Nifteindastjörnur og svarthol

1. Nifteindastjörnur og svarthol

2. Massamestu stjörnurnar • Þær stjörnur sem hafa meiri massa en 8 sólarmassa eru einungis um 3% allra stjarna. • Þær verða að rauðum ofurrisum sem enda ævina í miklum hamförum sem sprengistjarna. • Innsti hluti stjörnunnar situr eftir í miðju sprengingarinnar. • Ef hann er meiri en 1,4 sólarmassar þá verða þyngdarkraftarnir of miklir til að rafeindaþrýstingurinn geti haldið á móti.

3. Atómin falla saman • Þegar þrýstingurinn er svona mikill þrýstast rafeindirnar inn að miðju atómsins. • Rafeindirnar renna inn í róteindirnar og mynda nifteindir. • Efnið sem úr þessu verður er nær eingöngu úr nifteindum. • Þyngdarhrunið stöðvast á nifteindaþrýstingi – þar sem tvær nifteindirnar geta ekki verið í saman skammtaástandi hrinda þær hvor annarri frá sér (lögmál Paulis)

4. Nifteindastjarna • Atómið er að mestu tómarúm. • Þegar rafeindirnar þrýstast inn í kjarnann þéttist efnið mjög mikið. • Nifteindastjarna verður því mjög smá, innan við 30 km í þvermál. • Eðlismassi stjörnunnar er um 4  1017 kg/m3.

5. Innri gerð

6. Undir skorpu nifteindstjörnu er fljótandi efni að mestu úr nifteindum en einnig þyngri frumefnum eins og járni og einnig rafeindir.

7. Kólnun • Nifteindastjörnur eru í upphafi mjög heitar, allt að 1011 K en kólna í 109 K strax fyrsta daginn. • Kólna niður í 100 milljón K á um 1000 árum með fiseindageislun. • Eftir það verður kólnun hægari með ljósgeislun og er hitinn komin í um milljón gráður eftir 10 þúsund ár.

8. Snúningur og segulsvið • Þegar kjarninn fellur saman eykst snúningshraði hennar mjög mikið. • Nifteindastjarna getur snúist mörg hundruð snúninga á sekúndu. • Straumar í fljótandi miðju skapa segulsvið sem eflist mjög þegar hún fellur saman.

9. Tifstjörnur • Í hinu geysiöfluga segulsviði umhverfis nifteindastjörnu eru rafhlaðnar agnir á hreyfingu og geisla frá sér rafsegulgeislun sem útvarpsbylgjum. • Stefna geisunar er út frá segulpólum sem falla ekki endilega að snúningspólum. • Ef geislinn hittir á jörðina þá kemur það fram sem blikkandi útvarpsgeisli. • Slík stjarna kallast tifstjarna (pulsar).

11. Tifstjörnur uppgötvuðust fyrst um 1960 og strax grunaði menn að þar væru nifteindastjörnur á ferð. • Kenningar um nifteindastjörnur höfðu verið til síðan á fjórða áratugnum.

14. Stærstu stjörnurnar • Nifteindaþrýstingurinn getur ekki haldið uppi stjörnu nema að kjarninn sem eftir verður sé innan við 3 sólarmassa. Ef hann er meiri þá verða endalok stjörnunnar önnur. • Þegar allra stærstu stjörnurnar, yfir 25 – 30 sólarmassa, springa þá verður kjarninn yfir 3 sólarmössum. • Slíkar stjörnur enda því ekki sem nifteindastjörnur.

15. Svarthol • Ef kjarninn sem eftir er verður meira en 3 sólarmassar er ekkert sem getur stöðvað þyngdarhrunið og kjarninn fellur saman í einn punkt (singularity). • Umhverfis punktinn er þyngdarkraftar svo sterkir að ekki einu sinn ljósið sleppur burt. • Slíkt fyrirbæri kallast svarthol.

16. Lausnarhraði • Lausnarhraði er sá upphafshraði sem hlutur þarf að hafa til að losna frá þyngdaráhrifum einhvers massa. • Lausnarhraði við yfirborð Jarðar er um 11 km/s. • Schwarzschild radíus er sú fjarlægð frá massamiðju (singularity) þar sem lausnarhraði er jafn ljóshraða. • Innan þess radíus er lausnarhraðinn meiri en ljóshraði og því kemst ekkert þaðan. • Stærð þessa radíus er háður stærð massans skv.

18. Yfirborð svarthola • Yfirborð kúlu umhverfis svarthol með radíus jafnan Schwarzschild-radíus kallast jaðar svartholsins (event horizon). • Það verður jafnframt að yfirborði svartholsins því ekkert innan þess berst frá svartholinu.

19. Rúmtími • Í almennu afstæðiskenningunni kom Einsteins með nýja sýn á þyngdarkraftinn. • Hann hugsaði sér að rúmið og tíminn væru tengdar stærðir, mynduðu eina heild sem hann nefndi rúmtíma – spacetime. • Þyngdarkrafturinn er í raun sveigja í rúmtímanum sem massi veldur.

20. Mjög massamiklir hlutir mynda mikla sveigju í rúminu umhverfis sig. • Sveigjan hefur áhrif á allt sem hreyfist í rúminu, bæði aðra massa svo sem tungl og massalausa hluti eins og ljósið. • Sveigja á braut ljóss framhjá sólu hefur verið mæld og staðfestir spár afstæðiskenningarinnar. • Slíkt fyrirbæri kallast þyngdarlinsa.

23. Holur í rúmtímanum • Því massameiri sem hlutur er því dýpri er holan. • Óendalega massamiklir hlutir skapa óendanlega djúpar holur í rúmtímanum.

24. Svarthol og Einstein • Þegar hlutur fellur í svarthol verður atburðarrásin ólík fyrir þann sem fellur í svartholið og þann sem fylgist með. • Utan frá séð virðist hann hægja á sér og dofna eftir því sem hann nálgast jaðarinn. • Sá sem fellur inn í svartholið eykur stöðugt hraðann þegar hann nálgast um leið og hann sér heiminn umhverfis hreyfast hraðar og hraðar. Að lokum munu flóðkraftar teygja á öllum hlutum sem koma nærri miðju svartholsins.

25. Hawking - geislun • Þar sem svarthol hefur hitastig sem er hærra en umhverfið þá geislar það frá sér varmageislun. • Mótsögn að svarthol geti geislað einhverju frá sér. • Þar sem hitastig svarthola er meira eftir því sem svartholið er minna og svarthol minnka við útgeislunina þá eykst útgeislunin með tímanum. • Að lokum hverfur svartholið í gammablossa. • Því hlýtur líftími svarthola að vera endanlegur.

26. Ofur svarthol • Þegar massamikil stjarna endar ævi sína verður til hefðbundið svarthol. • Þar sem þéttleiki stjarna er mikill eða mikið er um efni geta myndast svarthol með margfalda sólarmassa. • Þá myndast ofur svarthol (supermassive). • Slík svarthol má finna í miðjum vetrarbrauta.