη; Και γιατί η τρύπα του όζοντος υπήρχε σε υψόμετρο 20 km αντί 40 km, όπως αρχικά είχε προβλεφθεί; Εξάλλου, οι CFCs δεν μπορούσαν να διασπαστούν από το ηλιακό φως σε υψόμετρο τόσο χαμηλό όσο των 20 km, αφού η πυκνότητα των φωτονίων ήταν ανεπαρκής. Για τον ίδιο λόγο, δεν παράγονται αρκετά άτομα οξυγόνου σε αυτό το υψόμετρο, ώστε να πραγματοποιηθεί η αντίδραση 7. Πολλά χρόνια περαιτέρω μελέτης αποκάλυψαν ολόκληρη την ιστορία.

Πρώτον, οι ελεύθερες ρίζες ατομικού χλωρίου, που απελευθερώνονται από τους CFCs, π.χ
             CFCl3  +  hν    →    •CFCl2  +  Cl•        l ~ 200 nm           (10)
μπορούν να αντιδράσουν με το μεθάνιο (αντίδραση 8) σχηματίζοντας υδροχλώριο ή με το όζον (αντίδραση 6) σχηματίζοντας ρίζες μονοξειδίου του χλωρίου, και μέσω της αντίδρασης 9 μπορούν στη συνέχεια να σχηματίσουν νιτρικό χλώριο. Αυτή η ακολουθία αντιδράσεων θα προκαλούσε αύξηση στις συγκεντρώσεις του υδροχλωρίου και του νιτρικού χλωρίου σε υψόμετρο περίπου 40 km παγκοσμίως.

 Κάθε χειμώνα του νότιου ημισφαιρίου, ο Νότιος Πόλος βυθίζεται στο σκοτάδι για τρεις μήνες περίπου. Ο αέρας στη στρατόσφαιρα πάνω από το Νότιο Πόλο ψύχεται. Χωρίς υπεριώδη ακτινοβολία, η αντίδραση 3 δε λαμβάνει χώρα, και έτσι δεν απελευθερώνεται θερμότητα. Ο αέρας κατέρχεται και η περιστροφή της Γης τον εξαναγκάζει να περιστρέφεται σχηματίζοντας μία δίνη, όπως το νερό όταν αδειάζει ο νιπτήρας. Αυτή η δίνη είναι τόσο ισχυρή, ώστε αέρας από το εξωτερικό να μην μπορεί να εισέλθει και αέρας από το εσωτερικό να μην μπορεί να εξέλθει. Ο αέρας που είναι πλούσιος σε υδροχλώριο και νιτρικό χλώριο στο υψόμετρο των 40 km παρασύρεται προς τα κάτω σε αυτή την ψυχρή και σκοτεινή δίνη.
Στις ακραίες συνθήκες ψύχους του πολικού χειμώνα, ο αέρας σε αυτή τη δίνη γίνεται τόσο ψυχρός, ώστε κάτω από τους -78°C (195 K) και σε ένα υψόμετρο 15-25 km, πολικά στρατοσφαιρικά νέφη σχηματίζονται από κρυστάλλους νερού και / ή οξέων.
Το πρώτο παράξενο χημικό φαινόμενο είναι ότι το υδροχλώριο και το νιτρικό χλώριο μπορούν να προσροφηθούν στα πολικά στρατοσφαιρικά νέφη και να υποστούν μία ταχεία ετερογενή αντίδραση από την αέρια στη στερεή φάση, παράγοντας νιτρικό οξύ (HNO3) που ενσωματώνεται στους κρυστάλλους πάγου, ενώ το μοριακό χλώριο (Cl2) απελευθερώνεται πάλι στην αέρια φάση.
HCl + ClONO2 → HNO3 + Cl2 πολικά στρατοσφαιρικά νέφη  (11)
Αυτή η αντίδραση μπορεί να λαμβάνει χώρα όλο το χειμώνα, εάν έχει αρκετό κρύο ώστε να σχηματιστούν τα πολικά στρατοσφαιρικά νέφη. Όταν η ηλιοφάνεια επιστρέφει την άνοιξη, υπάρχει πληθώρα μορίων χλωρίου σε υψόμετρο περίπου 15-25 km, τα οποία φωτολύονται παράγοντας ρίζες ατομικού χλωρίου:
Cl2 + hν →   Cl• + Cl•   l ~ 350 nm           (12)
και στη συνέχεια ρίζες μονοξειδίου του χλωρίου μέσω της αντίδρασης 6.
Ωστόσο, κατά την πολική άνοιξη, η αντίδραση 7 (ο σχηματισμός των ριζών χλωρίου και των μορίων οξυγόνου από τις ρίζες μονοξειδίου του χλωρίου και οξυγόνου) είναι πολύ αργή, αφού υπάρχουν πολύ λίγα άτομα οξυγόνου, λόγω της έλλειψης φωτονίων 200 nm σε αυτό το υψόμετρο, και εδώ είναι που συμβαίνει το δεύτερο παράδοξο χημικό φαινόμενο. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, όπως στην πολική δίνη – που είναι πολύ ψυχρή, ακόμα και την άνοιξη – οι ρίζες μονοξειδίου του χλωρίου μπορούν να σχηματίσουν ένα διμερές, το υπεροξείδιο του χλωρίου (ClOOCl):
ClO• + ClO• →  ClOOCl                             (13)
Αυτό το διμερές είναι ασταθές σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά αρκετά σταθερό σε χαμηλές θερμοκρασίες (κάτω των -30 °C) και μπορεί να φωτολυθεί:
ClOOCl + hν →  Cl• + O2 + Cl•  l ~ 300 nm   (14)
Έτσι, παρόλο που η αντίδραση 7 δε συμβαίνει, η αντίδραση 14 παρέχει μία οδό αναγέννησης των ελευθέρων ριζών ατομικού χλωρίου με τη βοήθεια του φωτός, και ο καταλυτικός κύκλος της καταστροφής του όζοντος μπορεί να ξεκινήσει τώρα που επιστρέφει η ηλιοφάνεια.

Σε τι διαφέρει αυτό από τους φυσικούς καταλυτικούς κύκλους που είδαμε πριν – γιατί υπάρχει πλήρης απομάκρυνση του όζοντος σε κάποιο υψόμετρο σε αυτή τη δίνη; Πρώτον, η αντίδραση 8 (η οποία απομακρύνει τις ρίζες χλωρίου και μπορεί να τερματίσει τον κύκλο) είναι πολύ αργή στις χαμηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στη δίνη, και επομένως αναποτελεσματική. Δεύτερον, όλο το διοξείδιο του αζώτου που απαιτείται για την αντίδραση 9 (η οποία όμοια θα τερμάτιζε τον κύκλο, μέσω του σχηματισμού του ClONO2) έχει μετατραπεί σε νιτρικό οξύ κατά τη διάρκεια του χειμώνα (π.χ. μέσω των αντιδράσεων 9 και 11) και δεν μπορεί να αναπληρωθεί, αφού δεν υπάρχει ανοδικό ρεύμα αέρα στη δίνη (στη βάση της δίνης, ο αέρας ρέει από το Νότιο Πόλο προς τον Ισημερινό, όπου η ανοδική ροή λαμβάνει χώρα). Επομένως ο κύκλος συνεχίζεται ανενόχλητος και καταστρέφει όλο το όζον σε αυτό το επίπεδο. Τελικά, χωρίς όζον, η αντίδραση 3, που διαφορετικά θα θέρμαινε αυτή την περιοχή, δεν πραγματοποιείται και έτσι η δίνη διατηρείται κατά τη διάρκεια της άνοιξης, επιδεινώνοντας την καταστροφή του όζοντος.
Ο μόνος λόγος που η τρύπα του όζοντος είναι πιο έντονη πάνω από το Νότιο Πόλο από ό,τι πάνω από το Βόρειο, είναι ότι οι εαρινές θερμοκρασίες στη στρατόσφαιρα πάνω από το Βόρειο Πόλο είναι ελαφρώς μεγαλύτερες από αυτές της στρατόσφαιρας πάνω από το Νότιο Πόλο, γιατί υπάρχουν περισσότερες οροσειρές στα μεσαία έως μεγάλα γεωγραφικά πλάτη του βόρειου ημισφαιρίου, που μεταβάλλουν τη δυναμική της ατμοσφαιρικής ροής, με αποτέλεσμα να υπάρχουν λιγότερα πολικά στρατοσφαιρικά νέφη.



Αργά την άνοιξη, η ροή του πλούσιου σε όζον αέρα από επάνω θερμαίνει τελικά τη δίνη μέσω της αντίδρασης 3, επιτρέποντας στη δίνη να διαλυθεί. Εφόσον η ανταλλαγή με άλλα μέρη της ατμόσφαιρας γίνεται πάλι δυνατή, η τρύπα του όζοντος γεμίζει με όζον από τον περιβάλλοντα αέρα.
Σε μερικά χρόνια, η τρύπα του όζοντος πάνω από την Ανταρκτική απλώθηκε τόσο πολύ, που έφτασε στην Αυστραλία, τη Νέα Ζηλανδία, τη Χιλή και την Αργεντινή, φτάνοντας μιάμιση φορά το μέγεθος των ΗΠΑ. Και όταν η τρύπα του όζοντος καταστρέφεται, ο ελλειμματικός σε όζον αέρας μετακινείται σε γειτονικές (κατοικημένες) περιοχές, συμπεριλαμβανομένης και της Νότιας Αφρικής. Για τους ανθρώπους σε αυτές τις περιοχές, η τρύπα του όζοντος αποτελεί μια άμεση απειλή της υγείας. Η κύρια ανησυχία είναι η αυξημένη έκθεση στην UV ακτινοβολία, που μπορεί να προκαλέσει καρκίνο του δέρματος και καταρράκτη στα μάτια, καθώς επίσης και βλάβη στο ανοσοποιητικό σύστημα. Επιπλέον, υπερβολική έκθεση στην UV ακτινοβολία προκαλεί βλάβες στα φυτά και στα οικοδομικά υλικά.

Οι CFCs και το όζον σήμερα

 

Σήμερα, έχουμε κατανοήσει σε ικανοποιητικό βαθμό τις φυσικές και χημικές διεργασίες που κυριαρχούν στη στιβάδα του όζοντος.  


Από τη στιγμή που έγινε εμφανής ο πραγματικός αντίκτυπος των CFCs στην καταστροφή του όζοντος, οι κυβερνήσεις υιοθέτησαν κανονισμούς για να σταματήσουν τη χρήση των CFCs, αντικαθιστώντας τους με εναλλακτικές, περιορισμένης ζωής, ουσίες (υδροφθοράνθρακες και υδροχλωροφθοράνθρακες), οι οποίες όμως τελικά επίσης καταργήθηκαν: Το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ του 1987 και ειδικά οι τροποποιήσεις του το 1990 και το 1992, που επιτάχυναν την κατάργηση, ήταν μια περιβαλλοντική επιτυχία.
Τα πιο πρόσφατα δεδομένα από το AGAGE (the Advanced Global Atmospheric Gases Experiment)w2, το οποίο παρακολουθεί τα επίπεδα των CFCs και των αντικαταστατών τους από το 1978, δείχνουν ότι ακόμα και τα ατμοσφαιρικά επίπεδα του διχλωροδιφθορομεθανίου (CF2Cl2), του μεγαλύτερης διάρκειας ζωής χλωροφθοράνθρακα, τώρα μειώνονται: η νομοθεσία ήταν αποτελεσματική (αριστερά). Μία τρύπα στη στιβάδα του όζοντος συνεχίζει να σχηματίζεται κάθε άνοιξη πάνω από το Νότιο Πόλο, αλλά εκτιμάται ότι έως το 2050 αυτό δε θα συμβαίνει πλέον, και ότι έως το 2080 το παγκόσμιο όζον θα επιστρέψει στα επίπεδα της δεκαετίας του 1950.
Η τρύπα του όζοντος είναι το αποτέλεσμα μιας αυξημένης χρήσης των CFCs, η οποία ξεκίνησε τη δεκαετία του 1930 – όπως οποιοδήποτε άλλο αέριο, οι CFCs χρειάζονται 30-40 χρόνια για να φτάσουν την ανώτερη στρατόσφαιρα, που σημαίνει ότι υπάρχει μια αντίστοιχη καθυστέρηση στην επίπτωση που έχουν στη στιβάδα του όζοντος. Αυτή τη στιγμή βιώνουμε το μέγιστο των επιπέδων του χλωρίου στη στρατόσφαιρα, ως αποτέλεσμα της μεγάλης χρήσης των CFCs κατά τη δεκαετία του 1980 – οπότε το μέγιστο μέγεθος, που έχει η τρύπα του όζοντος κάθε χρόνο, θα πρέπει να αρχίσει να μειώνεται σε λίγα χρόνια από τώρα.
Παρόλο που η ανάκαμψη είναι αργή, σίγουρα σταματήσαμε μια καταστροφή: οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι αν η χρήση των CFCs είχε συνεχιστεί με τον ετήσιο ρυθμό αύξησης 3% της δεκαετίας του 1970, αυτό θα είχε οδηγήσει σε μια παγκόσμια τρύπα του όζοντος έως το 2060, με όλα τα προβλήματα υγείας που θα επέφερε (βλ. δεξιά; Newman et al., 2009).
Ίσως το πιο σημαντικό μάθημα που πρέπει να πάρουμε από την τρύπα του όζοντος είναι το πόσο γρήγορα ο πλανήτης μας μπορεί να αλλάξει από την ανθρώπινη επίδραση – κυρίως προς το χειρότερο, αλλά επίσης και προς το καλύτερο – και ότι η αλλαγή είναι δυνατή, αν δράσουμε συντονισμένα, αποτελεσματικά και γρήγορα.


Έτσι θα ήταν η τρύπα του όζοντος, αν δεν είχαν απαγορευθεί οι CFCs. 


Τρύπα του όζοντος (Αυτός ο κλέφτης το Χλώριο τι κάνει στο όζον




Κυριακή, 7 Οκτωβρίου 2012

Πάλσαρ

 

Ποιος είναι άραγε ο μηχανισμός εκείνος που επιτρέπει στα πάλσαρ να εκπέμπουν τις ραδιοακτινοβολίες τους με ρυθμό μέχρι και εκατοντάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο και με τόση απόλυτη σταθερότητα;

Είναι άστρα, αλλά περιστρέφονται σαν σβούρες εκατοντάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο. Σε κάθε περιστροφή τους εκπέμπουν από τους μαγνητικούς πόλους τους τεράστιες ποσότητες ακτινοβολιών σαν απόκοσμοι φάροι του Διαστήματος. Ένα τέτοιο άστρο είναι πραγματικά κάτι το αδιανόητο. Υλικά από ένα τέτοιο άστρο με μέγεθος όσο είναι το κεφάλι μιας καρφίτσας, θα «ζύγιζαν» ένα εκατομμύριο τόνους, δέκα δηλαδή φορές περισσότερο από ένα σύγχρονο αεροπλανοφόρο! Επί πλέον, αν ρίχναμε έναν απλό σπόρο σταριού πάνω σ’ ένα τέτοιο άστρο θα δημιουργούσε τόση ενέργεια όση και η ατομική βόμβα που έπεσε στη Χιροσίμα.
Η πυκνότητα των υλικών του δημιουργεί επίσης πραγματικά αδιανόητες βαρυτικές δυνάμεις. Ένα μωρό 5 κιλών, για παράδειγμα, στην επιφάνεια ενός τέτοιου άστρου θα «ζύγιζε» 50 εκατομμύρια τόνους! Άλλωστε το ίδιο το άστρο «ζυγίζει» 2.400 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων τόνους, 400.000 δηλαδή φορές περισσότερο από τη Γη μας παρ’ όλο που η διάμετρός του είναι 1.300 περίπου φορές μικρότερη. Αν μάλιστα η Γη μας είχε συμπιεστεί σε μια σφαίρα με την πυκνότητα που έχει ένα τέτοιο άστρο θα χωρούσε άνετα στο εσωτερικό του κλειστού Σταδίου «Ειρήνης και Φιλίας» στο Φάληρο. Κι όμως αυτού του είδους τα άστρα υπάρχουν αν και ανακαλύφτηκαν προσφάτως, μόλις πριν από μερικές δεκαετίες.
Πριν από 50 περίπου χρόνια παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στον αστερισμό των Ιστίων, μια αχνή νε φελώδης περιοχή αερίων και σκόνης. Το νεφέλωμα αυτό διερευνήθηκε επισταμένα το 1950-1955 από τον Αυστραλό αστρονόμο Κόλιν Γκαμ, από τον οποίο έλαβε και την ονομασία του. Το νεφέλωμα Γκαμ απέχει μόλις 1.500 έτη φωτός από μας, ενώ η έκρηξη του άστρου από την οποία σχηματίστηκε είχε τη λαμπρότητα της Πανσελήνου. Κανείς όμως δεν κατέγραψε τη λαμπερή αυτή σουπερνόβα, γιατί η έκρηξη του άστρου συνέβη πριν από 30.000 χρόνια κατά τη διάρκεια της Παλαιολιθικής Εποχής. Αντίθετα όμως μια άλλη παρόμοια έκρηξη καταγράφηκε, με αρκετές μάλιστα λεπτομέρειες, στις 4/7 του 1054 μ.Χ.
Τότε ο Κινέζος αστρονόμος Γιανγκ Γουέι-Τε, παρατήρησε ένα νέο λαμπερό σημάδι στον ουρανό που φαινόταν ακόμη και την ημέρα για τρεις ολόκληρες εβδομάδες. Σιγά-σιγά όμως άρχισε να ξεθωριάζει μέχρις ότου, 21 μήνες μετά την εμφάνισή του, ο λαμπρός αυτός «επισκέπτης» είχε πια χαθεί από τον ουρανό. Ο «επισκέπτης» αυτός του 1054 μ.Χ., δεν ήταν τίποτα παραπάνω από την επιθανάτια έκρηξη ενός τεράστιου γέρικου άστρου, που στα τελευταία στάδια της ζωής του μετατράπηκε σε σουπερνόβα. Το άστρο αυτό βρισκόταν σε απόσταση 6.300 ετών φωτός και τη στιγμή της μεγαλύτερής του έντασης έλαμπε με την ισχύ 500 εκατομμυρίων ήλιων. Κατά συνέπεια ο Γιανγκ Γουέι-Τε παρακολούθησε ένα γεγονός που είχε ξανασυμβεί πριν από 6.300 χρόνια, γύρω στο 5200 π.Χ., την εποχή που οι Σουμέριοι εγκαταστάθηκαν στη Μεσοποταμία. Στο σημείο εκείνης της έκρηξης τα σύγχρονα τηλεσκόπιά μας έχουν αποκαλύψει ένα φωτεινό νεφέλωμα, που μοιάζει με κάβουρα και γι’ αυτό ονομάστηκε Νεφέλωμα Καρκίνος. Το νεφέλωμα αυτό, στον αστερισμό του Ταύρου, είναι τα υπολείμματα ενός κατεστραμμένου άστρου που παρ’ όλα αυτά λάμπει ακόμη και σήμερα με τη φωτεινότητα 30.000 ήλιων.
Τον Αύγουστο του 1967 Άγγλοι ραδιοαστρονόμοι, ο καθηγητής Α. Χιούις (Νόμπελ Φυσικής 1974) και η ερευνήτρια Τ. Μπελ, παρατήρησαν στον ουρανό, στο μέσο σχεδόν της απόστασης ανάμεσα στα άστρα Βέγα στον αστερισμό της Λύρας και Αλτάιρ στον αστερισμό του Αετού, μερικούς παράξενους ραδιοπαλμούς. Οι παλμοί αυτοί ήσαν τόσο απόλυτα σταθεροί, ώστε στην αρχή πίστεψαν ότι ήσαν τα σήματα κάποιου τεχνολογικά προηγμένου διαστημικού πολιτισμού. Αργότερα όμως ανακαλύφτηκαν παρόμοια σήματα και σε άλλα σημεία τ’ ουρανού. Οι πηγές αυτές ονομάστηκαν παλλόμενες ραδιοπηγές και έγιναν γνωστές με τη διεθνή συγκεκομμένη ονομασία τους Πάλσαρ.
Τον Οκτώβριο του 1968 Αμερικανοί ραδιοαστρονόμοι παρατηρώντας το Νεφέλωμα Καρκίνος ανακάλυψαν ένα πάλσαρ που είχε τη μικρότερη μέχρι τότε παλμική περίοδο, η οποία έφτανε το 0,033099 του δευτερολέπτου. Το ίδιο πάλσαρ δεν ξέφυγε τελικά ούτε και από τις φωτογραφικές μας μηχανές. Μ’ ένα ειδικό σύστημα μπορέσαμε να φωτογραφήσουμε την πηγή των ραδιοπαλμών, που απεδείχθη ότι ήταν ένα μικροσκοπικό άστρο 12 χιλιομέτρων, στο κέντρο σχεδόν του νεφελώματος, με την καταπληκτική ιδιότητα να αναβοσβήνει 30 φορές κάθε δευτερόλεπτο.
Κι όμως, η ύπαρξη των παράξενων αυτών άστρων είχε προβλεφτεί θεωρητικά από τη δεκαετία ακόμη του 1930. Σύμφωνα με τις θεωρίες της εποχής εκείνης, η απότομη και υπερβολικά ταχεία βαρυτική κατάρρευση των υλικών της καρδιάς ενός γιγάντιου άστρου, πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα την τρομαχτική συμπίεση του αστρικού κέντρου στην πυκνότητα ενός ατομικού πυρήνα. Συγχρόνως η έκρηξη και αποβολή των εξωτερικών στρωμάτων του άστρου πρέπει να θεωρείται ένα παράλληλο και αναπόφευκτο φαινόμενο της όλης διαδικασίας της κατάρρευσης του αστρικού πυρήνα.
Μια τέτοια έκρηξη συμπιέζει τον πυρήνα του άστρου σε τέτοιο βαθμό, ώστε η ύλη από την οποία αποτελείται, να είναι πυκνά «πακεταρισμένη» και το άστρο αυτό να μοιάζει μ’ έναν τεράστιο ατομικό πυρήνα. Και πράγματι, όταν στο τέλος της ζωής του τα υλικά που έχουν απομείνει σ’ ένα άστρο υπερβαίνουν το Όριο Τσαντρασεκάρ, είναι δηλαδή πάνω από 1,4 αλλά κάτω από περίπου 3 ηλιακές μάζες, τότε το άστρο αυτό δεν πεθαίνει ως άσπρος νάνος, αλλά αντιθέτως η συμπίεση των υλικών του συνεχίζεται πέρα από την πυκνότητα των άσπρων νάνων.
Υπό την τεράστια αυτή συμπίεση τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια των χημικών στοιχείων του άστρου συγχωνεύονται με τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια του πυρήνα με αποτέλεσμα τη δημιουργία νετρονίων και νετρίνων. Και ενώ τα νετρίνα δραπετεύουν άμεσα από το άστρο, μεταφέροντας μάλιστα το 99,99% από την ενέργειά του, τα νεοσχηματισμένα νετρόνια παραμένουν εκεί και ενώνονται με τα ήδη υπάρχοντα των ατομικών πυρήνων. Όλα αυτά τα νετρόνια όμως είναι τόσο σφιχτά συμπιεσμένα, ώστε εφάπτονται σχεδόν το ένα με το άλλο. Αποτέλεσμα αυτής της συμπίεσης είναι η δημιουργία μιας σφαίρας μερικών χιλιομέτρων με την πιο λεία, στερεή επιφάνεια που έχει γνωρίσει ποτέ το Σύμπαν. Βρισκόμαστε δηλαδή αντιμέτωποι μ’ ένα άστρο νετρονίων.

Οι θεωρητικές εκτιμήσεις για την ύπαρξη των άστρων αυτών διατυπώθηκαν, ανεξάρτητα ή και σε συνεργασία, από αρκετούς περίφημους αστρονόμους και αστροφυσικούς σ’ όλη τη διάρκεια της δεκαετίας του 1930. Έτσι όταν το 1968 ανακοινώθηκε η ανακάλυψη του πάλσαρ στο Νεφέλωμα Καρκίνος, διάφορες αστροφυσικές ομάδες ερευνητών εντατικοποίησαν τις μελέτες τους και σύντομα εντοπίστηκαν αρκετές εκατοντάδες παρόμοιων τέτοιων αντικειμένων.
Ένας από τους στόχους των ερευνητών για την καλύτερη κατανόηση των πάλσαρ ήταν και η επεξήγηση του φαινομένου και της όλης διαδικασίας, που τα επέτρεπε να συναγωνίζονται σε απόλυτη ακρίβεια τα καλύτερα ρολόγια που κατασκεύασε ο άνθρωπος. Ποιος ήταν άραγε ο μηχανισμός εκείνος που επέτρεπε στα πάλσαρ να εκπέμπουν τις ραδιοακτινοβολίες τους με ρυθμό μέχρι και 30 φορές κάθε δευτερόλεπτο και με τόση απόλυτη σταθερότητα;
Τη λύση έδωσε ο αστρονόμος του Πανεπιστημίου Κορνέλ, Τόμας Γκολντ, ο οποίος ταύτισε τα πάλσαρ με τα άστρα νετρονίων των θεωριών που είχαν διατυπώσει οι Οπενχάιμερ και Λαντάου στη δεκαετία του 1930. Σύμφωνα με την άποψη του Γκολντ η συμπίεση των υλικών του άστρου το υποχρεώνει σε συνεχή και όλο και πιο πολύ σμίκρυνση. Αλλά όσο μικραίνει το άστρο, τόσο μεγαλώνει ο ρυθμός της περιστροφής του σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της στροφορμής. Συμβαίνει δηλαδή ακριβώς το ίδιο με αυτό που κάνει μια μπαλαρίνα, η οποία όταν μαζεύει τα απλωμένα χέρια της πλησιέστερα στο σώμα της, περιστρέφεται όλο και πιο γρήγορα.
Η συμπίεση όμως ενός άστρου κατά 70.000 φορές, στο μέγεθος ενός άστρου νετρονίων, έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του μαγνητικού του πεδίου κατά 5 δισεκατομμύρια φορές. Έτσι τα ηλεκτρόνια που ξεφεύγουν από την επιφάνεια του άστρου λόγω της ταχύτατης περιστροφής του, φυλακίζονται από το ισχυρότατο αυτό μαγνητικό πεδίο.
Καθώς όμως το άστρο περιστρέφεται όλο και πιο γρήγορα, μεγάλες ποσότητες από τα αιχμαλωτισμένα ηλεκτρόνια κατορθώνουν να διαφύγουν δραπετεύοντας από τους μαγνητικούς πόλους του άστρου. Επειδή συνήθως οι μαγνητικοί πόλοι δεν συμπίπτουν με τους πόλους της περιστροφής ενός άστρου, η διασπορά των ηλεκτρονίων στο Διάστημα εντοπίζεται μόνο με κάθε εμφάνιση των δύο μαγνητικών του πόλων. Τα ηλεκτρόνια που διαφεύγουν, λόγω της ύπαρξης του μαγνητικού πεδίου, χάνουν ενέργεια με τη μορφή μικροκυμάτων και επειδή τα μικροκύματα δεν επηρεάζονται από μαγνητικά πεδία κατορθώνουν να διασκορπιστούν σαν πίδακες ακτινοβολίας στο Διάστημα.
Κάθε άστρο νετρονίων λοιπόν εκπέμπει μ’ αυτόν τον τρόπο πίδακες ραδιοκυμάτων από τους μαγνητικούς του πόλους. Αλλά ένα μόνο πάλσαρ στα εκατό βρίσκεται σε τέτοια θέση σε σχέση με τη Γη, ώστε η περιστροφή των μαγνητικών του πόλων να στέλνει στον πλανήτη μας παρατηρήσιμες ραδιοεκπομπές. Έτσι από τα 100.000 πάλσαρ, που υπολογίζεται ότι υπάρχουν στο Γαλαξία μας, δεν είναι δυνατόν να παρατηρήσουμε περισσότερες από μερικές, το πολύ, χιλιάδες, αν και μέχρι σήμερα έχουν ήδη ανακαλυφτεί εκατοντάδες τέτοιων αντικειμένων.
Ένα απ’ αυτά μάλιστα, ο PSR1937+214, ο οποίος ανακαλύφτηκε στις 12 Νοεμβρίου 1982, έχει μια καταπληκτική περιστροφική περίοδο, αφού περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του 642 φορές κάθε δευτερόλεπτο! Αν η διάμετρός του είναι 20 km περίπου, τότε η περίμετρος του ισημερινού του δεν υπερβαίνει τα 63 km περίπου, πράγμα που σημαίνει ότι ένα οποιοδήποτε σημείο στον ισημερινό του περιφέρεται με ταχύτητα 40.446 km/s ή με 13,5%, περίπου, της ταχύτητας του φωτός!
Ένα άστρο νετρονίων όμως έχει κι άλλες καταπληκτικές ιδιότητες. Αν για παράδειγμα μπορούσαμε να εισχωρήσουμε βαθιά στο κέντρο των φωτεινών αερίων, που αποτελούν το Νεφέλωμα Καρκίνος, θα βρισκόμασταν αντιμέτωποι με μια απίστευτη αστρική ραδιοπηγή, η οποία εκπέμπει τόση ενέργεια όση 10.000 άστρα σαν τον Ήλιό μας. Με διάμετρο μερικών μόνο χιλιομέτρων, το άστρο αυτό είναι ο υπερσυμπιεσμένος αστρικός πυρήνας που απέμεινε μετά την έκρηξη της σουπερνόβα του 1054 μ.Χ. Η πυκνότητά του είναι τόσο μεγάλη, ώστε αν ένα κομμάτι του με μέγεθος ενός κόκκου άμμου έπεφτε πάνω στη Γη μας θα την διαπερνούσε τελείως από την μιαν άκρη στην άλλη, με την ίδια ευκολία που μια υπερθερμασμένη καυτή σιδερόβεργα διαπερνάει ένα λεπτό διαφανές φύλλο νάιλον. Για να μπορέσουμε μάλιστα να πούμε ότι πλησιάσαμε κάπως τη φανταστική πυκνότητα ενός τέτοιου άστρου θα έπρεπε ολόκληρος ο σημερινός πληθυσμός του πλανήτη μας, έξι δηλαδή δισεκατομμύρια άνθρωποι, να συμπιέζονταν στο μέγεθος μιας σταγόνας νερού. Τίποτα όμως δεν μπορεί να συγκριθεί με κάτι ακόμη πιο αδιανόητο: την ύπαρξη μιας Μαύρης Τρύπας, όπου ακόμη και το φως αδυνατεί να ξεφύγει από τα «δίχτυα» της, λόγω της τεράστιας βαρύτητας που επικρατεί εκεί.

Σάββατο, 6 Οκτωβρίου 2012

 

Η στάχτη των άστρων

Τα πάντα στο σύμπαν , κι εμείς οι ίδιοι, είμαστε φτιαγμένοι από κοσμική σκόνη.

Για την ακρίβεια το δεξί μας χέρι , μπορεί να είναι από διαφορετικό γαλαξία από τ αριστερό.


 

Ελάχιστοι άνθρωποι είναι αυτοί, που ατενίζοντας τον αστροφώτιστο νυχτερινό ουρανό, δεν αναρωτήθηκαν κάποτε για το Σύμπαν που μας περιβάλλει. Χιλιάδες ερωτήσεις έχουν τεθεί κατά καιρούς, από τους πρωτόγονους νομάδες μέχρι τους σύγχρονους αστρονόμους και αστροφυσικούς. Και όλες, οι μυριάδες αυτές των ερωτήσεων, μπορούν να συμπυκνωθούν σε μια και μοναδική: Τι, άραγε, υπάρχει εκεί έξω; Ή ακόμη πιο απλά: Από τι αποτελείται το Σύμπαν;
Το μεγαλύτερο μέρος του Σύμπαντος αποτελείται από το τίποτα. Ένα ελάχιστο μόνο ποσοστό του περιλαμβάνει την ύλη την οποία βλέπουμε. Οτιδήποτε υλικό είναι φτιαγμένο από άτομα. Και όλα αυτά τα άτομα, όλα τα συστατικά της Γης, κάθε άτομο βράχων ή λουλουδιών, φωτιάς, σύννεφου ή θάλασσας γεννήθηκε προηγουμένως σε κάποιους άλλους ήλιους, κάποιας αρχέγονης εποχής. Όπως κι εμείς, άλλωστε. Γιατί κι εμείς δεν είμαστε παρά μέρος της πρωτόγονης εκείνης ύλης, που αρχικά δημιουργήθηκε με τη βίαιη γέννηση του Σύμπαντος. Η ύλη που αποτελεί τα σώματά μας «κάηκε» και ανασχηματίστηκε στην καρδιά γιγάντιων κόκκινων άστρων. Ύλη που δημιουργήθηκε από στοιχεία τα οποία εκσφενδονίστηκαν στο διαστημικό κενό από εκρήξεις σουπερνόβα.
Γι’ αυτό άλλωστε είμαστε όλοι μας αστρόσκονη.
Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από χίλια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων άτομα. Ψηφιακά ο αριθμός αυτός είναι ίσος με τη μονάδα ακολουθούμενη από 27 μηδενικά. Και όμως τα άτομα αυτά είναι τόσο μικροσκοπικά, ώστε φαίνονται να είναι κι αυτά φτιαγμένα από το τίποτα: τον πυρήνα τους και τα ηλεκτρόνια που τον περιβάλλουν, ενώ το μέγεθος του καθενός δεν ξεπερνά το μισό εκατοντάκις εκατομμυριοστό του εκατοστόμετρου. Για να καταλάβετε πόσο μικρό είναι το μέγεθος αυτό, φανταστείτε ότι μπορείτε να δείτε τα άτομα στο σώμα ενός ανθρώπου και ότι τα άτομα αυτά έχουν το μέγεθος ενός κόκκου άμμου. Σ’ αυτήν την κλίμακα ο άνθρωπός μας θα είχε ύψος 3.500 km, ύψος δηλαδή ίσο με τη διάμετρο της Σελήνης. Ας κοιτάξουμε τώρα το Σύμπαν από την άλλη του όψη, την όψη του μεγάκοσμου. Αν μπορούσαμε να σμικρύνουμε το Ηλιακό μας Σύστημα κατά ένα τρισεκατομμύριο φορές, τότε θα είχε το μέγεθος ενός μεγάλου δωματίου και ο Ήλιος μας το μέγεθος του κεφαλιού μιας καρφίτσας, ενώ το πλησιέστερο σε μας άστρο (το άλφα Κενταύρου) θα βρισκόταν σε απόσταση 40 km περίπου. Στην ίδια κλίμακα ο Γαλαξίας μας θα είχε διάμετρο 1.000.000 km, ενώ το πάχος του στο κέντρο θα έφτανε τα 100.000 km. Σε όλη του μάλιστα την έκταση ο Γαλαξίας μας θα στολιζόταν από 200 δισεκατομμύρια άστρα, καθένα με μέσο μέγεθος όσο το κεφάλι μιας καρφίτσας, που θα βρισκόταν σε αποστάσεις 40 km, περίπου, το ένα από τ’ άλλο. Και ενδιάμεσα το κενό!
Στο Σύμπαν υπάρχουν περίπου ένα τρισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια περίπου άστρα. Τόσα άστρα, όσοι είναι και οι κόκκοι της άμμου σ’ όλους τους ωκεανούς της Γης. Και παρ’ όλα αυτά βρίσκουμε ένα δισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια άτομα στην ύλη, που περιέχεται μέσα σε μία δαχτυλήθρα. Το Σύμπαν δηλαδή δεν είναι παρά μια πραγματική μουσική συμφωνία, της οποίας οι νότες είναι άτομα σε συνδυασμούς απίστευτα πολύπλοκους, αν και βασίζονται σε απλούς φυσικούς νόμους. Γιατί οι πλανήτες, τα άστρα, οι γαλαξίες και η ύπαρξη ζωής, δεν είναι παρά παραλλαγές στο ίδιο θέμα, αφού ο Ήλιος, οι πλανήτες και όλα τα άλλα άστρα γεννήθηκαν από τα συντρίμμια κατεστραμμένων άστρων-σουπερνόβα και από τα αέρια και την αστρόσκονη του διαστημικού κενού. Και όλα αυτά τα άστρα είναι στην πραγματικότητα τεράστια θερμοπυρηνικά εργοστάσια παραγωγής των 92 χημικών στοιχείων, που βρίσκονται ελεύθερα στη Φύση.

 Το πιο σημαντικό στοιχείο στη ζωή και την εξέλιξη ενός άστρου καθορίζεται από την ποσότητα της μάζας που περιλαμβάνει.

Τα πρωταρχικά χημικά στοιχεία του Σύμπαντος δημιουργήθηκαν στα πρώτα τρία λεπτά της γένεσης, πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, με αναλογία 75% υδρογόνου και 25% ηλίου (και απειροελάχιστες ποσότητες δευτερίου και λιθίου). Τα υπόλοιπα 90 χημικά στοιχεία, που βρίσκουμε ελεύθερα στη φύση δημιουργούνται στο εσωτερικό των άστρων, στη θερμοπυρηνική καρδιά των οποίων το υδρογόνο μετατρέπεται σε βαρύτερα στοιχεία μέχρι το 26ο του Περιοδικού Πίνακα, δηλαδή το σίδηρο, καθώς επίσης και στις εκρήξεις των σουπερνόβα για τη δημιουργία πολύ βαρέων στοιχείων πάνω από το σίδηρο και μέχρι το ουράνιο.
Έως τις αρχές του 20ού αιώνα, ο τρόπος με τον οποίο λάμπει το πλησιέστερο σε μας άστρο, ο Ήλιος, καθώς και όλα τ’ άλλα άστρα τ’ ουρανού, αποτελούσαν για την επιστήμη ένα μεγάλο αίνιγμα. Ένα αίνιγμα του οποίου η λύση άρχισε να διαφαίνεται όταν κατορθώσαμε να κατανοήσουμε καλύτερα τη δομή του ατόμου και τις ισχυρότατες πυρηνικές δυνάμεις που συγκρατούν τα σωματίδια που το αποτελούν. Το κλειδί, φυσικά, του αινίγματος δόθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν (1879-1955) με τη διατύπωση της διάσημης εξίσωσής του: Ε=mc2 (δηλ. η ενέργεια ισούται με τη μάζα επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός), που σημαίνει ότι μία μικρή ποσότητα ύλης απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Πιο απλά, η περίφημη αυτή εξίσωση του Αϊνστάιν σημαίνει ότι ένα μόνο γραμμάριο ύλης μπορεί να απελευθερώσει ενέργεια ίση με την ενέργεια που απελευθερώνουν 250.000 τόνοι βενζίνης. Έτσι η ατομική θεωρία μας έδωσε μία πηγή ενέργειας που έχει τη δυνατότητα να τροφοδοτεί τον Ήλιο και τ’ άστρα για δισεκατομμύρια χρόνια.
Το γενικό, πάντως, θεωρητικό υπόβαθρο της εσωτερικής δομής των άστρων το οφείλουμε στο μεγάλο Άγγλο φυσικό και αστρονόμο Σερ Άρθουρ Έντιγκτον (1882-1944) πολύ πριν ανακαλυφτεί η πηγή ενέργειας των άστρων. Ο Έντιγκτον περιέγραψε ως εξής την κατάσταση που επικρατεί στην καρδιά των άστρων: «Μέσα σ’ ένα κυβικό εκατοστόμετρο βρίσκονται συμπυκνωμένα ένα τρισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια άτομα, διπλάσια περίπου ελεύθερα ηλεκτρόνια και 20 δισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια ακτίνες Χ. Οι ακτίνες Χ κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και τα ηλεκτρόνια με ταχύτητα 16.000 km/s. Τα περισσότερα άτομα είναι απλά πρωτόνια (πυρήνες δηλ. υδρογόνου), τα οποία κινούνται με ταχύτητα 500 km/s περίπου. Εδώ κι εκεί υπάρχουν βαρύτερα άτομα, όπως είναι ο σίδηρος, που κινούνται με αργοκίνητους ρυθμούς 60 km/s. Με τις παραπάνω ταχύτητες μπορείτε κάλλιστα να φανταστείτε το μέγεθος των συγκρούσεων που επακολουθούν». Αυτός άλλωστε είναι και ο λόγος που ο Ήλιος, αλλά και όλα τ’ άστρα του ουρανού λάμπουν!
Η διαδικασία αυτή, με την οποία παράγεται η τεράστια ποσότητα ενέργειας στον Ήλιο και στ’ άλλα άστρα, εξηγήθηκε για πρώτη φορά από το Γερμανοαμερικανό φυσικό Χανς Α. Μπέτε το 1939. Η ανακάλυψη αυτή χάρισε στον ίδιο το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής (1967) και στην ανθρωπότητα την εξήγηση μιας από τις βασικότερες διεργασίες που συμβαίνουν στο Σύμπαν. Δύο είναι τα κύρια είδη των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που επικρατούν στην καρδιά των άστρων. Η μία ονομάζεται αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου και η άλλη κύκλος του άνθρακα. Και στα δύο αυτά είδη των αντιδράσεων τέσσερεις πυρήνες υδρογόνου συγχωνεύονται σ’ έναν πυρήνα ηλίου (He-4) εκπέμποντας συγχρόνως και ενέργεια. Στη διάρκεια της διαδικασίας αυτής 1.000 γραμμάρια υδρογόνου συγχωνεύονται δημιουργώντας 993 γραμμάρια ηλίου, πράγμα που σημαίνει ότι στη διαδικασία αυτή «χάνονται» 7 συνολικά γραμμάρια ύλης. Στην πραγματικότητα, φυσικά, η μικρή αυτή ποσότητα ύλης δεν «χάθηκε», αλλά μετατράπηκε σε ενέργεια. Αυτό που μας λέει δηλαδή ο Αϊνστάιν είναι ότι έστω και μια πολύ μικρή ποσότητα ύλης απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας αφού πολλαπλασιάζεται με έναν τεράστιο αριθμό (το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός). Υπάρχει δηλαδή ισοδυναμία μάζας και ενέργειας και η εξίσωση του Αϊνστάιν Ε=mc2 προσδιορίζει επακριβώς πόση ενέργεια απελευθερώνεται όταν «χάνεται» μία ποσότητα μάζας.
Το πιο σημαντικό στοιχείο στη ζωή και την εξέλιξη ενός άστρου καθορίζεται από την ποσότητα της μάζας που περιλαμβάνει. Ακόμη και η εμφάνιση των άστρων στον ουρανό εξαρτάται από την ποσότητα της ύλης που περιλαμβάνουν τη στιγμή που γεννιούνται. Μερικά άστρα γεννιούνται με λιγοστό υδρογόνο, λάμπουν αμυδρά με αδύνατο φως, έχουν κοκκινωπή φαιά απόχρωση και επιφανειακή θερμοκρασία 3.000 oC. Άλλα άστρα, όπως ο Ήλιός μας, έχουν περισσότερα υλικά, είναι θερμότερα και λάμπουν στους 6.000 oC μ’ έντονο κιτρινωπό φως, ενώ κάποια άλλα πάλι, έχουν πολλαπλάσια υλικά από τον Ήλιο, είναι κυανόλευκα, με θερμοκρασία 20.000 oC και λάμπουν με την ένταση ενός εκατομμυρίου ήλιων.
Ένα άστρο ενηλικιώνεται όταν η πίεση της βαρύτητας των εξωτερικών του στρωμάτων εξισορροπείται από την πίεση της ακτινοβολίας και της ενέργειας, η οποία παράγεται στον πυρήνα του από τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο. Έτσι το άστρο αυτό παραμένει σε ισορροπία όσο καιρό η «καύση» του υδρογόνου είναι η μοναδική θερμοπυρηνική αντίδραση που εκτελείται στον πυρήνα του. Η περίοδος αυτή της ωριμότητας ενός άστρου, διαρκεί το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του, και ονομάζεται από τους αστρονόμους Κύρια Ακολουθία. Όταν ένα νέο άστρο σταθεροποιηθεί και μπει στο «δρόμο» του, η μάζα του είναι αυτή που θα του καθορίσει πόσα χρόνια θα ζήσει σταθερά, πόσα χρόνια δηλαδή θα παραμείνει στην Κύρια Ακολουθία. Τα μικρά κοκκινωπά άστρα, που είναι και τα πιο πολυάριθμα, έχουν αυτό το χρώμα γιατί είναι σχετικά τα πιο κρύα άστρα. Γι’ αυτό ονομάζονται κόκκινοι νάνοι, με διάμετρο μόλις το ένα τέταρτο της διαμέτρου του Ηλίου μας. Θα μπορούσαν δηλαδή να χωρέσουν άνετα στο διάστημα που χωρίζει τη Γη με τη Σελήνη. Τα άστρα αυτά έχουν μόλις το ένα δεκάκις χιλιοστό της λαμπρότητας του Ηλίου και είναι τόσο αμυδρά, ώστε κανένα τους δεν φαίνεται από τη Γη χωρίς τη βοήθεια τηλεσκοπίου.
Παρ’ όλη όμως την αμυδρότητα και την απλότητά του, ένα μικρό κόκκινο άστρο θα επιζήσει περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο είδος άστρου. Επειδή είναι μικρό οι θερμοπυρηνικές του αντιδράσεις εκτελούνται αργά και γι’ αυτό λάμπει αμυδρά. Θα χρειαστεί να παρέλθει πάρα πολύς καιρός, προκειμένου να εξαντλήσει το καύσιμο υδρογόνο του. Τα μικρά κόκκινα άστρα μπορούν να λάμπουν για δεκάδες δισεκατομμύρια χρόνια, χωρίς καμία εμφανή αλλαγή. Αντίθετα οι τεράστιοι γαλάζιοι γίγαντες είναι άστρα πλούσια σε υλικά και γι’ αυτό ιδιαίτερα σπάταλα. Οι θερμοπυρηνικές τους αντιδράσεις εκτελούνται με ταχύτατο ρυθμό, με αποτέλεσμα να ακτινοβολούν τεράστιες ποσότητες ενέργειας μέσα σε λίγο χρόνο. Γι’ αυτό άλλωστε και η ζωή τους δεν πρόκειται να διαρκέσει πολύ.
Ένα άστρο που διαθέτει υλικά 25 ηλιακών μαζών, για παράδειγμα, τα σπαταλάει γρήγορα λάμποντας 80.000 φορές πιο έντονα απ’ ό,τι ο Ήλιος με θερμοκρασία 35.000 oC. Γι’ αυτό η ζωή ενός τέτοιου άστρου στην Κύρια Ακολουθία δεν διαρκεί περισσότερο από 3 εκατομμύρια χρόνια. Στην άλλη άκρη, ένα άστρο με το 1/2 της μάζας του Ηλίου είναι πολύ πιο συντηρητικό και δαπανά το «καύσιμο» υδρογόνο που διαθέτει με μεγάλη «τσιγκουνιά», με αποτέλεσμα να λάμπει 40 φορές λιγότερο έντονα απ’ ό,τι ο Ήλιος έχοντας επιφανειακή θερμοκρασία 4.000 oC. Ένα τέτοιο άστρο θα ζήσει σταθερά, στην Κύρια Ακολουθία, επί 200 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η μετατροπή όμως του υδρογόνου σε ήλιο δεν είναι η μοναδική θερμοπυρηνική αντίδραση που μπορεί να συμβεί. Κι εδώ πάλι η ποσότητα της ύλης που περιλαμβάνει ένα άστρο είναι ο βασικός συντελεστής για την έναρξη μιας νέας αλυσίδας θερμοπυρηνικών αντιδράσεων. Η ευτυχισμένη δηλαδή περίοδος της ωριμότητας ενός άστρου δεν θα διαρκέσει για πάντα. Γιατί όταν σ’ ένα άστρο η περιεκτικότητα του πυρήνα σε υδρογόνο πέσει κάτω από το 1%, η κεντρική «καύση» παύει σχεδόν ολοκληρωτικά. Μ’ αυτόν τον τρόπο η υδροστατική ισορροπία που επικρατούσε ανατρέπεται. Το βάρος των εξωτερικών στρωμάτων του άστρου συμπιέζει το κέντρο, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του πυρήνα. Η βαρύτητα των εξωτερικών στρωμάτων υπερνικάει την πίεση της εσωτερικής ακτινοβολίας κι έτσι ο αστρικός του πυρήνας θερμαίνεται περισσότερο απ’ ό,τι προηγουμένως. Έτσι, τα εξωτερικά στρώματα υδρογόνου, γύρω από τον πυρήνα, υπερθερμαίνονται αυξάνοντας το ρυθμό των εκεί θερμοπυρηνικών αντιδράσεων. Η αυξανόμενη όμως θερμοκρασία του πυρήνα θερμαίνει σιγά-σιγά όλο και πιο πολύ το «κέλυφος» υδρογόνου που το περιβάλλει. Σε μικρό, σχετικά, χρονικό διάστημα η θερμοκρασία στο «κέλυφος» αυτό αγγίζει τους 4 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου πυροδοτώντας τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του υδρογόνου που υπάρχει εκεί. Η καινούργια αυτή εκροή ενέργειας ωθεί τα εξωτερικά στρώματα του άστρου προς τα πάνω μετατρέποντάς το σιγά-σιγά σε κόκκινο γίγαντα. Αυτή τη φάση, με την ίδια διαδικασία, θα την περάσουν όλα τ’ άστρα, οποιαδήποτε κι αν είναι η μάζα τους. Γιατί το στάδιο του κόκκινου γίγαντα είναι η αρχή του τέλους για κάθε άστρο.
Όταν ένα άστρο αρχίσει να μετατρέπεται σε κόκκινο γίγαντα ο πυρήνας του είναι ανενεργός και αποτελείται κυρίως από ήλιο. Σ’ αυτό το σημείο οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του υδρογόνου έχουν περιοριστεί μόνο στο κέλυφος των στρωμάτων, που περιβάλλουν τον πυρήνα αυτόν. Όσο μεγαλύτερη όμως είναι η μάζα ενός κόκκινου γίγαντα τόσο μεγαλύτερη είναι και η θερμοκρασία που δημιουργείται στον πυρήνα του. Στους κόκκινους γίγαντες, που έχουν μάζα μεγαλύτερη από το 1/2 του Ηλίου η θερμοκρασία του πυρήνα αυξάνει ραγδαία. Έτσι, όταν η κεντρική αυτή θερμοκρασία φτάσει τους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, τα άτομα του ηλίου «πιάνουν φωτιά». Αρχίζουν δηλαδή οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το ήλιο σε βηρύλλιο και αμέσως μετά σε άνθρακα.
Σε άστρα με ακόμη μεγαλύτερη μάζα και με την ίδια διαδικασία της σύντηξης οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στο κέντρο τους συνεχίζονται, με αποτέλεσμα την επανάληψη του ίδιου κύκλου: καύσης, συστολής του πυρήνα λόγω βαρύτητας, αύξησης της θερμοκρασίας, σύντηξης των υλικών του πυρήνα και πάλι από την αρχή. Μ’ αυτόν τον τρόπο το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο, το ήλιο σε βηρύλλιο και άνθρακα κ.ο.κ. σε οξυγόνο, νέον, μαγνήσιο, πυρίτιο, φωσφόρο, αργό, ασβέστιο και μέχρι το 26ο χημικό στοιχείο το σίδηρο. Στη συνεχή τους δηλαδή πάλη ενάντια στη βαρύτητα, τ’ άστρα «καίνε» διαδοχικά τη «στάχτη» τους, τα προϊόντα δηλαδή της καύσης, των προηγούμενων θερμοπυρηνικών αντιδράσεων. Πρόκειται όμως για μία πάλη που αργά ή γρήγορα θα χάσουν. Γιατί όλα τ’ άστρα κάποια μέρα θα πεθάνουν. Θα πεθάνουν επειδή ακριβώς λάμπουν.
 

Η αρχή του τέλους

Ο θάνατος των άστρων με πολλαπλάσια ποσότητα υλικών απ’ ό,τι ο Ήλιος, είναι πολύ πιο θεαματικός. Η έκρηξη αυτή ονομάζεται σουπερνόβα και έχει ως αποτέλεσμα την κυριολεκτική διάλυση του άστρου που την προκάλεσε.


Το στάδιο του κόκκινου γίγαντα για κάθε άστρο που υπάρχει στο Σύμπαν, αποτελεί το προτελευταίο κεφάλαιο της ζωής του. Σ’ αυτό το στάδιο ένα άστρο βρίσκεται στον προθάλαμο του θανάτου του. Ενός θανάτου που θ’ αφήσει πίσω του ένα μόνο από τρία πιθανά λείψανα, ανάλογα με τη μάζα που έχει κάθε άστρο. Άστρα με υλικά λιγότερα από 4 ηλιακές μάζες θα μετατραπούν σε άσπρους νάνους. Άστρα με 4 έως 25 ηλιακές μάζες θα γίνουν πάλσαρ ή άστρα νετρονίων, ενώ άστρα με ακόμη μεγαλύτερες μάζες θα καταλήξουν να γίνουν μαύρες τρύπες.
Όταν ένα άστρο της πρώτης κατηγορίας (με λιγότερα υλικά από 4 ηλιακές μάζες), γίνει κόκκινος γίγαντας, μπαίνει σε μία περίοδο αστάθειας. Η βαρυτική του δύναμη δεν είναι ικανή να συγκρατήσει τα εξωτερικά του στρώματα, τα οποία αποχωρίζονται σιγά-σιγά και διαφεύγουν στο διάστημα. Τα αέρια αυτά στρώματα αποχωρώντας σχηματίζουν ένα διαστελλόμενο κέλυφος, το οποίο στα τηλεσκόπιά μας φαίνεται σαν ένας δακτύλιος αερίων. Οι αστρονόμοι των περασμένων αιώνων, με τα μικρά τους τηλεσκόπια ονόμασαν τα αντικείμενα αυτά πλανητικά νεφελώματα επειδή νόμιζαν πως έμοιαζαν με πλανήτες. Τα διαστελλόμενα αέρια των πλανητικών νεφελωμάτων περιλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της αρχικής μάζας ενός άστρου και καθώς αποχωρίζονται απ’ αυτό, αφήνουν πίσω τους, αποκαλύπτοντάς τον συγχρόνως, το γυμνό υπερθερμασμένο πυρήνα του. Ο πυρήνας αυτός αποτελείται από άνθρακα και οξυγόνο, δηλαδή τα κατάλοιπα, η «στάχτη», των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων του ηλίου. Αντικρίζουμε δηλαδή το λείψανο του αρχικού άστρου, που έχει φτάσει πια στο τέλος του.
Παρότι ο υπερθερμαζόμενος πυρήνας του έχει πάψει να παράγει ενέργεια (μιας και οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στο κέντρο του έχουν σταματήσει εντελώς), εκπέμπει τεράστιες ποσότητες υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ η επιφανειακή του θερμοκρασία φτάνει τους 100.000 oC. Η μεγάλη όμως αυτή θερμότητα οφείλεται στην τρομαχτική συμπίεση των υλικών του, που έχουν περιοριστεί σε μία σφαίρα ίση με το μέγεθος του πλανήτη μας. Το αρχικό μας, δηλαδή, άστρο έχει μετατραπεί σ’ έναν άσπρο νάνο, που ακτινοβολεί ένα έντονο γαλαζόλευκο φως από μία επιφάνεια 16.000 φορές μικρότερη από την αρχική του. Τα διαστελλόμενα αέρια του κελύφους, που περιβάλλει πλέον τον νεοαποκαλυφθέντα άσπρο νάνο ερεθίζονται από την υπεριώδη ακτινοβολία του και λάμπουν. Χίλια μόνο πλανητικά νεφελώματα έχουν μέχρι σήμερα ανακαλυφτεί γιατί η διάρκεια της ζωής τους είναι σχετικά μικρή. Μέσα σε 50.000 χρόνια τα αέρια αυτά διασκορπίζονται στο διάστημα, παύουν να ερεθίζονται από τον κεντρικό τους άσπρο νάνο και δεν είναι ορατά πια από τα τηλεσκόπιά μας. Έτσι στα τελευταία 60 χρόνια, με τη βοήθεια της Κβαντομηχανικής και της Θεωρίας της Σχετικότητας, έχει δημιουργηθεί ένα ικανό θεωρητικό υπόβαθρο ή μοντέλο, που επεξηγεί την εξέλιξη αυτών των άστρων. Σ’ αυτήν μάλιστα τη μελέτη σημαντικότατη ήταν η προσφορά του Ινδοαμερικανού αστροφυσικού Σουμπραμανιάν Τσαντρασεκάρ (Νόμπελ Φυσικής 1983), ο οποίος υπολόγισε ότι το μέγιστο όριο της μάζας ενός άσπρου νάνου δεν μπορεί να υπερβαίνει τις 1,4 ηλιακές μάζες. Προς τιμήν του το όριο αυτό ονομάζεται Όριο Τσαντρασεκάρ. Όσο μάλιστα πιο μεγάλη είναι η μάζα του τόσο πιο μικρή είναι και η διάμετρος του άσπρου νάνου. Το μικρό όμως μέγεθος, σε συνδυασμό με τη μεγάλη σχετικά μάζα, έχει ως αποτέλεσμα η βαρύτητα που επικρατεί στην επιφάνειά του να είναι 200.000 φορές μεγαλύτερη της γήινης.
Ο θάνατος των άστρων με μεγαλύτερη ποσότητα υλικών απ’ ό,τι ο Ήλιος, είναι πολύ πιο θεαματικός. Άστρα με 5 ηλιακές μάζες και πάνω καταναλώνουν το καύσιμο υδρογόνο τους φτάνοντας στο στάδιο του κόκκινου γίγαντα μέσα σε μερικές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Το βάρος των τεράστιων ποσοτήτων των εξωτερικών του στρωμάτων είναι τόσο μεγάλο, ώστε ένας γαλάζιος γίγαντας χρειάζεται να παράγει στο εσωτερικό του τεράστιες ποσότητες ενέργειας προκειμένου να αντισταθμίζει την πίεση της βαρύτητας των υλικών του. Τέτοιου είδους άστρα αναγκάζονται να εκραγούν με μια τεράστια έκρηξη, που είναι ένα από τα πιο βίαια φαινόμενα στο Σύμπαν. Η έκρηξη αυτή ονομάζεται σουπερνόβα και έχει ως αποτέλεσμα την κυριολεκτική διάλυση του άστρου που την προκάλεσε. Ένα τέτοιο άστρο μετατρέπει όλο το απόθεμα του υδρογόνου στον πυρήνα του σε ήλιο μέσα σε μερικά εκατομμύρια χρόνια, με αποτέλεσμα ν’ αρχίσει να «φουσκώνει» μετατρεπόμενο τελικά σε έναν κόκκινο υπεργίγαντα μέσα σε διάστημα τριών εκατομμυρίων χρόνων από τη γέννησή του. Τα άστρα αυτά εξογκώνονται σε πραγματικούς κόκκινους υπεργίγαντες με διάμετρο 500-1.000 φορές τη σημερινή διάμετρο του Ηλίου. Στο εσωτερικό ενός τέτοιου κόκκινου υπεργίγαντα, οι διεργασίες που συμβαίνουν είναι τέτοιες, ώστε όταν φτάσει η στιγμή ν’ αρχίσει η συστολή του, δεν μπορεί να μετατραπεί σε άσπρο νάνο με την απλή εκτόξευση των εξωτερικών του στρωμάτων, όπως στην περίπτωση των πλανητικών νεφελωμάτων. Επειδή το γιγάντιο αυτό άστρο εξακολουθεί να χρειάζεται ενέργεια για να στηρίξει την τεράστια μάζα του, αρχίζει μια νέα σειρά πυρηνικών αντιδράσεων στο κέντρο του. Οι «στάχτες », τα προϊόντα δηλαδή μιας αντίδρασης γίνονται το «καύσιμο» μιας άλλης. Πρώτα το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο, το ήλιο σε άνθρακα και οξυγόνο, ο άνθρακας σε νέον και μαγνήσιο και μ’ αυτόν τον τρόπο η κατάσταση αρχίζει να γίνεται δραματική. Οι διεργασίες του εσωτερικού του το κάνουν να πάλλεται ακανόνιστα, ενώ όλο και πιο νέες πυρηνικές αντιδράσεις δημιουργούν όλο και πιο βαρύτερα χημικά στοιχεία για να ικανοποιήσουν τις ενεργειακές ανάγκες εξισορρόπησης του άστρου. Το άστρο δηλαδή σ’ αυτήν τη φάση μοιάζει μ’ ένα κρεμμύδι, του οποίου ο πυρήνας περιβάλλεται από στρώματα διαφορετικών πυρηνικών καύσεων. Φυσικά η κατάσταση αυτή δεν μπορεί να συνεχιστεί για πάντα.
Σ’ ένα άστρο με υλικά 50 ηλιακών μαζών, για παράδειγμα, τα αποθέματα υδρογόνου στον πυρήνα του εξαντλούνται μέσα σε 3 εκατομμύρια χρόνια, ενώ το καύσιμο ήλιο σε μερικές χιλιάδες χρόνια. Ο πυρήνας του ηλίου συρρικνώνεται, η κεντρική θερμοκρασία αυξάνει στους 50 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και το ήλιο αρχίζει να μεταστοιχειώνεται σε άνθρακα. Συγχρόνως όμως αυξάνει και ο όγκος του, μέχρις ότου μετατραπεί σε έναν τεράστιο κόκκινο υπεργίγαντα με διάμετρο αρκετές εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο του Ηλίου μας. Η βαρύτητα όμως των εξωτερικών του στρωμάτων δεν είναι ικανή να τα συγκρατήσει. Με τη μορφή σωματιδίων ενός ελαφρού «αστρικού ανέμου», παρόμοιου με το δικό μας «ηλιακό άνεμο», μεγάλες ποσότητες υλικών διαφεύγουν στο διάστημα με ταχύτητα 10 km/s.
Η διαρροή των υλικών αυτών συνεχίζεται με τον ίδιο ρυθμό επί χιλιάδες χρόνια αναγκάζοντας το άστρο να επιταχύνει την περιστροφή του. Η γρήγορη αυτή περιστροφή υποχρεώνει με τη σειρά της τα διαφεύγοντα αέρια να πάρουν μία δισκοειδή μορφή, ώσπου τελικά, λόγω της αυξανόμενης φυγόκεντρης δύναμης, σχηματίζεται ένας διαρκώς διαστελλόμενος δίσκος στη θέση του αρχικού κελύφους υλικών. Έτσι 5.000 χρόνια πριν από το τέλος ο «αστρικός άνεμος» των υλικών αυξάνει την ταχύτητά του στα 600 km/s. Τα υλικά της δεύτερης αυτής, και ταχύτερης, διαρροής προφταίνουν τα προηγούμενα αργοκίνητα υλικά και τα συμπιέζουν σχηματίζοντας ένα δακτύλιο αερίων, που συνεχώς διαστέλλεται. Χίλια περίπου χρόνια πριν από το τέλος η εσωτερική θερμοκρασία του άστρου φτάνει τους 800 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και ο κεντρικός πυρήνας του άνθρακα, που είχε συσσωρευτεί, αρχίζει να μετατρέπεται σε νέον και νάτριο, οπότε τα πράγματα αρχίζουν να δυσκολεύ ουν όλο και πιο πολύ. Έτσι δύο χρόνια πριν από το τέλος, χωρίς καμία εξωτερική προειδοποίηση, όταν η θερμοκρασία στον πυρήνα του φτάνει το 1,5 δισεκατομμύριο βαθμούς Κελσίου, αρχίζει η «καύση» του νέον σε οξυγόνο και μαγνήσιο. Έξι μήνες πριν από το τέλος αρχίζει η καύση του οξυγόνου με τη μετατροπή του σε πυρίτιο και θείο. Η θερμοκρασία του πυρήνα αγγίζει τότε τους 2 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Μερικές μόνο ημέρες πριν από το τέλος η κεντρική του θερμοκρασία φτάνει τους 4 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και το πυρίτιο που έχει συγκεντρωθεί εκεί αρχίζει να μετατρέπεται σε σίδηρο κι έτσι μέσα σε μερικές ώρες η ποσότητα του σιδήρου στο κέντρο αρχίζει να μεγαλώνει. Όταν η σιδερένια καρδιά του υπεργίγαντα αρχίσει να συμπιέζεται από τη βαρύτητα των ανώτερων στρωμάτων του, η θερμοκρασία του αυξάνει ακόμη πιο πολύ. Σε λιγότερο από δύο ημέρες το άστρο αποκτά μία, κυριολεκτικά, σιδερένια καρδιά με μάζα μεγαλύτερη από αυτήν του Ηλίου μας, ενώ γύρω της συνεχίζονται σε στρώματα οι καύσεις του πυριτίου, του οξυγόνου, του νέον, του άνθρακα και του ηλίου, που έχουν συνολική μάζα έξι φορές αυτής του Ηλίου.
Το 85% της μάζας του άστρου παραμένει φυσικά στα εξωτερικά του στρώματα με τη μορφή υδρογόνου. Φτάνει όμως κάποια στιγμή όπου η κεντρική θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή για να αρχίσει η καύση του σιδήρου. Κάτι τέτοιο όμως «ανοίγει την πόρτα» σε πραγματικά απόκοσμες καταστροφικές διαδικασίες, αφού ο σίδηρος διαθέτει τον πιο σταθερό ατομικό πυρήνα, πράγμα που σημαίνει ότι όταν εμπλέκεται σε πυρηνικές αντιδράσεις διάσπασης ή σύντηξης όχι μόνο δεν παράγει ενέργεια, αλλά αντίθετα την απορροφάει. Για να μετατραπεί δηλαδή ο σίδηρος σε βαρύτερα ή ελαφρότερα χημικά στοιχεία χρειάζεται ενέργεια, που σημαίνει ότι η ενέργεια αυτή δεν είναι διαθέσιμη, ώστε να συγκρατήσει το τεράστιο βάρος των ανώτερων στρωμάτων του άστρου, με αποτέλεσμα την ακόμη μεγαλύτερη συμπίεση του σιδερένιου αστρικού πυρήνα και την ακόμη μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας του.

Ένα τέλος και μία αρχή

 Τα υπόλοιπα υλικά του άστρου εκτοξεύονται στο Διάστημα εμπλουτίζοντας έτσι το Σύμπαν με όλα τα χημικά στοιχεία της φύσης. Έτσι, η έκρηξη μιας σουπερνόβα είναι ταυτόχρονα ένα τέλoς και μια αρχή.

Όταν ο συγκεντρωμένος σίδηρος στην καρδιά ενός γιγάντιου άστρου φτάσει το Όριο Chandrasekhar η συμπίεση είναι τόσο μεγάλη, ώστε η θερμοκρασία στο σιδερένιο πυρήνα του άστρου ξεπερνάει τους 4 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Από εδώ και πέρα, στο επόμενο δευτερόλεπτο, τα πάντα γίνονται με αστραπιαία ταχύτητα. Ο πυρήνας του άστρου διασπάται σε δύο τμήματα. Το εσωτερικό τμήμα του πυρήνα καταρρέει ανεμπόδιστο προς το κέντρο με ταχύτητα που αγγίζει τα 80.000 km/s (πάνω από το 25% της ταχύτητας του φωτός). Η κατάρρευση αυτή συμπιέζει τα υλικά του τόσο πολύ, ώστε η διάμετρός του συρρικνώνεται από 6.000 σε 6 km μόνο. Φανταστείτε δηλαδή τη Γη ολόκληρη να συμπιεστεί ξαφνικά και σε χιλιοστά του δευτερολέπτου να πάρει το μέγεθος της Αθήνας.
Η κατάρρευση του κεντρικού αστρικού πυρήνα ενός γιγάντιου άστρου ωθεί την ύλη του να διασπαστεί σε θετικά φορτισμένα πρωτόνια, σε αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και σε νετρόνια χωρίς καμία ηλεκτρική φόρτιση. Επειδή η πίεση είναι τεράστια, τα ηλεκτρόνια συγχωνεύονται με τα πρωτόνια δημιουργώντας νετρόνια και σε μια θερμοκρασία που φτάνει τους 50 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, δημιουργούνται 1058 νετρίνα (η μονάδα ακολουθούμενη από 58 μηδενικά), που προς στιγμή βρίσκονται φυλακισμένα στην υπέρπυκνη και υπέρθερμη κόλαση του αστρικού πυρήνα. Σε χιλιοστά του δευτερολέπτου η ύλη του πυρήνα αποτελείται από νετρόνια μόνο και τεράστιες ποσότητες νετρίνων, που λόγω της μεγάλης πυκνότητας της ύλης δεν μπορούν να δραπετεύσουν. Σε δέκα χιλιοστά του δευτερολέπτου η πυκνότητα της αστρικής καρδιάς φτάνει να είναι τέσσερεις φορές μεγαλύτερη από την πυκνότητα ενός ατομικού πυρήνα, ενώ η θερμοκρασία έχει φτάσει τους 100 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Τη στιγμή εκείνη, δηλαδή 41 εκατοστά του δευτερολέπτου μετά την έναρξη της κατάρρευσης του πυρήνα, η πυκνότητα του κέντρου φτάνει το ένα δισεκατομμύριο τόνους ανά κυβικό εκατοστό. Τα φυλακισμένα νετρίνα μαζί με τα υπόλοιπα υλικά δεν αντέχουν άλλη συμπίεση και εξοστρακίζονται προς τα έξω. Όλη δηλαδή η κινητική ενέργεια που δημιουργείται από την κατάρρευση του εσωτερικού τμήματος του πυρήνα μετατρέπεται σ’ ένα τεράστιο «κρουστικό κύμα», το οποίο σαν μία κοσμική μπουλντόζα ξεκινάει προς τα εξωτερικά στρώματα του άστρου.
Ο αριθμός των νετρίνων που παράγεται σ’ ένα κανονικό άστρο, όπως ο Ήλιό μας, είναι πραγματικά τεράστιος. Όμως ο αριθμός αυτός ωχριά μπροστά στον αριθμό που παράγεται κατά τη διάρκεια της μετατροπής ενός υπεργιγάντιου άστρου σε σουπερνόβα. Στη διάρκεια μιας τέτοιας έκρηξης παράγονται δέκα δισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια, τρισεκατομμύρια, τρισεκατομμύρια, τρισεκατομμυρίων νετρίνα (1058). Λόγω αυτού του αριθμού τα νετρίνα διαδραματίζουν σημαντικότατο ρόλο στην καταστροφική εξέλιξη ενός άστρου, γιατί με την εκτίναξή τους μεταφέρουν μαζί τους τεράστια ποσά ενέργειας απ’ αυτό.
Επειδή, λοιπόν, τη στιγμή της έκρηξης η θερμοκρασία στον πυρήνα μπορεί να φτάσει τους 100 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, τα νετρίνα αυτά μεταφέρουν ενέργεια και αποσπούν έτσι το 99,99% της ενέργειας που εκλύεται από την κατάρρευση του άστρου. Έτσι, το ορατό φως που βλέπουμε από την έκρηξη αυτή δεν αποτελεί παρά το 0,01%, πράγμα που σημαίνει ότι στις 10.000 μονάδες ενέργειας που εκλύονται από μία έκρηξη σουπερνόβα, οι 9.999 μονάδες μεταφέρονται από τα νετρίνα και μία μόνο μονάδα από το ορατό φως που βλέπουμε. Παρ’ όλη δηλαδή τη φωτεινότητα που έχει μία σουπερνόβα, η ορατή της πλευρά δεν είναι παρά μία παρωνυχίδα στο πραγματικά «εκρηκτικό» γεγονός της εκπομπής των νετρίνων.
Τα νετρίνα αφήνουν πίσω τους συμπιεσμένα υλικά 1,5 περίπου ηλιακής μάζας αποτελούμενα από νετρόνια. Τα υλικά αυτά σχηματίζουν ένα άστρο νετρονίων εκλύοντας τεράστια ποσά ενέργειας που ισοδυναμούν με τη μετατροπή του 20% υλικών της μάζας του Ηλίου σε καθαρή ενέργεια. Η ενέργεια δηλαδή που ακτινοβολείται είναι ίση με την εκπομπή ενέργειας του Ηλίου μας για αρκετά τρισεκατομμύρια χρόνια. Η θερμοκρασία φτάνει τώρα τους 480 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και τα φυλακισμένα νετρίνα κατορθώνουν επιτέλους να διαφύγουν μεταφέροντας μαζί τους το 99% της ενέργειας αυτής.
Η εκτίναξη του εσωτερικού πυρήνα τον υποχρεώνει να συγκρουστεί βίαια με τον καταρρέοντα ακόμη εξωτερικό πυρήνα δημιουργώντας έτσι ένα κρουστικό κύμα με περισσότερη ενέργεια απ’ αυτήν που εκλύει ένας ολόκληρος γαλαξίας σε δέκα περίπου χρόνια. Η δημιουργία του κρουστικού αυτού κύματος σηματοδοτεί τη γέννηση της σουπερνόβα. Κι έτσι, καθώς το κύμα αυτό μαζί με τα νετρίνα διαστέλλεται μέσα στον καταρρέοντα εξωτερικό αστρικό πυρήνα, επιτρέπει στα νετρίνα να διαφύγουν στο διάστημα. Με την ταχύτητα του φωτός τα νετρίνα αυτά διαδίδουν πλέον στο Σύμπαν τα πρώτα μηνύματα του αστρικού θανάτου.
Ένα δευτερόλεπτο μετά την αρχή της δραματικής αυτής κατάρρευσης, το κρουστικό κύμα, με ταχύτητα που φτάνει τα 30.000 km/s, εξορμάει προς τα εξωτερικά στρώματα του άστρου, το οποίο δεν έχει προφτάσει ακόμη να «συνειδητοποιήσει» το τι συμβαίνει στον πυρήνα του. Το κρουστικό αυτό κύμα παρασύρει στο διάβα του και συντρίβει τα αστροϋλικά που συναντάει. Η σύγκρουση αυτή παράγει αρκετές ποσότητες όλων των βαρέων χημικών στοιχείων όπως ασβέστιο, μόλυβδος και ουράνιο.
Στα 100 πρώτα δευτερόλεπτα μετά την εκκίνησή του, το κρουστικό κύμα διασχίζει όλους τους μανδύες του αστρικού πυρήνα και φτάνει στο όριο, που διαχωρίζει το κέλυφος του ηλίου με τα εξωτερικά στρώματα του υδρογόνου (που αποτελεί το 85% των υλικών του άστρου). Δύο χιλιάδες δευτερόλεπτα αργότερα η δημιουργηθείσα ανισορροπία σχηματίζει ακτινωτές συγκεντρώσεις αερίων του αστρικού πυρήνα πέντε φορές πυκνότερες από τα αέρια των εξωτερικών στρωμάτων που διαπερνούν. Στα 10.000 δευτερόλεπτα (2 ώρες και 47 λεπτά) τα διαστελλόμενα υλικά του πυρήνα παίρνουν τη μορφή ενός αχινού.
Στο μεταξύ το γοργά διαστελλόμενο «κρουστικό κύμα» συναντά στο δρόμο του ένα στρώμα οξυγόνου και το μετατρέπει αμέσως σε ραδιενεργό νικέλιο. Μία ποσότητα 140 τρισεκατομμυρίων τρισεκατομμύρια τόνοι νικελίου-56 (7% της μάζας του Ηλίου) εκτοξεύεται μαζί μ’ όλα τ’ άλλα υλικά στο Διάστημα, με ταχύτητα 17.000 km/s, θερμαίνοντας τα αέρια του εξωτερικού μανδύα στους 100.000 0C.
Το κρουστικό κύμα διασχίζει το άστρο μέσα σε μερικές ώρες και η τεράστια έκρηξη που επακολουθεί παράγει ενέργεια ίση με την ενέργεια που θα παρήγαγε ο Ήλιος σε δέκα τρισεκατομμύρια χρόνια, αν μπορούσε να ζήσει τόσο πολύ. Και όλη αυτή η ενέργεια εκλύεται σε μερικά μόνο δευτερόλεπτα. Τέτοιου είδους εκρήξεις μπορούν να συγκριθούν μόνο με τη «Μεγάλη Έκρηξη». Με την κυριολεκτική αυτή διάλυση του άστρου η πρώτη φωτεινή του αναλαμπή ανακοινώνεται στο Σύμπαν. Η αναλαμπή αυτή αποτελείται κυρίως από υπεριώδη ακτινοβολία, που είναι αόρατη στα ανθρώπινα μάτια. Μία ώρα, όμως, αργότερα τα εκτοξευόμενα υλικά έχουν χάσει αρκετή από την ταχύτητά τους και η ακτινοβολία που εκπέμπεται είναι ορατή.
