Langit kita diselimuti lautan hantu bintang; semua hantu berpotensi yang telah mati selama berjuta-juta tahun dan kita masih belum mengetahuinya. Itulah yang akan kita bincangkan hari ini. Apa yang berlaku pada bintang terbesar kita, dan bagaimana ia mempengaruhi susunan alam semesta yang kita tinggali.
Kami memulakan perjalanan ini dengan memerhatikan Nebula Ketam. Warnanya yang indah meluas ke luar hingga ke ruang kosong; sebuah kubur cakerawala yang mengandungi peristiwa ganas yang berlaku ribuan tahun yang lalu. Anda menjangkau dan dengan menggerakkan pergelangan tangan anda, mulailah masa memutar balik dan menyaksikan nebula yang indah ini mula mengecil. Ketika jam berpusing ke belakang, warna nebula mulai berubah, dan anda perhatikan bahawa warna menyusut menjadi satu titik. Ketika kalendar menghampiri 5 Julai 1054, awan gas menyala dan menetap ke satu titik di langit yang terang seperti bulan purnama dan dapat dilihat pada siang hari. Kecerahan semakin pudar dan akhirnya terdapat titik cahaya; bintang yang tidak kita lihat hari ini Bintang ini telah mati, namun pada masa ini kita tidak akan mengetahui perkara itu. Bagi pemerhati sebelum tarikh ini, bintang ini kelihatan kekal seperti semua bintang yang lain. Namun, seperti yang kita ketahui dari sudut pandang istimewa kita, bintang ini akan menjadi supernova dan melahirkan salah satu nebula paling hebat yang kita perhatikan hari ini.
Hantu bintang adalah cara yang tepat untuk menggambarkan banyak bintang besar yang kita lihat tersebar di seluruh alam semesta. Apa yang tidak disedari oleh banyak orang adalah bahawa ketika kita melihat jauh ke dalam alam semesta, kita tidak hanya melihat jarak jauh, tetapi kita mengintip kembali masa. Salah satu sifat asas alam semesta yang kita ketahui dengan baik adalah cahaya bergerak dengan kelajuan terhingga: kira-kira 300,000,000 m / s (kira-kira 671,000,000 mph). Kelajuan ini telah ditentukan melalui banyak ujian yang ketat dan bukti fizikal. Sebenarnya, memahami pemalar asas ini adalah kunci bagi banyak perkara yang kita ketahui mengenai alam semesta, terutama berkaitan dengan Relativiti Umum dan Mekanik Kuantum. Walaupun begitu, mengetahui kelajuan cahaya adalah kunci untuk memahami apa yang saya maksudkan dengan hantu bintang. Anda lihat, maklumat bergerak dengan kelajuan cahaya. Kami menggunakan cahaya dari bintang untuk memerhatikannya dan dari ini memahami bagaimana ia beroperasi.
Contoh kelewatan masa ini adalah matahari kita sendiri. Matahari kita berada kira-kira 8 minit cahaya. Bermakna cahaya yang kita lihat dari bintang kita mengambil masa 8 minit untuk membuat perjalanan dari permukaannya ke mata kita di bumi. Sekiranya matahari kita tiba-tiba hilang sekarang, kita tidak akan mengetahuinya selama 8 minit; ini bukan hanya merangkumi cahaya yang kita lihat, tetapi juga pengaruh graviti yang diberikan kepada kita. Oleh itu, jika matahari menghilang sekarang, kita akan terus berada di jalan orbit kita mengenai bintang kita yang sekarang tidak ada selama 8 minit lagi sebelum maklumat graviti sampai kepada kita yang memberitahu kita bahawa kita tidak lagi terikat secara gravitasi dengannya. Ini menetapkan had kelajuan kosmik kita untuk seberapa cepat kita dapat menerima maklumat, yang bermaksud bahawa semua yang kita perhatikan jauh ke alam semesta datang kepada kita seperti jumlah 'x' tahun yang lalu, di mana 'x' adalah jarak cahaya dari kita. Ini bererti kita melihat bintang yang berjarak 10 tahun cahaya dari kita seperti 10 tahun yang lalu. Sekiranya bintang itu mati sekarang, kita tidak akan mengetahuinya selama 10 tahun lagi. Oleh itu, kita dapat mendefinisikannya sebagai "hantu bintang"; bintang yang mati dari sudut pandangannya di lokasi, tetapi masih hidup dan baik di tempat kita.
Seperti yang dibahas dalam artikel saya sebelumnya (Bintang: Suatu Hari dalam Kehidupan), evolusi bintang adalah kompleks dan sangat dinamik. Banyak faktor memainkan peranan penting dalam segala hal, mulai dari menentukan sama ada bintang itu akan terbentuk sejak awal, hingga ukuran dan dengan demikian jangka hayat bintang tersebut. Dalam artikel sebelumnya yang disebutkan di atas, saya membahas asas-asas pembentukan bintang dan kehidupan yang kita namakan bintang urutan utama, atau lebih tepatnya bintang yang sangat mirip dengan matahari kita sendiri. Walaupun proses pembentukan dan kehidupan bintang urutan utama dan bintang-bintang yang akan kita bincangkan agak serupa, terdapat perbezaan penting dalam cara bintang-bintang yang akan kita selidiki mati. Kematian bintang urutan utama adalah menarik, tetapi mereka hampir tidak dapat dibandingkan dengan cara lenturan ruang-waktu yang ditamatkan oleh bintang-bintang yang lebih besar ini.
Seperti disebutkan di atas, ketika kami melihat bintang yang sudah lama hilang yang terletak di tengah-tengah Nebula Kepiting, ada titik di mana objek ini bersinar terang seperti bulan purnama dan dapat dilihat pada siang hari. Apa yang boleh menyebabkan sesuatu menjadi begitu terang sehingga dapat dibandingkan dengan tetangga cakerawala terdekat kita? Mengingat Nebula Kepiting berjarak 6.523 tahun, itu bermaksud bahawa sesuatu yang kira-kira 153 miliar kali lebih jauh dari bulan kita bersinar terang seperti bulan. Ini kerana bintang itu menjadi supernova ketika mati, itulah nasib bintang yang jauh lebih besar daripada matahari kita. Bintang yang lebih besar daripada matahari kita akan berakhir dalam dua keadaan yang sangat melampau setelah kematiannya: bintang neutron dan lubang hitam. Kedua-duanya adalah topik yang layak yang dapat berlangsung selama berminggu-minggu dalam kursus astrofizik, tetapi bagi kita hari ini, kita hanya akan membahas bagaimana bentuk raksasa graviti ini dan apa artinya bagi kita.
Kehidupan bintang adalah kisah gabungan pelarian yang terkandung dalam cengkaman kehadiran graviti sendiri. Kami memanggil keseimbangan hidrostatik ini, di mana tekanan keluar dari unsur-unsur peleburan dalam inti bintang sama dengan tekanan graviti dalaman yang berlaku kerana jisim bintang. Dalam inti semua bintang, hidrogen disatu menjadi helium (pada mulanya). Hidrogen ini berasal dari nebula dari mana bintang itu lahir, yang bersatu dan runtuh, memberikan bintang itu peluang pertama dalam hidup. Sepanjang hayat bintang, hidrogen akan habis, dan semakin banyak helium "abu" akan mengembun di tengah bintang. Akhirnya, bintang akan kehabisan hidrogen, dan pelakuran akan berhenti sebentar. Kekurangan tekanan ke luar ini kerana tidak ada peleburan yang berlaku buat sementara waktu membolehkan graviti menang dan ia menghancurkan bintang ke bawah. Apabila bintang menyusut, ketumpatan, dan dengan itu suhu di teras bintang meningkat. Akhirnya, ia mencapai suhu tertentu dan abu helium mula menyatu. Ini adalah bagaimana semua bintang bergerak sepanjang bahagian utama hidupnya dan ke peringkat pertama kematiannya. Namun, di sinilah bintang berukuran matahari dan bintang besar yang kita bincangkan sebahagiannya.
Bintang yang kira-kira hampir dengan ukuran matahari kita sendiri akan melalui proses ini sehingga mencapai karbon. Bintang berukuran ini tidak cukup besar untuk menyatu karbon. Oleh itu, apabila semua helium telah menyatu menjadi oksigen dan karbon (melalui dua proses yang terlalu rumit untuk diliputi di sini), bintang tidak dapat "menghancurkan" oksigen dan karbon yang cukup untuk memulakan pelakuran, graviti menang dan bintang mati. Tetapi bintang yang mempunyai jisim yang cukup banyak daripada matahari kita (kira-kira 7x jisim) dapat terus melewati unsur-unsur ini dan terus bersinar. Mereka mempunyai jumlah yang cukup untuk meneruskan proses "menghancurkan dan menyatu" ini yang merupakan interaksi dinamik di tengah-tengah tungku langit ini.
Bintang-bintang yang lebih besar ini akan meneruskan proses peleburannya melewati karbon dan oksigen, melewati silikon, hingga ke besi. Besi adalah catatan kematian yang dinyanyikan oleh raksasa yang menyala-nyala ini, kerana ketika besi mulai memenuhi inti mereka yang kini sedang sekarat, bintang itu sedang mati. Tetapi struktur tenaga besar ini tidak berjalan dengan tenang hingga ke malam. Mereka keluar dengan cara yang paling hebat. Apabila unsur-unsur bukan besi yang terakhir menyatu di terasnya, bintang itu mulai hilang menjadi terlupa. Bintang itu menghempap dirinya sendiri kerana tidak ada cara untuk menahan cengkaman tanpa henti graviti, menghancurkan lapisan unsur-unsur yang tersisa dari masa hidupnya. Jatuhan bebas ke dalam ini disambut pada ukuran tertentu dengan kekuatan yang mustahil untuk dilanggar; tekanan degenerasi neutron yang memaksa bintang melantun ke luar. Sejumlah besar tenaga graviti dan kinetik berlumba-lumba keluar dengan kemarahan yang menerangi alam semesta, mengalahkan seluruh galaksi dalam sekelip mata. Kemarahan ini adalah darah kehidupan kosmos; gendang berdenyut di galaksi simfoni, kerana tenaga yang kuat ini memungkinkan penyatuan unsur lebih berat daripada besi, hingga ke uranium. Unsur-unsur baru ini dilancarkan ke luar oleh kekuatan luar biasa ini, menunggang gelombang tenaga yang melemparkannya jauh ke dalam kosmos, menyemai alam semesta dengan semua elemen yang kita tahu.
Tetapi apa yang tinggal? Apa yang ada selepas acara yang menakjubkan ini? Itu semua bergantung lagi pada jisim bintang. Seperti disebutkan sebelumnya, dua bentuk yang diambil oleh bintang besar adalah Neutron Star atau Black Hole. Bagi Bintang Neutron, formasinya agak kompleks. Pada dasarnya, peristiwa yang saya jelaskan berlaku, kecuali selepas supernova, yang tinggal hanyalah sebiji neutron yang merosot. Degenerate hanyalah istilah yang kita gunakan untuk bentuk yang penting ketika dimampatkan ke had yang dibenarkan oleh fizik. Sesuatu yang merosot sangat padat, dan ini berlaku untuk bintang neutron. Sebilangan besar yang mungkin pernah anda dengar adalah bahawa satu sendok teh bahan bintang neutron beratnya kira-kira 10 juta tan, dan mempunyai kelajuan pelarian (kelajuan yang diperlukan untuk menjauhkan diri dari tarikan graviti) pada sekitar .4c, atau 40% kelajuan cahaya. Kadang-kadang bintang neutron dibiarkan berputar pada halaju yang luar biasa, dan kita melabelnya sebagai pulsar; nama berasal dari bagaimana kita mengesannya.
Jenis bintang ini menghasilkan banyak sinaran. Bintang-bintang neutron mempunyai medan magnet yang sangat besar. Medan ini mempercepat elektron di atmosfera bintang mereka ke halaju luar biasa. Elektron-elektron ini mengikuti garis medan magnet bintang neutron ke kutubnya, di mana mereka dapat melepaskan gelombang radio, sinar-X, dan sinar gamma (bergantung pada jenis bintang neutron itu). Oleh kerana tenaga ini dipusatkan ke tiang, ia menghasilkan semacam kesan rumah api dengan pancaran tenaga tinggi yang bertindak seperti pancaran cahaya keluar dari rumah api. Semasa bintang berputar, sinar ini menyapu berkali-kali sesaat. Sekiranya Bumi, dan dengan demikian peralatan pemerhatian kita, berorientasi dengan pulsar ini, kita akan mendaftarkan "denyutan" tenaga ini ketika sinar bintang membasahi kita. Untuk semua pulsar yang kita ketahui, kita terlalu jauh untuk pancaran tenaga ini menyakitkan kita. Tetapi jika kita berada dekat dengan salah satu bintang mati ini, penyinaran sinaran di planet kita secara berterusan akan menyebabkan kepupusan tertentu seumur hidup seperti yang kita ketahui.
Apa bentuk lain yang diambil oleh bintang mati; lubang hitam? Bagaimana ini berlaku? Sekiranya bahan degenerasi sejauh yang kita dapat menghancurkan bahan, bagaimana lubang hitam muncul? Ringkasnya, lubang hitam adalah hasil dari bintang besar yang tidak dapat dibayangkan dan dengan demikian jumlah jirim yang sangat besar dapat "memecahkan" tekanan degenerasi neutron ini setelah runtuh. Bintang pada dasarnya jatuh ke dalam dengan kekuatan sedemikian sehingga melanggar batas fizikal yang kelihatan ini, membalikkan dirinya sendiri dan membungkus ruang masa menjadi titik ketumpatan yang tidak terhingga; satu keunikan. Kejadian yang luar biasa ini berlaku apabila bintang mempunyai kira-kira 18x jumlah jisim yang dimiliki oleh matahari kita, dan ketika mati, ia benar-benar merupakan lambang fizik yang melampau. "Jisim ekstra" inilah yang memungkinkannya untuk menjatuhkan bola neutron yang merosot ini dan jatuh ke arah tak terhingga. Sangat menakutkan dan indah untuk difikirkan; titik dalam ruang masa yang tidak sepenuhnya difahami oleh fizik kita, namun sesuatu yang kita tahu ada. Perkara yang benar-benar luar biasa mengenai lubang hitam adalah seperti alam semesta yang menentang kita. Maklumat yang kita perlukan untuk memahami sepenuhnya proses dalam lubang hitam terkunci di sebalik tabir yang kita namakan cakrawala peristiwa. Ini adalah titik untuk tidak mengembalikan lubang hitam, di mana apa pun yang melampaui titik ini dalam ruang masa tidak mempunyai jalan masa depan yang keluar dari sana. Tidak ada yang terlepas pada jarak ini dari bintang yang runtuh pada intinya, bahkan cahaya, dan dengan itu tidak ada maklumat yang meninggalkan batas ini (sekurang-kurangnya tidak dalam bentuk yang dapat kita gunakan). Hati gelap dari objek yang benar-benar mengejutkan ini meninggalkan banyak yang diinginkan, dan menggoda kita untuk memasuki alamnya untuk mencuba dan mengetahui yang tidak dapat diketahui; untuk memetik buah dari pokok pengetahuan.
