martes, 20 de septiembre de 2016

Fantasmas estelares: La comprensión de nuestros Orígenes

Eta Carinae, una de las estrellas más masivas conocidas Crédito de la imagen: NASA

Nuestro cielo está cubierto en un mar de fantasmas estelares; todos los fantasmas potenciales que han estado muertos durante millones de años y todavía no lo saben todavía. Eso es lo que vamos a discutir hoy. ¿Qué ocurre con la mayor de las estrellas, y la forma en que influye en la constitución misma del universo en el que reside. Iniciamos este recorrido mediante la observación de la Nebulosa del Cangrejo. Sus bellos colores se extienden hacia fuera en el vacío oscuro; una tumba celeste que contiene un hecho violento que se produjo hace un milenio. Se accede a cabo y con el movimiento de muñeca, rebobinando el tiempo de empezar y ver esta hermosa nebulosas comienzan a contraerse. Cuando el reloj serpentea hacia atrás, los colores de la nebulosa comienzan a cambiar, y que reconocen que se están reduciendo a un solo punto. Como el calendario aproxima a los 5 de julio de, 1054, la nube gaseosa ilumina y se instala en un único punto en el cielo que es tan brillante como la luna llena y es visible durante el día. Los fundidos de brillo y, finalmente, allí estaba un puntito de luz; una estrella que no vemos en la actualidad. Esta estrella ha muerto, sin embargo en este momento en el tiempo, no habríamos sabido. Para un observador antes de esta fecha, esta estrella parecía eterna, como todas las otras estrellas hicieron. Sin embargo, como sabemos por nuestro punto de vista privilegiado, esta estrella está a punto de convertirse en supernova y el nacimiento una de las nebulosas más espectacular que observamos hoy en día.
La nebulosa de cangrejo; en su núcleo es una estrella muerta larga ... Crédito de la imagen: NASA, ESA, J. Hester y A. Loll (Arizona State University)

Fantasmas estelares es una manera conveniente de describir muchas de las estrellas masivas que vemos dispersos por todo el universo. Lo que muchos no se dan cuenta es que cuando miramos profundamente en el universo, no sólo estamos buscando a través de grandes distancias, pero nos mira con fijeza atrás en el tiempo. Una de las propiedades fundamentales del universo que conocemos bastante bien, es que la luz viaja a una velocidad finita: aproximadamente 300.000.000 m / s (aproximadamente 671 millones mph). Esta velocidad se ha determinado a través de muchas pruebas rigurosas y pruebas físicas. De hecho, la comprensión de esta constante fundamental es la clave para gran parte de lo que sabemos sobre el universo, especialmente en lo que respecta tanto a la relatividad general y la mecánica cuántica. A pesar de esto, conociendo la velocidad de la luz es clave para entender lo que quiero decir con fantasmas estelares. Usted ve, la información se mueve a la velocidad de la luz. Utilizamos la luz de las estrellas para observarlos y desde este entendemos cómo funcionan.
Un ejemplo digno de este lapso de tiempo es nuestro propio sol. Nuestro sol es de aproximadamente 8 minutos luz de distancia. Lo que significa que la luz que vemos de nuestra estrella tarda 8 minutos para hacer el viaje de su superficie a nuestros ojos en la tierra. Si el Sol fuera a desaparecer de repente en este momento, no sabríamos sobre él durante 8 minutos; esto no sólo incluye la luz que vemos, pero incluso su influencia gravitatoria que se ejerce sobre nosotros. Así que si el sol se desvaneció en este momento, nos gustaría continuar en nuestro camino orbital alrededor de nuestra estrella ahora inexistente durante 8 minutos más antes de que la información gravitatoria alcanzó nosotros para informarnos que ya no estamos unidas gravitacionalmente a la misma. Esto establece nuestro límite de velocidad cósmica de la rapidez con que podemos recibir información, lo que significa que todo lo que observamos profundamente en el universo viene a nosotros, ya que era una cantidad "x" de años atrás, donde "x" es su distancia luz de nosotros. Esto significa que observamos una estrella que se encuentra a 10 años luz de distancia de nosotros como lo fue hace 10 años. Si esa estrella murió en este momento, no sabríamos sobre él por otros 10 años. Por lo tanto, podemos definirlo como un "fantasma estelar"; una estrella que está muerto desde su punto de vista en su lugar, pero aún vivo y bien en la nuestra.
Como se explica en un artículo anterior de la mina (Estrellas: Un día en la vida), la evolución de una estrella es complejo y muy dinámico. Muchos factores juegan un papel importante en todo, desde la determinación de si la estrella incluso formar en primer lugar, con el tamaño y por lo tanto la vida útil de dichas estrellas. En el artículo anterior se mencionó anteriormente, cubro los conceptos básicos de la formación estelar y la vida de lo que llamamos estrellas de secuencia principal, o más bien las estrellas que son muy similares a nuestro propio sol. Considerando que el proceso de formación y la vida de una estrella de secuencia principal y las estrellas que vamos a tratar son bastante similares, existen diferencias importantes en la forma en que las estrellas que se investigan matriz. Principales muertes estrella de la secuencia son interesantes, pero difícilmente se comparan con las formas del espacio-tiempo-flexión que estas estrellas más grandes terminan.
Como se ha mencionado anteriormente, cuando estábamos observando la estrella desaparecido hace tiempo que se encontraba en el centro de la Nebulosa del Cangrejo, hubo un momento en el que este objeto brillaba tan brillante como la luna llena y podría ser visto durante el día. Lo que podría causar que algo se convierta en tan brillante que sería comparable a nuestro vecino celeste más cercano? Teniendo en cuenta la Nebulosa del Cangrejo es 6.523 años luz de distancia, que significaba que algo que es aproximadamente de 485 millones de veces más lejos que nuestra luna brillaba tan brillante como la luna. Esto se debía a que la estrella se convirtió en supernova cuando murió, que es el destino de las estrellas que son mucho más grandes que nuestro sol. Estrellas más grandes que nuestro sol va a terminar en dos estados muy extremos sobre su muerte: las estrellas de neutrones y agujeros negros. Ambos son temas dignos que podría abarcar semanas en un curso de astrofísica, pero para nosotros hoy, nos limitaremos a ir sobre cómo se forman estas y monstruos gravitatoria lo que significa para nosotros.


Hacia adentro fuerza de la gravedad en comparación con la presión hacia el exterior de la fusión dentro de un crédito estrella (equilibrio hidrostático): NASA
La vida de una estrella es una historia de la fusión fuera de control cerca contenida por las garras de su propia presencia gravitacional. Llamamos a este equilibrio hidrostático, en el que la presión hacia el exterior de los elementos de fusión en el núcleo de una estrella es igual a la de la presión gravitacional hacia el interior se aplica debido a la masa de la estrella. En el núcleo de todas las estrellas, el hidrógeno se va a fusionar en helio (al principio). Este hidrógeno vino de la nebulosa que la estrella nació de, que se unieron y se derrumbó, dando a la estrella de su primera oportunidad en la vida. A lo largo de toda la vida de la estrella, el hidrógeno se agota, y cada vez más helio "cenizas" se condensará en el centro de la estrella. Con el tiempo, la estrella se quedará sin hidrógeno y la fusión se detendrá brevemente. Esta falta de presión hacia el exterior debido a que no tiene lugar la fusión temporal permite que la gravedad ganará y aplasta la estrella hacia abajo. Como la estrella se contrae, la densidad, y por lo tanto la temperatura en el núcleo de los aumentos de estrellas. Finalmente, se alcanza una determinada temperatura y la ceniza helio empieza a fundir. Esta es la forma en todas las estrellas proceder a lo largo de la parte principal de su vida y en las primeras etapas de su muerte. Sin embargo, aquí es donde las estrellas de sol tamaño y las estrellas masivas que están discutiendo formas parte.
El núcleo y las posteriores capas de una estrella moribunda. Cada capa se ha quedado de millones de años de la fusión de cada elemento subsiguiente en la siguiente. Esta es una fotografía de una estrella masiva a punto de entrar en erupción. Crédito: Wikimedia

Una estrella que es más o menos cerca del tamaño de nuestro Sol pasará a través de este proceso hasta que llega carbono. Las estrellas que son de este tamaño simplemente no son lo suficientemente grandes para fusionar carbono. Por lo tanto, cuando todo el helio se ha fundido en oxígeno y carbono (a través de dos procesos que son demasiado complejos para cubrir aquí), la estrella no puede "aplastar" el oxígeno y el carbono suficiente para iniciar la fusión, la gravedad gana y la estrella muere. Pero las estrellas que tienen bastante más masa que nuestro Sol (alrededor de 7 veces la masa) pueden continuar más allá de estos elementos y seguir brillando. Ellos tienen suficiente masa para continuar con este proceso de "aplastar y el fusible", es decir las interacciones dinámicas en los corazones de estos hornos celestes.
Estas estrellas más grandes continuarán su proceso de fusión pasado de carbono y oxígeno, silicio pasado, todo el camino hasta que alcancen el hierro. El hierro es la nota de la muerte cantada por estos gigantes ardientes, como cuando el hierro comienza a llenar su núcleo morir ahora, la estrella se encuentra en su muerte lanza. Pero estas estructuras masivas de energía no van silenciosamente en la noche. Salen en la más espectacular de las maneras. Cuando el último de los elementos que no se planchan fusible en sus núcleos, la estrella comienza su descenso hacia el olvido. La estrella se estrella en sí misma, ya que no tiene manera de evitar el agarre implacable de la gravedad, aplastando las capas posteriores de los elementos sobrantes de su vida útil. Esta caída libre hacia el interior se cumple en un determinado tamaño, con una fuerza imposible de romper; una presión de neutrones degeneración que obliga a la estrella para rebotar hacia el exterior. Esta enorme cantidad de carreras energía gravitatoria y cinética de vuelta con una furia que ilumina el universo, outshining galaxias enteras en un instante. Esta furia es la sangre vital del cosmos; el tambor late en el galáctico sinfonía, ya que esta energía intensa permite la fusión de elementos más pesados ​​que el hierro, todo el camino hasta el uranio. Estos nuevos elementos son expulsadas hacia el exterior por esta fuerza increíble, que monta las ondas de energía que las deja profundamente en el cosmos, sembrando el universo con todos los elementos que conocemos.
Impresión artística de una estrella supernova va, echando sus contenidos enriquecidos químicamente en el universo. Estos nuevos elementos son expulsadas hacia el exterior por esta fuerza increíble, que monta las ondas de energía que las deja profundamente en el cosmos, sembrando el universo con todos los elementos que conocemos. Crédito: NASA / Swift / Skyworks Digital / Dana Berryto

Pero lo que queda? ¿Qué hay después de este espectacular evento? Todo eso depende de nuevo en la masa de la estrella. Como se mencionó anteriormente, las dos formas de que una estrella masiva muertos toma son una estrella de neutrones o un agujero Negro. Para una estrella de neutrones, la formación es bastante complejo. En esencia, los acontecimientos que he descrito se produce, excepto después de las supernovas todo lo que queda es una bola de neutrones degenerados. Degenerada es simplemente un término que aplicamos a una forma que toma la materia en cuando se comprime hasta los límites permitidos por la física. Algo que es degenerada es intensamente densa, y esto es muy cierto para una estrella de neutrones. Un número que puede haber oído rechazado en todas partes es que una cucharadita de material de estrella de neutrones pesaría aproximadamente 10 millones de toneladas, y tienen una velocidad de escape (la velocidad necesaria para escapar de su atracción gravitatoria) aproximadamente a 4C, o el 40% de la velocidad de luz. A veces, la estrella de neutrones se deja de girar a velocidades increíbles, y etiquetar estos como púlsares; el nombre deriva de la forma en que detectamos.
Un pulsar con sus líneas de campo magnético se ilustra. Los haces de emisión de los polos son lo lava sobre nuestros detectores como la estrella muerta hace girar.
Estos tipos de estrellas generar una gran cantidad de radiación. Las estrellas de neutrones tienen un enorme campo magnético. Este campo acelera los electrones en sus atmósferas estelares a velocidades increíbles. Estos electrones siguen las líneas del campo magnético de la estrella de neutrones de sus polos, donde pueden liberar las ondas de radio, rayos X y rayos gamma (dependiendo de qué tipo de estrella de neutrones es). Dado que esta energía se concentra a los polos, se crea una especie de efecto faro con rayos de alta energía que actúan como los rayos de luz fuera de un faro. Como la estrella gira, estos haces barren alrededor muchas veces por segundo. Si la Tierra, y por lo tanto nuestro equipo de observación, pasa a ser orientada favorablemente con este pulsar, vamos a registrar estos "pulsos" de energía en forma de rayos de las estrellas pasen sobre nosotros. Para todos los púlsares que conocemos, estamos demasiado lejos para que estos rayos de energía para hacernos daño. Pero si estábamos cerca de una de estas estrellas muertas, este lavado radiación sobre nuestro planeta de forma continua significaría una extinción segura para la vida tal como la conocemos.
Lo que de la otra forma que toma una estrella muerta; un agujero negro? ¿Cómo ocurre esto? Si el material es degenerado en lo que podemos aplastar la materia, ¿cómo se ve un agujero negro? En pocas palabras, los agujeros negros son el resultado de una estrella inimaginablemente grande y por lo tanto una cantidad realmente enorme de materia que es capaz de "romper" esta presión de neutrones degeneración al colapso. La estrella cae esencialmente hacia el interior con tal fuerza que se viola este límite aparentemente física, girando sobre sí misma y terminando el espacio-tiempo en un punto de densidad infinita; una singularidad. Este evento increíble ocurre cuando una estrella tiene aproximadamente 18x la cantidad de masa que nuestro Sol tiene, y cuando muere, es verdaderamente el epítome de la física llegado al extremo. Este "toque adicional de masa" es lo que permite que se derrumbe esta bola de neutrones degenerados y caer hacia el infinito. Es a la vez aterrador y hermoso para pensar; un punto en el espacio-tiempo que no se comprende en su totalidad por nuestra física, y sin embargo, algo que sabemos que existe. Los verdaderamente notable de los agujeros negros es que es como el universo trabaja contra nosotros. La información que necesitamos para entender completamente los procesos dentro de un agujero negro están encerrados detrás de un velo que llamamos el horizonte de sucesos. Este es el punto de no retorno para un agujero negro, por lo que nada más allá de este punto en el espacio-tiempo no tiene futuros caminos que conducen fuera de él. Nada escapa a esta distancia de la estrella colapsada en su núcleo, ni siquiera la luz, y por lo tanto no hay información alguna vez deja esta frontera (al menos no en una forma que podemos utilizar). El oscuro corazón de este objeto verdaderamente asombroso deja mucho que desear, y nos tienta a cruzar a su reino con el fin de tratar de saber lo desconocido; para agarrar el fruto del árbol del conocimiento.
Un agujero negro es la forma final de una estrella masiva colapsa a. La luz (y mismo espacio-tiempo) está deformado alrededor horizonte de sucesos del agujero negro debido a los efectos gravitacionales extremas. Esto es tan preciso como podemos ser para la visualización de un agujero negro real, ya que se ha generado con un código que implementa la relatividad general con precisión. Crédito y Derecho de Autor: Paramount Pictures / Warner Bros. De "interestelar" la película. modelo matemático utilizado para crear la imagen desarrollado por el Dr. Kip Thorne

Ahora hay que decir, hay mucho en el camino de la investigación de agujeros negros para el día de hoy. Los físicos tales como el profesor Stephen Hawking, entre otros, han estado trabajando sin descanso en la física teórica detrás de cómo funciona un agujero negro, en un intento de resolver las paradojas que aparecen frecuentemente cuando tratamos de utilizar lo mejor de nuestra física contra ellos. Hay muchos artículos y documentos sobre esas investigaciones y sus resultados posteriores, por lo que no van a sumergirse en sus complejidades para ambos deseen preservar la simplicidad en la comprensión, y también para no quitar de las mentes increíbles que están trabajando estos temas. Muchos sugieren que la singularidad es una curiosidad matemática que no representa completamente lo que sucede físicamente. Que la materia dentro de un horizonte de sucesos puede adoptar formas nuevas y exóticas. Es también digno de mención que en la relatividad general, cualquier cosa con masa puede colapsar a un agujero negro, pero por lo general mantenga a un rango de masas como la creación de un agujero negro con nada menos que está en ese rango de masa está más allá de nuestra comprensión de cómo ese podría pasar. Pero como alguien que estudia la física, sería negligente al no mencionar que a partir de ahora, nos encontramos en una sección transversal de las ideas interesantes que tienen que ver muy íntimamente con lo que realmente está sucediendo dentro de estos espectros de la gravedad.
Todo esto me lleva de nuevo a un punto que necesita ser hecho. Un hecho que tiene que ser reconocido. Como ya he descrito la muerte de estas estrellas masivas, toqué en algo que se produce. A medida que la estrella está siendo arrancado aparte de su propia energía y su contenido está soplado hacia fuera en el universo, algo llamado nucleosíntesis está ocurriendo. Esta es la fusión de los elementos para crear nuevos elementos. De hidrógeno hasta el uranio. Estos nuevos elementos a cañonazos hacia el exterior una increíble velocidad, y por lo tanto todos estos elementos con el tiempo va a encontrar su camino en las nubes moleculares. Las nubes moleculares (oscuro) Nebulosas son los semilleros de estrellas del cosmos. Aquí es donde comienzan estrellas. Y a partir de la formación de estrellas, obtenemos la formación planetaria.
Planetas coalescencia de la nube molecular restante de la estrella se formó fuera de. Dentro de este disco de acreción sentar los elementos fundamentales necesarios para la formación de los planetas y la vida potencial. Crédito: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle (SSC) - Febrero de 2005

Como una estrella se forma una nube de escombros que se compone de la nube molecular que dio a luz, dijo la estrella comienza a girar alrededor de ella. Esta nube, como ahora sabemos, contiene todos aquellos elementos que estaban cocinados en nuestras supernovas. El carbono, el oxígeno, los silicatos, la plata, el oro; todos los presentes en esta nube. Este disco de acreción de esta nueva estrella es donde se forman los planetas, coalescencia fuera de este ambiente enriquecido. Bolas de roca y hielo en colisión, de acreción, están rompiendo y luego reformarse como funciona la gravedad de sus manos diligentes para moldear estos nuevos mundos en islas de posibilidad. Estos planetas se forman a partir de los mismos elementos que se sintetizaron en esa erupción cataclísmica. Estos nuevos mundos contienen los planos de la vida tal como la conocemos.
A uno de estos mundos, una cierta mezcla de hidrógeno y oxígeno se produce. Dentro de esta mezcla, ciertos átomos de carbono forman para crear cadenas de replicación que siguen un patrón simple. Tal vez después de miles de millones de años, estos mismos elementos que fueron arrojados en el universo que estrella moribunda se encuentra dando vida a algo que se puede ver y apreciar la grandeza que es el cosmos. Tal vez que algo tiene la inteligencia para darse cuenta de que el átomo de carbono en su interior es el mismo átomo de carbono que se creó en una estrella moribunda, y que se produjo un supernovas que permitió que el átomo de carbono para encontrar su camino en la parte derecha del universo en el tiempo justo. La energía que fue el último aliento de una larga estrella muerta era la misma energía que permitió que la vida siga su primera respiración y la mirada a las estrellas. Estos fantasmas estelares son nuestros antepasados. Se han ido en la forma, pero que aún permanecen dentro de nuestra memoria química. Existen dentro de nosotros. Estamos supernova. Somos polvo de estrellas. Nosotros descendemos de fantasmas estelares ...
Estamos sumergidos en la luz de las estrellas muertas de largo, cada uno contribuye con ingredientes esenciales para el universo que son necesarios para la vida. Crédito de la imagen: Hubble

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