🥕 🌒 👩🏽‍🍳 Tanyakan Ethan No. 98: Kapan bintang-bintang akan padam? 👩🏼‍🎨 ⚽️ 🧙🏼

Setiap minggu Anda mengirim pertanyaan dan saran ke bagian saya, dan minggu ini ada banyak kandidat yang sangat baik, tetapi saya memilih pertanyaan yang tersingkat dan termanis, tetapi juga yang terdalam. Steve bertanya kepadanya:

Berapa lama yang dibutuhkan bintang untuk mendingin setelah mereka menggunakan bahan bakar nuklirnya? Akankah kita memiliki katai hitam? Apakah mereka ada hari ini?

Mari kita mulai percakapan dengan kehidupan bintang-bintang dan lalui sampai akhir untuk mempelajari momen ini secara rinci.

Ketika awan gas molekul runtuh di bawah pengaruh gravitasi, daerah selalu sedikit lebih padat daripada yang lain. Setiap bagian dari ruang di mana ada materi berusaha untuk menarik lebih banyak materi, tetapi wilayah superdense ini menarik materi lebih dari yang lain.

Karena keruntuhan gravitasi adalah proses yang cepat dan tidak terkendali, semakin banyak materi yang Anda tarik, semakin cepat materi tambahan tertarik. Meskipun dapat membutuhkan jutaan dan puluhan juta tahun untuk awan besar dan terbuka untuk menjadi objek padat, proses transisi dari gas padat yang runtuh menjadi gugusan bintang baru - di mana daerah terpadat memicu reaksi sintesis dalam usus mereka - hanya membutuhkan beberapa ratus ribu tahun.

Dalam gugus bintang baru, paling mudah memperhatikan bintang paling terang, yang akan menjadi yang paling masif. Ini adalah yang paling terang, paling biru dan terpanas dari bintang-bintang yang ada, massanya ratusan kali lebih besar dari massa Matahari, dan kecerahannya jutaan. Namun, terlepas dari kenyataan bahwa ini adalah bintang yang paling menonjol, mereka juga yang paling langka, dan membentuk kurang dari 1% dari semua yang diketahui. Mereka juga bintang yang paling cepat hidup, karena mereka membakar semua bahan bakar nuklir hanya dalam 1-2 juta tahun.

Ketika bahan bakar bintang-bintang paling terang ini habis, mereka mati dalam ledakan supernova tipe II yang menakjubkan. Pada saat ini, inti bagian dalam runtuh menjadi bintang neutron (dalam hal inti massa kecil) atau bahkan ke lubang hitam (untuk inti masif), dan lapisan luarnya terlontar ke dalam media antarbintang. Gas-gas yang diperkaya di sana akan menciptakan generasi bintang-bintang berikutnya, memberi mereka unsur-unsur berat untuk menciptakan planet berbatu, molekul organik, dan dalam kehidupan kasus yang sangat langka dan menakjubkan.

Lubang hitam, menurut definisi, segera menjadi hitam. Mereka menjadi begitu hampir seketika, dengan pengecualian disk akresi di sekitar mereka dan radiasi suhu rendah Hawking.

Tetapi bintang-bintang neutron adalah belacu yang sama sekali berbeda.

Bintang neutron mengumpulkan semua energi di inti bintang dan runtuh dengan sangat cepat. Jika Anda mengompres sesuatu dengan sangat cepat, suhunya akan naik - ini adalah cara kerja piston di mesin diesel. Runtuhnya inti bintang ke bintang neutron mungkin adalah contoh terbaik dari kompresi cepat. Dalam beberapa detik atau menit, inti besi, nikel, kobalt, silikon dan belerang dengan diameter ratusan ribu kilometer dikompres menjadi bola yang tidak lebih besar dari 16 km. Kepadatannya meningkat kuadriliun kali, pada 10 ¹⁵ , dan suhu naik menjadi 10 ¹² K di pusat dan 10 ⁶ K di permukaan.

Dan di sini masalahnya muncul.

Semua energi ini disimpan dalam bintang yang runtuh, dan permukaannya sangat panas sehingga bintang itu tidak hanya bersinar dengan cahaya biru terang di bagian spektrum yang terlihat, tetapi juga memancarkan dalam rentang sinar-X yang tidak terlihat (bahkan tidak ultraviolet)! Objek ini mengandung sejumlah energi yang gila, tetapi dapat melepaskannya ke Semesta hanya melalui permukaan yang sangat kecil.