Sekarang mesti dikatakan, ada banyak cara penyelidikan dengan lubang hitam hingga hari ini. Ahli fizik seperti Profesor Stephen Hawking, antara lain, telah bekerja tanpa lelah mengenai fizik teori di sebalik bagaimana lubang hitam beroperasi, berusaha menyelesaikan paradoks yang sering muncul ketika kita berusaha menggunakan yang terbaik dari fizik kita terhadapnya. Terdapat banyak artikel dan makalah mengenai penyelidikan tersebut dan penemuannya yang seterusnya, jadi saya tidak akan menyelami selok-beloknya kerana kedua-duanya ingin mengekalkan kesederhanaan dalam memahami, dan juga tidak mengambil alih pemikiran luar biasa yang menangani masalah ini. Banyak yang menyatakan bahawa singulariti adalah rasa ingin tahu matematik yang tidak sepenuhnya mewakili apa yang berlaku secara fizikal. Bahawa masalah di dalam cakerawala peristiwa dapat mengambil bentuk baru dan eksotik. Perlu diingat bahawa dalam Relativiti Umum, apa-apa dengan jisim boleh runtuh ke lubang hitam, tetapi kita secara amnya berpegang pada sebilangan besar jisim kerana membuat lubang hitam dengan apa-apa yang kurang daripada julat jisim itu di luar pemahaman kita tentang bagaimana mungkin terjadi. Tetapi sebagai seseorang yang mempelajari fizik, saya tidak akan mengatakan bahawa pada masa ini, kita berada di bahagian idea yang menarik yang sangat berkaitan dengan apa yang sebenarnya berlaku dalam spektrum graviti ini.
Semua ini membawa saya kembali ke titik yang perlu dibuat. Kenyataan yang perlu diakui. Semasa saya menggambarkan kematian bintang-bintang besar ini, saya menyentuh sesuatu yang berlaku. Ketika bintang itu dipisahkan dari tenaganya sendiri dan isinya ditiup ke luar ke alam semesta, sesuatu yang disebut nukleosintesis sedang berlaku. Ini adalah gabungan unsur untuk mencipta elemen baru. Dari hidrogen hingga uranium. Unsur-unsur baru ini dilancarkan ke luar dengan kelajuan yang luar biasa, dan dengan itu semua elemen ini akhirnya akan masuk ke awan molekul. Awan molekul (Dark Nebulae) adalah taman asuhan kosmos. Di sinilah bintang bermula. Dan dari pembentukan bintang, kita mendapat pembentukan planet.
Ketika bintang terbentuk, awan puing-puing yang terdiri dari awan molekul yang melahirkan bintang itu mulai berputar di sekelilingnya. Awan ini, seperti yang kita ketahui sekarang, mengandungi semua elemen yang dimasak dalam supernova kita. Karbon, oksigen, silikat, perak, emas; semua hadir di awan ini. Cakera penambahan mengenai bintang baru ini adalah di mana planet-planet terbentuk, bersatu dari persekitaran yang diperkaya ini. Bola batu dan es bertabrakan, bertambah, terkoyak dan kemudian direformasi ketika graviti bekerja dengan tangan yang rajin untuk membentuk dunia baru ini menjadi pulau kemungkinan. Planet-planet ini terbentuk dari unsur-unsur yang sama yang disintesis dalam letusan bencana itu. Dunia baru ini mengandungi cetak biru untuk kehidupan seperti yang kita ketahui.
Di dunia ini, campuran hidrogen dan oksigen berlaku. Dalam campuran ini, atom karbon tertentu terbentuk untuk membuat rantaian yang meniru mengikut corak sederhana. Mungkin setelah berbilion tahun, unsur-unsur yang sama yang dilemparkan ke alam semesta oleh bintang yang sekarat itu menjadikan dirinya hidup untuk sesuatu yang dapat melihat dan menghargai keagungan yang ada di alam semesta. Mungkin sesuatu itu mempunyai kecerdasan untuk menyedari bahawa atom karbon di dalamnya adalah atom karbon yang sama yang diciptakan di sebuah bintang yang sedang sekarat, dan bahawa suatu supernova berlaku yang membolehkan atom karbon itu masuk ke bahagian kanan alam semesta di masa yang tepat. Tenaga yang merupakan nafas terakhir dari bintang mati yang panjang adalah tenaga yang sama yang membolehkan hidup mengambil nafas pertama dan memandang bintang-bintang. Hantu bintang ini adalah nenek moyang kita. Mereka tidak berfungsi, tetapi masih dalam ingatan kimia kita. Mereka wujud dalam diri kita. Kami supernova. Kami adalah habuk bintang. Kami berasal dari hantu bintang ...