Την ίδια στιγμή ολόκληρο το άστρο διασπάται κυριολεκτικά με μία κολοσσιαία έκρηξη και την εκπομπή τεράστιων ποσοτήτων υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτίνων Χ, λάμποντας με τη συνολική ένταση 250 εκατομμυρίων ήλιων. Παρ’ όλο που το νικέλιο δεν αποτελεί παρά μόνο το 1% της συνολικής ποσότητας των αερίων, που εκτοξεύει μια σουπερνόβα, εν τούτοις αποτελεί την κύρια πηγή ενέργειας η οποία εξακολουθεί επί μήνες να θερμαίνει τα διαστελλόμενα αέρια με θερμοκρασία 5.000 0C, καθώς το ραδιενεργό νικέλιο-56 μετατρέπεται σε κοβάλτιο-56 και αυτό με τη σειρά του σε σίδηρο-56.
Μετά από μία έκρηξη σουπερνόβα, και ενώ το μεγαλύτερο μέρος του άστρου καταστρέφεται εκτοξευόμενο στο Διάστημα, ο πυρήνας του παραμένει στη θέση του ανέπαφος μεν αλλά σε φοβερά ασταθή κατάσταση. Αν η μάζα του πυρήνα δεν ξεπερνάει τις 3, περίπου, ηλιακές μάζες τότε οποιαδήποτε περαιτέρω συμπίεσή του σταματάει. Αυτό που απομένει όταν η κατάρρευση και ο εξοστρακισμός σταματήσουν, είναι ένας γιγάντιος ατομικός πυρήνας νετρονίων με διάμετρο 20 km περίπου, οποίος περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του εκατοντάδες φορές κάθε δευτερό λεπτο. Είναι ένα άστρο νετρονίων, γνωστότερο με την ονομασία πάλσαρ, το οποίο εξ αιτίας της ταχύτητας περιστροφής του εκπέμπει περιοδικά ραδιοκύματα, που δημιουργούνται από επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια στο στροβιλιζόμενο μαγνητικό του πεδίο.
Όλα τα υπόλοιπα υλικά του άστρου εκτοξεύονται στο Διάστημα εμπλουτίζοντας έτσι το Σύμπαν με όλα τα χημικά στοιχεία της φύσης. Έτσι, η έκρηξη μιας σουπερνόβα είναι ταυτόχρονα ένα τέλος και μια αρχή. Το εκρηκτικό τέλος της ζωής ενός άστρου απελευθερώνει όλα τα χημικά στοιχεία, που είχαν δημιουργηθεί στην καρδιά του κατά τη διάρκεια της σύντομης σχετικά ζωής του, καθώς και πολλά άλλα που γεννήθηκαν τη στιγμή της έκρηξης. Τα νέα αυτά χημικά στοιχεία δημιουργούν παράξενους νεφελώδεις σχηματισμούς, που επί αιώνες διαστέλλονται στο διάστημα με τρομαχτικές ταχύτητες. Τα νεφελώματα αυτά υπερθερμαίνονται από τις τεράστιες ακτινοβολίες υψηλής ενέργειας, που εκπέμπουν οι παλλόμενες ραδιοπηγές οι οποίες έχουν απομείνει στο κέντρο τους, φωτίζοντας έτσι τα λείψανα αυτά των άστρων με τις αραχνιασμένες μορφές.
Η «σούπα» αυτή των χημικών στοιχείων εμπλουτίζει τα διάσπαρτα νεφελώματα αερίων και διαστημικής σκόνης από τα οποία θα γεννηθούν τα άστρα και οι πλανήτες των επόμενων γενεών. Γι’ αυτό χωρίς τις εκρήξεις των σουπερνόβα δεν θα υπήρχαν πλανήτες ούτε και δορυφόροι. Χωρίς τις σουπερνόβα δεν θα υπήρχε η Γη, δεν θα υπήρχαν βράχια και βότσαλα, δεν θα υπήρχαν λίμνες και θάλασσες. Χωρίς τις εκρήξεις των σουπερνόβα, δεν θα υπήρχαν φυτά και ζώα, δεν θα υπήρχε ο άνθρωπος. 
Γιατί ολόκληρη η ύλη στο σώμα μας, τα χημικά στοιχεία απ’ το οποίο αποτελείται δημιουργήθηκαν στην «κόλαση» τέτοιων αστρικών θανάτων. 
Είμαστε δηλαδή αστράνθρωποι, που δημιουργηθήκαμε από χημικά στοιχεία φτιαγμένα στις θανατηφόρες εκρήξεις υπεργιγάντιων άστρων. Είμαστε όλοι μας αστρόσκονη και κάποια μέρα θα ξαναγυρίσουμε στα άστρα.








Πηγή: Discovery science chanell και Wikipedia

Σαββάτο 6 Ιουνίου του  2012

Τα σύμπαντα που αγάπησα.




Άπειρος αριθμός συμπάντων.

Το Σύμπαν στο οποίο ζούμε ίσως να είναι το πετυχημένο αποτέλεσμα μιας μαύρης τρύπας που βρίσκεται σε κάποιο άλλο Σύμπαν παράλληλο με το δικό μας


Υπάρχουν σήμερα αρκετοί θεωρητικοί κοσμολόγοι (όπως οι Έντουαρντ Τράιον, Άλαν Γκουθ, Άλεξ Βιλένκιν κ.ά.), οι οποίοι έχουν προτείνει την ύπαρξη ενός «άπειρου» αριθμού παράλληλων συμπαντικών μανάδων και μωρών. Μία από τις θεωρητικές αυτές απόψεις είναι και η ιδέα ότι το Σύμπαν στο οποίο ζούμε βρίσκεται στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας και ότι αυτό είναι ένα μόνο από έναν «άπειρο» αριθμό συμπάντων!
Η αρχική ιδέα αυτής της θεώρησης του Σύμπαντος διατυπώθηκε για πρώτη φορά το 1973 από τον Έντουαρντ Τράιον. Προκειμένου να γίνει κατανοητή η άποψη αυτή θεωρήστε ότι το Σύμπαν είναι η επιφάνεια των δύο διαστάσεων ενός μπαλονιού που φουσκώνει. Πάνω σ’ αυτήν την επιφάνεια φανταστείτε ένα μικροσκοπικό ανεύρυσμα (ένα μικρό «σπυράκι» ή μία μικρή «φουσκάλα»), το οποίο δεν είναι παρά η «ανώμαλη ιδιομορφία» μιας μαύρης τρύπας στο αρχικό Σύμπαν.
Φανταστείτε τώρα ότι το ανεύρυσμα αυτό αρχίζει να διαστέλλεται σε ένα νέο πλαίσιο διαστάσεων χώρου και χρόνου έξω και αυτόνομα από το χωρόχρονο του αρχικού Σύμπαντος (του αρχικού μπαλονιού). Δημιουργείται έτσι ένα νέο μπαλόνι που φουσκώνει αυτόνομα σαν ένα νέο διαστελλόμενο Σύμπαν, το οποίο όμως συνδέεται με το αρχικό Σύμπαν με μία σήραγγα που μοιάζει με σκουληκότρυπα. Σ’ αυτήν την περίπτωση τα δύο σύμπαντα (μάνα και μωρό) συνεχίζουν κανονικά την αυτόνομη εξέλιξή τους χωρίς όμως καμία επικοινωνία μεταξύ τους, όπως ίσως να έγινε και στην περίπτωση του δικού μας Σύμπαντος στο χρόνο 10-35 του πρώτου δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Μ’ αυτήν την έννοια, λοιπόν, το Σύμπαν στο οποίο ζούμε ίσως να είναι το πετυχημένο αποτέλεσμα μιας μαύρης τρύπας, που βρίσκεται σε κάποιο άλλο παράλληλο με το δικό μας Σύμπαν, ενώ κάθε μία από τις υπόλοιπες μαύρες τρύπες του δικού μας Σύμπαντος ίσως να είναι κι αυτή υποψήφια να γίνει ένα νέο σύμπαν-μωρό, που με τη σειρά του θα μπορέσει, αν επιζήσει, να δημιουργήσει και άλλα σύμπαντα «εις το διηνεκές».
Πολλά από τα παράλληλα σύμπαντα-μωρά φυσικά δεν κατορθώνουν να μεγαλώσουν πέρα από το μέγεθος που έχει το μήκος του Πλανκ (10-33 cm), αφού αμέσως μετά τη γέννησή τους καταρρέουν καταπίνοντας τον εαυτό τους. Τα τυχερά όμως παράλληλα σύμπαντα-μωρά, που κατορθώνουν να αναπτύξουν μια πληθωριστική διαστολή αμέσως μετά τη δημιουργία τους, όχι μόνο δεν κινδυνεύουν να καταρρεύσουν, αλλά μπορεί επίσης και να δημιουργήσουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας και ύλης, με την εμφάνιση εικονικών σωματιδίων, συνεχίζοντας έτσι την αυτόνομη διαστολή και ύπαρξή τους.



 Σε πολλαπλά Σύμπαντα και 10 διαστάσεις

(Νανόπουλος)


Δεν υπάρχει μόνο ένα, αλλά πάρα πολλά σύμπαντα, ίσως και μπροστά στη μύτη μας, χωρίς όμως να τα βλέπουμε, όπως επίσης δεν αντιλαμβανόμαστε ότι πιθανότατα ζούμε σε δέκα διαστάσεις, ενώ δεν αποκλείεται στο μέλλον να δημιουργούμε σύμπαντα στο εργαστήριο! Δεν πρόκειται για ευφυολογήματα κάποιου συγγραφέα επιστημονικής φαντασίας, αλλά για θεωρίες και υποθέσεις -με βάσιμες πιθανότητες να ανταποκρίνονται στην αλήθεια- ενός από τους πιο διάσημους έλληνες επιστήμονες, του Δημήτρη Νανόπουλου, διακεκριμένου καθηγητή Φυσικής του πανεπιστημίου του Τέξας A&M (ΗΠΑ) και τακτικού μέλους της Ακαδημίας Αθηνών, ο οποίος μίλησε χθες βράδυ, στη Στέγη Γραμμάτων και Τεχνών, σχετικά με το πείραμα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN) και την πειραματική διερεύνηση της ύπαρξης του Πολυσύμπαντος (multiverse).

Ο κ. Νανόπουλος παρουσίασε μερικές νέες επιστημονικές ιδέες που ανέπτυξε πρόσφατα με την ερευνητική ομάδα του στο αμερικανικό πανεπιστήμιο και οι οποίες δίνουν μια πολύ συγκεκριμένη μορφή στην έννοια του Πολυσύμπαντος. Εκτιμά, με βάση μαθηματικές εξισώσεις, ότι είναι δυνατό να υπάρχουν δέκα εις την πεντακοσιοστή σύμπαντα (ο αριθμός 10 με εκθέτη τον αριθμό 500!), σύμφωνα με τη θεωρία της Υπερσυμμετρίας (SUSY) και των Υπερχορδών, η οποία προβλέπει ότι, εκτός από τις γνωστές τέσσερις "μεγάλες" διαστάσεις -τρεις του χώρου (μήκος, πλάτος, ύψος) και ο χρόνος- υπάρχουν ακόμα έξι ή επτά, πߏŠβρίσκονται "διπλωμένες" σε τρομερά μικρό χώρο, ανεβάζοντας σε 10 ή 11 τον συνολικό αριθμό των διαστάσεων. "Ζούμε σε δέκα διαστάσεις, αλλά δεν το αντιλαμβανόμαστε" είπε ο κ. Νανόπουλος.

    Η θεωρία του πολυσύμπαντος ή των πολλών παράλληλων συμπάντων έχει διάφορες εκδοχές, μια από τις οποίες προωθεί σθεναρά ο κ. Νανόπουλος, ο οποίος αρχικά ήταν αντίθετος στην όλη ιδέα, αλλά στη συνέχεια την αποδέχτηκε και την επεξεργάστηκε. Τόνισε όμως ότι μια τέτοια θεωρία έχει νόημα μόνο αν καταστεί δυνατό να αποδειχτεί πειραματικά και σε αυτό μπορεί να βοηθήσει ο επιταχυντής του CERN, για τον οποίο είπε ότι πλέον "δουλεύει ρολόι", αν και οι φυσικοί που αναλύουν τις συγκρούσεις των σωματιδίων, είναι αναγκασμένοι "να ψάχνουν ψύλλους στα άχυρα".

    Σε μια προηγούμενη ομιλία του στην Αθήνα, ο κ. Νανόπουλος είχε πάντως δηλώσει ότι αν τελικά τα πειράματα του CERN δεν φέρουν τα αναμενόμενα αποτελέσματα, αποτυγχάνοντας να βρουν νέα σωματίδια και να επιβεβαιώσουν πειραματικά την υπερσυμμετρία, τότε "αυτό θα αποτελέσει ένα πολύ μεγάλο πρόβλημα για τη Φυσική, θα προκαλέσει μια μεγάλη κρίση", καθώς θα σημαίνει, όπως είχε πει χαρακτηριστικά, ότι "πήραμε λάθος δρόμο".

    Σύμφωνα με τον έλληνα φυσικό, κάθε επιμέρους σύμπαν (μεταξύ αυτών το δικό μας) μέσα σε αυτό το πολυσύμπαν μπορεί να έχει τους δικούς του ξεχωριστούς φυσικούς νόμους, που ισχύουν μόνο σε αυτό, ενώ στα άλλα σύμπαντα οι νόμοι που τα διέπουν, μπορεί να είναι αφάνταστα διαφορετικοί ή και σχετικά παρόμοιοι, έχουν όμως οπωσδήποτε ως κοινό παρονομαστή τη βαρύτητα. Το ένα σύμπαν "γεννάει" το άλλο, μέσα σε μια αέναη διαδικασία παραγωγής συμπάντων, η οποία, όπως είπε, καταργεί την έννοια της αρχής και του τέλους του χρόνου.

    Ο κ. Νανόπουλος είπε ακόμα ότι τα άλλα σύμπαντα -τα χαρακτήρισε "φυσαλίδες της πραγματικότητας" που απαρτίζουν το πολυσύμπαν- είναι δυνατό να βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους (κυριολεκτικά δίπλα μας!), αλλά δεν μπορούν να επικοινωνήσουν. Δεν απέκλεισε όμως ότι είναι πιθανώς δυνατό να γίνει μετάβαση από το ένα σύμπαν στο άλλο. Με λίγη δόση χιούμορ, ανέφερε ότι "θα έπρεπε να παρακαλάμε να μην ξυπνήσουμε ένα πρωί και γίνει ξαφνική ολική μεταβολή, για παράδειγμα περάσουμε από ένα σύμπαν με τέσσερις ("μεγάλες") σε ένα άλλο με έξι διαστάσεις".

    Όλα τα σύμπαντα με τους ιδιαίτερους νόμους τους προκύπτουν κατά βάση από μόνα τους (χωρίς την ανάγκη "νομοθέτη"), σαν μια "τοπική μετάλλαξη" του χώρου σε ένα προϋπάρχον σύμπαν. Μάλιστα, ο κ. Νανόπουλος δεν απέκλεισε ως σενάρια επιστημονικής φαντασίας τολμηρές υποθέσεις ότι κάποια σύμπαντα θα μπορούσαν π.χ. να αποτελούν δημιούργημα ενός "χάκερ" σε κάποιο άλλο σύμπαν. Επεσήμανε ότι, αν τελικά αποδειχτεί η θεωρία του πολυσύμπαντος, τότε "θα καταλαβαίνουμε τον μηχανισμό παραγωγής συμπάντων", οπότε, όπως είπε, όσο κι αν ακούγεται εξωφρενικό, "είναι πιθανό στο μέλλον να δημιουργηθεί ένα σύμπαν στο εργαστήριο" ("και δεν είμαι τρελός…", φρόντισε να διευκρινίσει!).

    Συνεχίζοντας να εκπλήσσει, ανέφερε ότι δεν αποκλείεται το σύμπαν που ζούμε τώρα, να δημιουργηθεί ξανά ακριβώς το ίδιο στο μέλλον, ενώ -με την ίδια λογική- το τωρινό σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι το νιοστό από το παρελθόν, να έχει δηλαδή ήδη προϋπάρξει πολλές φορές. Ο κ. Νανόπουλος κατέστησε, πάντως, σαφές ότι είναι νωρίς ακόμα για να επιβεβαιωθούν τέτοιες υποθέσεις, πρόσθεσε όμως ότι τελικά αποτελούν λογικές συνέπειες της ευρύτερης θεωρίας του πολυσύμπαντος, που θα έπρεπε κανείς να ακολουθήσει και να διερευνήσει.

    Αναφερόμενος σε πρόσφατο δημοσίευμα του περιοδικού "Nature", που θεωρεί πιθανή την κατάρρευση της θεωρίας της υπερσυμμετρίας, επειδή τα μέχρι τώρα αποτελέσματα των πειραμάτων του CERN δεν την επιβεβαιώνουν, ο έλληνας φυσικός χαρακτήρισε υπερβολική και πρόωρη μια τέτοια εκτίμηση. "Πολύς θόρυβος για το τίποτε" είπε χαρακτηριστικά.

    Τόνισε επίσης, ότι το σύμπαν που βλέπουμε (της ορατής ύλης) και το οποίο έχει ηλικία 13,7 δισεκατομμυρίων ετών, δεν είναι παρά το 4%, καθώς το υπόλοιπο είναι αόρατο, αποτελούμενο κατά 23% από "σκοτεινή ύλη" και 73% από "σκοτεινή ενέργεια". Υπολογίζεται ότι μόνο στο δικό μας σύμπαν υπάρχουν περίπου 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες και κάθε ένας από αυτούς έχει περίπου 100 δισεκατομμύρια ήλιους, γύρω από τους οποίους περιφέρεται ένας τεράστιος αριθμός πλανητών. Ο κ. Νανόπουλος είπε ακόμα ότι ο ήλιος κάποτε θα "σβήσει", όμως το σύμπαν μας, που συνεχώς διαστέλλεται, είναι "ανοιχτό", συνεπώς ποτέ δεν θα "πεθάνει", ενώ είναι πιθανό να κάνει "μετάβαση" σε ένα άλλο σύμπαν-φυσαλίδα.

    Ο κ. Νανόπουλος επιτέθηκε στους υπέρμαχους της "ανθρωπικής Αρχής" (που λένε ότι το σύμπαν είναι "κομμένο και ραμμένο" στα μέτρα των ανθρώπων), αντιτείνοντας ότι "δεν του καίγεται καρφάκι του σύμπαντος για εμάς", ενώ χαρακτήρισε τη θεωρία του πολυσύμπαντος "το τελευταίο καρφί στο φέρετρο της τελεολογίας". Απαντώντας σε σχετική ερώτηση, διευκρίνισε ότι δεν έχει χάσει το νόημα της η αναζήτηση μιας "ενοποιημένης θεωρίας του παντός" στην Φυσική, όμως δεν θα αφορά παρά μια λύση μοναδική για το δικό μας σύμπαν και τίποτε περισσότερο.

    Τέλος, απαντώντας σχετικά με τις φιλοσοφικές προεκτάσεις της θεωρίας του πολυσύμπαντος, είπε ότι παραπέμπει σε "ένα νέο Διαφωτισμό" που ανοίγει νέους δρόμους για την ανθρωπότητα. Ακόμα, αρνήθηκε ότι υπάρχουν φραγμοί και όρια στις δυνατότητες του ανθρώπινου νου να συλλάβει την πραγματικότητα του σύμπαντος, εκτός από τα αναπόφευκτα ποσοτικά όρια στη συσσώρευση γνώσης στο μυαλό του ανθρώπου, όμως γι' αυτό, όπως είπε, υπάρχουν οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές ως συμπαραστάτες μας.

  • Al - Khalili, Jim, Σκουληκότρυπες, μαύρες τρύπες και χρονομηχανές, Αθήνα: Τραυλός, 2001.
  • Arnett, David, Supernovae and nucleosythesis, Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1996.
  • Begelman, Mitchell, Gravity’s fatal attraction, New York: Scientific American Library, 1996.
  • Berger, Melvin Quasars, pulsars and black holes in space, New York: Putnam’s Sons, 1977.
  • Clark, David H., The historical supernovae, Oxford; New York: Pergamon, 1977.
  • Dauber, Philip M., The three big bangs, Reading. Mass.: Addison-Wesley, 1996.
  • Ferguson, Kitty, Prisons of light, Cambridge: Cambridge University Press, 1996.
  • Goldsmith, Donald, Supernova! New York: Martin St., 1989.
  • Gribbin, John, Stardust, London: Penguin, 2000.
  • Hawking, Stephen W., Μαύρες τρύπες, σύμπαντα - βρέφη και άλλα δοκίμια, Αθήνα: Κάτοπτρο, 1993.
  • Hawking, Stephen W., Το χρονικό του χρόνου, Αθήνα: Κάτοπτρο, 1997.
  • Kirshner, Robert P., The extravagant universe, Princeton; Oxford: Princeton University Press, 2004.
  • Luminet, Jean-Pierre, Black holes, Cambridge: Cambridge University Press, 1992.
  • Marschall, Laurence A., The supernova story, New York; London: Plenum, 1988.
  • Melia, Fulvio, The edge of infinity, Cambridge: Cambridge University Press, 2003.
  • Murdin, Paul, End in fire, Cambridge: Cambridge University Press, 1990.
  • Novikov, Igor, Οι μαύρες τρύπες και το σύμπαν, Αθήνα: Κωσταράκης, 1992.
  • Osterbrock, Donald E., Stars and galaxies, New York: Freeman W.H., 1990.
  • Pickover, Clifford A., Black holes, New York; Chichester: Wiley, 1996.
  • Taylor, Edwin F., Exploring black holes, San Francisco: Addison-Wesley, 2000.
  • Thorne, Kip S., Black holes and time warps, New York; London: Norton W. W. & Company,1994
  • Wald, Robert M., Black holes and relativistic stars, Chicago; New York: University of Chicago Press, 1998.