Pertanyaannya adalah, berapa lama untuk bintang neutron menjadi dingin? Jawabannya tergantung pada bagian fisika bintang-bintang neutron, yang dalam praktiknya tidak terlalu dipelajari: pendinginan neutrino! Anda lihat, jika foton (radiasi) diserap dengan baik oleh materi baryonic biasa, neutrino dapat dengan bebas melewati bintang neutron. Dalam kasus tercepat, bintang-bintang neutron dapat mendingin dan bersembunyi dari bagian spektrum yang terlihat pada 10 ¹⁶tahun, yaitu, "hanya" dalam waktu sejuta kali usia alam semesta. Tetapi dalam kasus-kasus yang lambat, mungkin diperlukan ^10-20 hingga ²² tahun - artinya, Anda harus menunggu sedikit.

Tetapi ada bintang-bintang lain yang berubah menjadi lebih cepat hitam.

Sebagian besar bintang - 99% dengan ekor - tidak menjadi supernova, dan pada akhir kehidupan mereka perlahan-lahan menyusut menjadi kerdil putih. Perlahan ini terjadi hanya jika dibandingkan dengan supernova: dibutuhkan puluhan dan ratusan ribu tahun, dan bukan detik dan menit, tetapi masih cukup cepat untuk menyelamatkan semua panas dari inti bintang. Perbedaannya adalah bahwa alih-alih menyimpulkannya dalam sebuah bola dengan diameter 16 km, panasnya tertutup dalam sebuah benda seukuran "hanya" dengan Bumi, yaitu, seribu kali lebih besar.

Ini berarti bahwa meskipun suhu katai putih bisa besar - lebih dari 20.000 K, yaitu tiga kali lebih tinggi dari Matahari - mereka mendingin lebih cepat daripada bintang neutron.

Emisi neutrino untuk katai putih dapat diabaikan, yaitu, radiasi utama berasal dari permukaan. Ketika menghitung seberapa cepat panas dapat meninggalkan tubuh melalui radiasi, ternyata katai putih (seperti yang diperoleh dari Matahari) akan mendingin sekitar 10 ¹⁴ - 10 ¹⁵ tahun. Waktu ini akan dihabiskan untuk pendinginan hingga beberapa derajat di atas nol absolut.

Ini berarti bahwa setelah sekitar 10 triliun tahun, atau "hanya" 1000 kali lebih lama dari usia Alam Semesta saat ini, suhu permukaan katai putih akan turun sehingga tidak lagi terlihat. Setelah waktu ini, objek yang sama sekali baru akan muncul di Semesta: kurcaci hitam.

Jadi kau harus mengecewakanmu, Steve, kurcaci hitam tidak ada hari ini. Alam semesta terlalu muda untuk mereka. Kerdil putih terdingin, menurut perhitungan kami, telah kehilangan tidak lebih dari 0,2% dari seluruh energi sejak yang pertama muncul di Semesta. Artinya, untuk kurcaci putih dengan suhu 20.000 K, ini berarti suhunya turun menjadi 19.960 K, dan ia masih sangat jauh dari bintang gelap.

Lucu bagaimana kita membayangkan alam semesta kita dipenuhi bintang-bintang bercahaya, berkumpul bersama dalam galaksi yang dipisahkan oleh ruang yang luas. Pada saat kurcaci hitam pertama muncul, kelompok galaksi kita akan bergabung menjadi satu, Milkdromeda, sebagian besar bintang yang akan muncul akan terbakar sendiri, dan yang tersisa akan memiliki massa terkecil, dan akan menjadi yang paling merah dan kusam dari semua.

Selain itu, semua galaksi lain akan meninggalkan jangkauan kita, berkat energi gelap. Peluang keberadaan kehidupan akan sangat kecil, dan bintang-bintang, bersama dengan mayat bintang, akan mulai terbang keluar dari galaksi karena pengaruh gravitasi lebih cepat daripada yang baru terbentuk.

Dan dengan latar belakang ini, bagaimanapun, untuk pertama kalinya dalam waktu yang lama, objek baru akan muncul. Dan meskipun kita tidak akan pernah dapat melihat dan melihat objek seperti itu, kita cukup tahu tentang alam untuk mengetahui tidak hanya bahwa mereka akan ada, tetapi juga tentang bagaimana dan kapan mereka akan muncul. Dan dalam dirinya sendiri ini adalah salah satu sifat paling menakjubkan dari sains!

Tanyakan Ethan No. 98: Kapan bintang-bintang akan padam?

More articles: